机载雷达岛岸背景舰船识别能力研究

刘诗超1袁刘敏名2渊1.海装驻南昌地区军事代表室袁江西南昌袁330024曰

2航空工业洪都袁江西南昌袁330024冤

摘

并用试验要院本文介绍了机载雷达目标识别技术的现状，以及现有机载雷达所采取的目标识别技术，

验证了机载雷达对岛屿与小型船只的分类能力。说明应用步进频可实现对目标与背景的高分辨距离成像，小型舰艇、大型舰船等尺度差通过该可提取出目标的距离维尺度特征。该技术可用于区分海域中的岛礁、异较大的目标与背景。

关键词院机载雷达；目标识别；高分辨距离成像；步进频；尺度信息

StudyontheRecognitionAbilityofAirborneRadaron

IslandBackgroundandShips

(1.MilitaryRepresentativeOfficeofNavalEquipmentDepartmentStationedinNanchang,

JiangxiNanchang,330024;2.AVICHongdu,JiangxiNanchang,330024)

LiuShichao1,LiuMinming2

Abstract：Thispaperintroducesthecurrentsituationoftargetrecognitiontechnologyofairborneradarandthetargetrecognitiontechnologyadoptedbytheexistingairborneradar.Theclassificationabilityofairborneradarandbackgroundcanbeachievedbyusingstepfrequencysystem,throughwhichtherangedimensionscalewithlargescaledifferencessuchasreefs,smallwarshipsandlargewarshipsintheseaarea.

forislandsandsmallshipsisverifiedbyexperiments.Itisshownthathighresolutionrangeimagingoftargetfeaturesoftargetcanbeextracted.ThetechnologycanbeusedtodistinguishthetargetsandbackgroundsKeywords:Airborneradar;Targetrecognition;Highresolutionrangeimaging;Stepfrequency;Scaleinformation

0引言

雷达目标识别是指雷达对目标进行探测袁对所获取的回波信息进行分析袁从而确定目标的种类尧型号等属性的技术遥尽管雷达目标识别应用范围很广袁并且在某些层面有了成功的应用袁但是雷达目标识别技术还未形成完整的理论体系袁现有的雷达目标识别系统在功能上存在一定的局限性袁其主要原因是目标类型和雷达的多样化及所处环境的极端复杂性遥

雷达目标识别需要从目标的雷达回波中提取出所获取的目标信息进行计算机处理袁与已知目标的特性进行比较袁从而达到自动识别目标的目的遥目标的有关信息标志和稳定特征袁并判明其属性[1]遥对

1机载雷达对舰船目标的识别技术现状

雷达目标识别需要从目标反射回来的雷达回波中选取目标的稳定特征信息判别其属性遥根据散射理论袁当电磁波照射到物体袁目标的大小尧形状尧方位以及材料导致雷达接收的回波信号不同遥常规雷达目标特征信息隐含于雷达回波渊复数值冤之中袁通过特定的波形设计和对回波幅度与相位的处理尧分析与变换袁可以得到雷达散射截面及其起伏统计模型尧角闪烁以及统计特征参数尧目标计划散射矩阵尧目标多散射中心分布等参量袁它们表征了雷达目标的固有特征[2]遥

随着宽带和超宽带雷达的发展袁能够获取目标的

一维雷达像和二维雷达像袁而这些雷达像包含了更多

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教练机有利于目标识别的信息遥根据成像方式不同袁雷达成像识别技术大致可以分为两大类院基于一维距离像的雷达目标识别和基于二维成像的雷达目标识别[3]助于成像雷达袁如激光雷达尧合成孔径(SAR)尧逆遥合借成孔径(ISAR)尧无线电摄像机尧近毫米波雷达等获取目标的二维微波像袁为目标的检测和识别展示了广阔的前景遥而获取一维距离像要容易的多袁采用宽带信号作匹配接收即可遥

目前袁用于地渊海冤基平台雷达系统对舰船进行识别的技术主要是高分辨率距离像和ISAR[3]定雷达系统而言袁平台显然无须运动补偿遥袁这对陆是基在固陆基固定雷达系统应用ISAR技术雷达的一个重要优点遥在理想情况下袁岸基监视用雷达应位于海平面之上袁其观测方向上检测海上目标时应毫无遮挡曰而在舰载平台上袁雷达对海上目标应用高分辨率识别模式的距离却受地球曲率的袁故其应尽可能地装配在舰船上较高的位置遥对水面目标识别的重点应是具有潜在威胁的小型舰船袁比如巡航艇和渗透用橡皮艇遥如果舰载平台在水面转动或直线运动袁为了生成清晰的高分辨率目标特征信号袁须对平台运动做运动补偿遥

对机载平台所载雷达系统袁可采用SAR和ISAR模式袁并将两种技术的探测结果进行综合处理[3]的实际应用取决于雷达的积累时间和舰船目标遥的具体

运动情况遥对于复杂程度较低的应用环境袁也可以采用高距离分辨率技术探测水面舰只袁在这种情况下袁运动补偿仍是重要的问题遥

目前应用于舰船目标的雷达目标识别技术总结如表1所示遥

表1应用于舰船目标的雷达识别技术

平台建议目采用标识的别非技术合作注释陆基HRR/ISAR海基HRR/ISAR雷达载舰的运动需要补偿机载HRR/ISAR/SAR尧SAR/ISAR雷达载机的运动需要补偿注院1.HRR院高距离分辨率曰2.SAR院合成孔径雷达曰3.ISAR院逆合成孔径雷达遥2现有机载雷达常采取的目标识别技术

