（信息与通信工程专业论文）雷达极化抗干扰技术研究.pdf

国防科学技术大学研究生院博七学位论文 摘要 随着雷达极化信息处理技术的不断进步，以及越来越多的具备极化测量能力 的新型雷达的出现，极化信息在雷达抗干扰中的应用正逐步受到重视。论文以雷 达极化抗干扰为研究内容，针对现有雷达抗干扰中亟待解决的一些难题，充分挖 掘极化信息处理的潜力，针对性地开展了极化抗干扰方法的研究。主要内容包括： 针对噪声压制式干扰的自适应极化对消、干扰背景下雷达目标的极化增强、转发 式假目标干扰的极化鉴别以及低空目标镜像角闪烁干扰的极化抑制等问题，作为 基础性内容，论文对雷达极化测量方法首先进行了研究。 极化测量是极化信息处理的前提，极化抗干扰面临的巨大挑战对极化测量性 能提出了更为苛刻的要求，现有的分时极化体制和同时极化体制均已不能满足。 论文提出了一种复合编码同时极化测量体制，该体制用“正交地址码+ 伪随机码 ( 或线性调频脉冲) ”的复合编码代替了传统同时极化体制所采用的伪随机码序列 组，能够同时获得良好的自相关特性和互相关特性，为多假目标的极化鉴别等极 化抗干扰方法提供了性能良好的平台。 自适应极化对消器( a d a p t i v ep o l a r i z a t i o nc a l l c e l l e r ，a p c ) 是对抗噪声压制式 干扰应用最普遍的一种极化滤波器，随着战场电磁环境的恶化，以及数字信号处 理技术在现代雷达中的广泛应用，以相关反馈环电路为核心的传统自适应极化对 消器已不再适用。为此，论文研究了a p c 的迭代滤波算法，该算法收敛速度快， 稳定性好。 对雷达极化进行优化可以抑制干扰、增强目标，实现信干比的最大化，从而 提高雷达对目标的检测概率和测量精度。囿于极化雷达的发展水平，现有雷达极 化优化算法中很少对发射极化和接收极化进行联合优化，因而限制了极化优化处 理的增益。论文研究了干扰背景下雷达发射、接收极化的联合优化算法，在抑制 干扰的同时使目标接收功率最大化，相比于已有的极化对比增强算法，不仅先验 知识要求少( 目标散射矩阵、干扰极化状态均未知) ，而且避免了繁琐的优化计 算过程。 高逼真度假目标干扰是雷达面临的一大威胁，通过提取和利用极化域特征差 异来鉴别真、假目标是对抗多假目标的一条重要途径。现有假目标大体可分为固 定极化和极化调制两种，论文分别利用它们与目标回波矢量迥异的极化比不变性 和张量积矩阵空间散布性进行鉴别。在“目标”间互扰较小的情况下，具有很高的鉴 第1 页 国防科学技术大学研究生院博十学位论文 别率，在假目标数目较大、“目标”间互扰较大的情况下，鉴别率有所下降，但通过 适当调整门限可以有效地予以改善。 低空突防目标在“远距离区”的多径效应对雷达仰角测量的影响构成一个两点 源角闪烁模型。论文研究了一种两点源角闪烁干扰的极化抑制方法，该方法利用 两点源相对幅度比对称时，角闪烁线偏差正、负相消的有利特性，优化设计了发 射极化。仿真实验表明，该方法相比于普通极化分集方法，具有更佳的抑制性能， 可较明显地降低角闪烁线偏差的起伏。 论文以战场电磁环境为背景，充分考虑了工程应用中的重要影响因素，在极 化测量仿真平台上进行了仿真验证，所提出的极化抗干扰方法具有向工程应用方 向发展的潜力。论文的研究拓展了雷达极化抗干扰技术的外延，丰富了雷达极化 信息处理理论的内涵。 主题词：雷达极化抗干扰极化测量分时极化同时极化编码极 化对消极化优化假目标极化鉴别低空突防角闪烁极化分集 第1 i 页 国防科学技术大学研究生院博+ 学位论文 a b s t r a c t w i t l lt h ed e v e l o p m e mo ft h er a d a rp o l 撕z a t i o np r o c e s s i n gt e c l l l l o l o g ya 1 1 dm e e m e r g i n go ft l l en e wt ) ，p er a d a rw i t l lp o l 撕z a t i o nm e 嬲u r ea b i l i t i e s ，t 1 1 ea p p l i c a t i o no f p o l 撕z a t i o ni i 响肌a t i o ni i lr a d a ri m e 疵r e n c es u p p r e s s i n gi sr e g a r d e dm o r ea 1 1 dm o r e t a k n g 廿l er a d a ri m e r f e r e n c es u p p r e s s i n gi np o l a r i z a t i o nf i e l da sam 萄o rc o m e n t ，m e p o t e n t i a lo fp o l a r i z a t i o ni n f o m l a t i o np r o c e s s i n gi sd i g g e di nt 1 1 i st 1 1 e s i s a n dt h e s u p p r e s s i o no fr a d a ri n t e r f i e r e n c eu s i n gp o l a r i z a t i o ni o 姗a t i o ni ss t u d i e da i m i n gs o m e d i m c u l t i e sf a c i n gi nr a d a rw a r f 犯n o 、砌a y s n l em 萄o rc o n t e n ti n c l u d e s ：也e 础l p t i v e p o l 撕z a t i o nc a i l c e l l e rf o rs u p p r e s s i n gm en o i s ej a n 吼i n g ，m eo p t i m i z a t i o no fr e c e i v i n g a n de m i t t i n g p o l a r i z a t i o ns i m u l t a i l e o u s l y o nt h ei n t e l i f i e r e n c e b a c l 卿眦d ， 廿l e d i s t i n g u i s l l i n go fa c t i v ed e c o yi np o l 撕z a t i o nf i e l d ，t l l e 趾g l eg l i n ts u p p r e s s i n go f i n v a d m gt a r g e ta tl o wa l t i t u d eu s i i 玛p o l a r i z a t i o ni n f o n n a t i o n a n dt l l ep o l 撕z a t i o n m e a s u r e n l e n ti ss t u d i e da sab a s e m e n t a st h ep r e c o n d i t i o no fp o l a r i z a t i o np r o c e s s i r 培，l ep o l a r i z a t i o nm e a s u r e m e n ti s d e m a l l d e dt ob em o r ep r e c i s eb yt 1 1 ei n t e r f e r e n c e 叫p p r e s s i o nm p o l a r i z a t i o nf i e l do nt l l e m o r ec o m p l i c a t e de l e c t r o n i c w a r f a 心b a c k g r o u n d ，砒l dt l l e 位l d i t i o i l a l m e a s u r e m e m m e t l l o dc o u l d n tb es a t i s f i e da i l y m o r e i i lt l l i st l l e s i sa ni n s t a n t a n e o u sp o l 撕z a t i o n m e a s u r e m e mm e t l l o du s i n gc o m p o s i t ec o d e ds i 印a li sp r o d u c e d i i lt h i sm e t h o d ，ac o d e c o m p o u l l d e dw i t ho n l l o n o 肌a lc o d ea i l dp nc o d ei su s e dt or e p l a c em e 仃a d i t i o n a lp n c o d e t h eb e t t e ra u t oc o n e l a t i o na n dc r o s sc o n e l a t i o nc l l a r a c t e ri so b t a i n e d ab e t t e r p l a t f o n ni sp r 0 v i d e db yt h i sm e m o df o r t h ei m e r f e r e n c es u p p r e s s i o na l g o r i t l l m ss u c h 嬲 m u l t i d e c o yd i s t i n g u i s h 1 1 1 ea d a p t i v ep o l a r i z a t i o nc 锄c e l l e r ( a p c ) i st h em o s tp o p u l a rp o l 撕撕i o nf i l t e r t os u p p r e s st h en o i s ej a 吼i n gn o 、 砌a y s w i t hm ew i d eu s a g eo fd i g i t a lt e c l l i l o l o g yi n r a d a rs i g n a lp r o c e s s i n g ，t l l e 