现有机载雷达采用最多的是基于高分辨率雷达成像的目标识别技术遥高分辨率距离像是一种一维图像技术袁其将目标剖分为径向距离单元遥利用覆盖大38教练机2019.NO.2

带宽的波形信号袁可获得关于对象的距离像遥它是用宽带雷达信号获取的目标散射点复子回波在雷达射线上投影的向量和袁它提供了目标散射点沿距离方向的分布信息袁其特点是通过发出某一波长的高频信号袁通过反射成像时间和位置袁从而得出高分辨率距离像袁具有目标重要的结构特征袁对目标识别与分类十分有价值袁因而成为雷达自动目标识别的新技术[4]目前袁通过多种方式可获得大带宽波形信号袁而实际遥中采用的波形则取决于其生成技术能否整合进雷达系统遥而最实用尧也是非常普及采用的波形生成方式多采用步进频率波形遥

步进频率合成带宽技术能在带限成像雷达系统里获取我们期望的高距离分辨率袁这种方法成为获取大带宽波形信号最具吸引力的解决方法遥线性调频信号袁也就是我们通常所说的Chirp波形袁其距离分辨率与信号带宽成反比遥因此距离分辨率受限于雷达接收器和发射器的瞬时带宽遥步进频率合成带宽技术的基础思想就是发射两个或多个具有一定子带宽的回Chirp波信脉冲号使信用数号袁其中字信心号频处率理以技术一定联的合频各率个步Chirp长提高的袁

子带宽得到一个宽带宽的合成信号袁从而实现高距离分辨[4]理技术遥比较目前成袁500熟袁耀在此600MHz基础上带宽采用的线性步进调频频率信合号成的带处宽技术很容易就能得到1.8GHz甚至以上的大带宽信号袁这样袁获得分米级的高距离分辨率也变得容易实现遥

频率步进高距离分辨率技术的基本原理是以已知频率分量合成极短的脉冲遥应用频率步进技术的第一步是建立窄脉冲频谱遥脉宽为驻子的脉冲可以用其带宽的倒数表示袁如1/B袁如图1所示为带宽为B的脉冲采样遥该技术的目的是用低带宽信号的增量合成初始高分辨率脉冲遥如图1所示袁可以考虑用一组采样频率来覆盖初始脉冲的带宽遥合成的信号是将脉宽f1

fN

fc

在持续频率增带量宽上采B

样脉冲的频谱

图1在N个频率上采样信号带宽脉冲占据B/(N-1)个间隔

为驻子的脉冲合成进载波频率fc号的带宽B由N个频率构建袁遥频可率以间从图的排中列看间到隔袁信为

B/(N-1)遥这些频率分量都是脉宽为子的正弦波袁它们的带宽都较低袁它们在图中用虚线表示遥

采用步进频率合成带宽技术袁可以在不增加系统瞬时带宽的情况下袁通过数字信号处理的手段获得宽带宽信号袁进而获得高距离分辨率遥这种方法是目前应用较为广泛的超宽带高分辨雷达波形的实现方法遥运用这种方法由子脉冲合成得到的信号与宽带宽信号的频谱和距离分辨率是一致的遥

3数学仿真分析结果

通过岛屿与船只雷达回波的尺度特征袁可对岛礁和静止小型船只进行分类袁分类识别概率受岛礁与船只的尺度差异性影响遥当岛礁超过船只尺度较大时袁能够可靠区分船只与岛礁遥通过试验采集某小型船只与岛礁的距离像数据袁通过数学仿真分别提取船只与岛礁的尺度特征信息袁数据见图2耀图4遥

图2目标船只距离像

图3背景小岛礁距离像

从数据仿真结果可以看出袁处理得到的背景小岛礁与目标船只的尺度信息差异明显袁利用一维距离像计算尺度信息并合理设置门限袁可有效对目标和背景小岛礁进行分类识别检测遥

荫专题研究图4目标船只和背景小岛礁尺度信息差异

4结论

由于形势和环境的变化袁对机载雷达提出了岛岸背景舰船的目标检测与识别能力的新要求遥要区分判别岛岸背景与舰船袁必须选用稳定可靠的目标特征遥根据以上分析与仿真验证袁可采用距离高分辨技术对目标与背景进行高分辨距离成像袁提取目标的距离维尺度特征袁通过尺度信息差异从而区分判别目标船只与岛岸背景遥该技术可用于区分海域中的岛礁尧小型舰艇尧大型舰船等尺度差异较大的目标与背景遥当然袁从目前来看袁用单一的技术完全解决雷达目标识别问题是十分困难的遥问题的解决有赖于多种技术的综合运用遥针对单一方法存在的各自局限性袁可以考虑将多种技术相结合袁以提高正确识别率遥

参考文献院

版社.

[1]Skolnik.雷达系统导论渊第三版冤袁电子工业出[3][2]张Peter衡.Tait.高分雷辨达一目标维识距离别导成论像袁电子识别工业技术出研究版社袁.西安电子科技大学硕士论文.

处理[4]袁西刘晓安电子宏.科高技大距离学分硕辨士成论像文雷.

达的信号分析与

渊收稿日期院2019-05-26冤

>>>作者简介

刘诗超袁男袁1986年8月出生袁2008年毕业于海军工程大学袁工程师袁现从事装备质量管理工作遥

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