缸a d i t i o r l a la d a p t i v ep o l a r i z a t i o nc a n c e l l e r ，、) i ，：h i c hi sb u i ho n t l l ec o n e l a t i o nf e e d b a c kc i r c u i t ，i s n t 印p l i c a b l ei nt l l em o d e mr a d a ra i l d 谢c k e d e r e l e c 仃0 1 1 i cb a i t l ef i e l da n y m o r e s o ，仕i ea p ci t e r a t i v ea l g o r i t h mi ss t i l d i e di nt h j s l e s i s t l l i sa l g o r i m mc a nc o n v e 唱em o r eq u i c l ( 1 y ，b em o r e 鼬a b l e t oo p t i m i z et l l er a d a rp o l 撕z a t i o nc a l ls u p p r e s si n t e 疵r e n c es i 印a l ，a i l de 1 1 l l a l l c e t a r g e te c h o 觚da c l l i e v es i g n a l - t o - i i l t e r f e r e n c em t i om a ) 【i m i z a t i o n ，i m p r o v er 缸k l rt a 唱e t d e t e c t i o n p r o ba _ b i l i t ) r 锄i d m e a s u r e m e n t p r e c i s i o n o na c c o u n to fm el i m i t e d d e v e l o p m e n tl e v e lo fp o l 撕m e t r i cr a d a r ， t l l e j o i mo p t i m 泣a t i o no f 仃a n s m i t t i n g p o l a r i z a t i o na n dr e c e i v i n gp o l a r i z a t i o ni si n v o l v e dr a r e l yi i lm ee x i s t i n g 耐a r p o l 撕z a t i o no p t i m i z a t i o n 越g o r i t h m ，t 1 1 e r e f o r et h ep o l a r i z a t i o no p t i i i l i z a t i o ng a i l l si s l i m i t t e d t h ej o i n to p t i m i z a t i o na l g o r i t h mo f 仃 m s m i t t i n gp o l 撕z a t i o na r l dr e c e i v i n g 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 p o l 撕z a t i o n i ss t u d i e di n t h i s p a p e r ， w h e r ei m e r f e r e n c e s u p p r e s s i n g a n dm e m 觚i m i z a t i o no f t a r g e tr e c e i v i n gp o 、ra r ea c h i e v e da tt h es 锄et i m e c o m p a r e dt ot l l e e x i s t i n gp o l a r i z a t i o nc o n 仃a s te r l l l a n c e m e n ta l g o r i t h m s ，n o to n l yl e s sp r i o r ik n o w l e d g ei s d e m a n d e d ( t a r g e ts c a n e r i n gm a t 赦a 1 1 d i n t e m r e n c ep o l 撕z a t i o ns t a t ea r e 幽o w n ) ， b u tt oa v o i dt h ec 啪b e r s o m eo p t i m i z i n gc a l c u l a t i o np r o c e s s t h e h i g h - f i d e l i t ya c t i v ed e c o yi sag r e a tt l l r e a tt or a d a r t h er e a l t a r g e ta n dt h e d e c o yc a l lb ed i s t i n g u i s h e db yu s i n gt h ed i f f e r e n t c h a r a c t e ro ft h et a r g e t sa j l dt h e i n t e 疵r e n c ei np o l 撕z a t i o nf i e l d t l l ed e c o y sa r ec a t e g o r i z e di m os 讪l ep 0 1 撕z a t i o n d e c o ya n dm o d u l a t i o np o l a r i z a t i o nd e c o y t h e ya r ed i s t i n g u i s h e do ft h et a r g e ts c a t t e r i n g v e c t o r sb yu s i n gt h e 谢d e l yd i f f e r e n c eo fp 0 1 a r i z a t i o nr a t i os 切b i l i t ya 1 1 dt e n s o rm u l t i p l e m 撕xd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r w h e nt h ei m p a c kb e t w e e n 协i g e t s ( i n c l u d i n gt l l er e a l t a r g e t sa n dt h ed e c o y s ) i ss m a l l ，t h ed i s t i n g u i s hp e 面肌a j l c ei sv e 巧w e l l t h e p e r f o r 耵舱n c ei sd e s c e n tac e r t a i ne x t e n tw h e nt h ed e c o yn 啪b e ri sb i g g e ra 1 1 dt l l e i m p a c kb e t w e e nt h et a r g e t si ss t r o n g e r t h i sp e o n i l a n c ec a l lb ee f f e c t i v e l yi m p r o v e d b ys e t t i n gaa d a p t i v el i m i t t h e a 1 1 9 l em e a s u r e m e n to ft h ei n v a d i n g 协r g e ta tl o wa l t i t u d ei n r e m o t ea r e a c a i l b ea f f e c t e db yt 1 1 em u l t i p l ep a t h s t h i sc a l lb es i m p l i f i e db yt 、7 旧s p o ta n g l eg l i n tm o d e l a np o l a r i z a t i o nd i v e r s i t ym e t h o di sp r o d u c e dt os u p p r e s s i o nm ea n g l eg l i n ti n t e r f e r e n c e t h e p o s i t i v ev a l u eo fa n g l eg l i n te n o rc a n b ed e c r e a u s e db yt 1 1 en e g a t i v ev a l u e ，w h e nt h e 锄p l i t u d er a t e sa r es m m e t r i c a l u s i n gm i sc h a r a c t e r ，ab e t t e rs u p p r e s s i o np e r f i o n n a n c e c a l lb eo b t a i n e ds t a t i s t i c a l l yb yd e s i g n i n gt h ee m i t t i n gp o l a r i z a t i o n ni st e s t i f i e db yt h e e x p e r i m e n tr e s u l t st h a tt h i sp o l a r i z a t i o nd i v e r s i t ) ，m e t h o dl l a sab e t t e ra n g l eg l i n te 1 1 r o r s u p p r e s s i o np e r f o r m a n c ec o m p a r i n gw i lt h ec o m m o np o l a r i z a t i o nd i v e r s i 够 t h ei n t e r f e r e n c e s u p p r e s s i o nm e t h o d s a r es 砌i e di nt h i s t h e s i s 谢t h 向l l y c o n s i d e r a t i o no ft h ee n g i n e e r i n gr e a l i z a t i o n t h ep o l a r i z a t i o ni n f o m a t i o np r o c e s s i n gi s a i l a l y z e di nt h ef 伽n eo fr a d a rs i g n a lp r o c e s s i n g t l l ea l g o r i t h mi st e s t i f i e do nt 1 1 e p o l a r i z a t i o nm e a s u r e m e ms i m u l a t i o np l a t f o m ，a i l dt h e s ei n t e 疵r e l l c es u p p r e s s i n g m e l o d sh a v et h ep o t e n t i a lt ob ed e v e l o p e di nt 1 1 ee n g i n e e r i n gr e a l i z a t i o n t h e i n t e r f e r e n c e s u p p r e s s i n gt e c h n o l o g yi s e x t e n d e da 1 1 dt h ep o l 撕z a t i o ni 川o m l a t i o n p r o c e s s i n gt h e o r yi se n r i c h e di nt l l i st h e s i s k e yw o r d ：r a d 鸥 p 0 1 a r i z a t i o n ， i n t e m r e n c es u p p r e s s i o n ， p o i a r i z a t i o n m e a s u r e m e n t ， i n t e r l e a v e d p u l s e dp o l 撕z a t i o n ， s i m u l t a i l e o l l s p u l s e dp o l 撕z a t i o n ， c o d e ， p o l a r i z a t i o nc a i l c e l l e r ，p o l a r i z a t i o no p t i m i z a t i o n ， a c t i v ed e c o y ， p o l a r i z a t i o n d i s t i n g u i s h ，i n v a d i n gt a 唱e ta tl o wa l t i t l l d e ，a n g l eg l i n t ，p 0 1 a r i z a t i o nd i v e r s i t ) r 第1 v 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 图目录 图1 1 论文结构和主要研究内容1 6 图2 1 分时极化测量示意图1 9 图2 2 同时极化测量示意图2 0 图2 3 某战斗机和某隐身飞机测量相似度的均值和方差曲线2 8 图2 4 测量误差的统计特性2 9 图2 5 蟠h 的测量值与各类目标嬲h 的相似度曲线3 0 图2 6 同时极化体制发射信号处理流程3 2 图2 7 同时极化体制接收处理流程3 2 图2 8 复合编码波形3 5 图2 9 复合编码同时极化体制处理流程3 5 图2 1 0 极化编码通道之间的隔离性。4 0 图3 1 旁瓣对消前后天线方向图4 3 图3 2 自适应极化对消器( 用相关反馈环实现) 4 4 图3 3 干扰背景下雷达极化联合优化流程4 5 图3 4a p c 权系数迭代过程4 6 图3 5 含预处理过程的a p c 工作流程5 0 图3 6a p c 对消前后的极化增益图5 3 图3 7a p c 权系数迭代过程5 3 图3 8a p c 对消前后信号频谱5 3 图3 9 极化滤波处理后的极化增益图( 两个极化干扰) 5 4 图3 1 0 全自适应极化滤波器权系数迭代过程( 两个极化干扰) 。5 4 图3 1 l 匹配度均值和方差随信噪比的变化曲线5 8 图3 1 2 矢量估计误差概率分布示意图6 0 图3 1 3 匹配度的均值、方差随时域输入信噪比变化曲线6 2 图4 1 来波极化矢量空间分布示意图6 6 第v 页 国防科学技术大学研究生院博十学位论文 图4 2 固定极化假目标干扰鉴别流程示意图6 7 图4 3 目标鉴别统计量构成示意图7 0 图4 4 目标鉴别率与判别量的理论关系曲线7 5 图4 5 几种典型目标的判别量与信噪比的关系7 5 图4 6 固定极化假目标鉴别率7 6 图4 7 目标鉴别统计量统计特性与判别量的关系曲线7 7 图4 8 目标鉴别率仿真结果与理论值的比较7 7 图4 9 匹配接收后的输出波形局部放大图7 8 图4 1 0 目标、固定极化假目标的联合鉴别率。7 9 图4 1 1 不同门限的鉴别性能( 1 6 个假目标) 8 0 图4 1 2 极化矢量张量积接收的流程示意图8 2 图4 1 3 极化调制干扰鉴别流程图。8 4 图4 1 4 目标鉴别量统计特性8 7 图4 15 理想情况下目标鉴别率8 8 图4 1 6 理想情况下假目标的鉴别率( 水平、垂直通道相同调制) 。8 9 图4 1 7 理想情况下假目标的鉴别率( 水平、垂直通道分别调制) 8 9 图4 1 8 假目标鉴别率与发射极化数目的关系9 0 图4 1 9 鉴别率与输入干噪比的关系( 2 个假目标) 9 l 图4 2 0 鉴别率与输入干噪比的关系( 4 个假目标) 9 1 图4 2 1 鉴别率与输入干噪比的关系( 8 个假目标) 9 2 图4 2 2 鉴别率与输入干噪比的关系( 1 6 个假目标) 9 2 图4 2 3 不同门限的鉴别性能( 1 6 个假目标，调制相对带宽r b = o 0 0 2 ) 9 3 图5 1 扩展目标角闪烁示意图9 5 图5 2 低空情况下雷达探测目标几何示意图9 7 图5 3 低空镜像角闪烁线偏差示意图9 8 图5 4 归一化角闪烁线偏差随镜面反射系数p 的变化9 9 图5 5 极化分集抑制角闪烁系统构成示意图1 0 2 第v i 页 国防科学技术大学研究生院博+ 学位论文 图5 6 目标和镜像信号强度、对数幅度比随参数够的变化曲线1 0 5 图5 7 极化分集角闪烁线偏差与a r c c o s ( ) 之间的关系曲线1 0 8 图5 8 不同极化分集方式角闪烁线偏差的比较1 0 9 图5 9 不同分集数目下角闪烁线偏差的比较1 1 0 图5 1 0 角闪烁线偏差对比图1 1 2 第v i i 页 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文题艮重达拯丝拉王拉垫盔盟壅 学位论文作者签名：日期： 学位论文版权使用授权书 年月 日 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权国 防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档，允 许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书。) 学位论文题目：置达拯丝拉王拉拉苤丑壅 学位论文作者签名：一 储料撕张褂 日期：年月 日 魄a 固年? 月咖 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 第一章绪论 1 1 引言 极化反映了电磁波的矢量特性，是电磁波的重要信息【l 】，雷达对电磁波极化信 息的提取和利用，可以有效地提高其抗干扰、目标检测和目标识别的能力【2 】。随着 人们对极化信息开发和利用的不断深入，极化信息获取与处理技术已广泛应用于 弹道导弹地基防御雷达、机载星载合成孔径雷达、毫米波制导雷达以及气象观测 雷达等雷达系统中，极化测量雷达和雷达极化学的研究已成为当前雷达技术发展 的热点。 雷达干扰和雷达抗干扰是雷达电子战中一对“矛 与“盾 的关系，它们构 成了雷达电子战的主体【3 j 。雷达干扰主要分为两类，即压制式干扰和欺骗式干扰， 前者主要依赖能量压制达到干扰雷达检测的目的，后者主要通过产生虚假目标信 号或干扰雷达参数测量达到掩护目标、消耗雷达资源的目的。 雷达抗干扰本质上是利用干扰信号与有用信号( 如目标回波) 的特征差异， 抑制干扰而保留或增强有用信号。干扰信号与有用信号的特征差异可能在时域、 频域、空域和极化域的任一个域中出现，相应地也存在着不同域的抗干扰方法。 然而，人们对极化信息在雷达抗干扰方面的潜力还没有充分认识，极化域抗干扰 技术目前还相对比较薄弱。事实上，目标回波与干扰信号在极化域的特征差异是 普遍存在的，并且现有干扰还难以完全模拟目标回波的极化特性，通过设计雷达 发射和接收变极化以及相应的极化处理方式，就有可能将目标与干扰在极化域区 分开来，进而进行干扰抑制或鉴别。 随着雷达抗干扰向综合化( 综合利用时域、频域、空域、极化域的各种信息、 各种技术手段) 和网络化( 综合利用各种平台) 的方向发展【3 】【卯，极化信息作为电 磁波的一种基本信息，与传统的时域、频域、空域信息的配合使用，将有助于解 决雷达抗干扰中亟待解决的一些难题，并有望成为雷达抗干扰技术发展的一个新 的推动力。 本论文立足于利用极化信息实现抗干扰，其研究成果将为未来雷达综合化抗 干扰提供极化域基础技术手段。论文首先对雷达极化测量方法进行了研究，设计 了新的波形及处理方法以满足日益苛刻的极化测量性能要求，然后，以该极化测 量体制为平台，针对雷达抗干扰中的典型问题，有针对性地研究了极化抗干扰方 法。论文中的抗干扰方法以基本的战场电磁环境为想定背景进行研究，在极化测 量雷达仿真平台上进行了仿真验证，其方法和结论对于工程应用具有理论指导意 义。 第1 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 1 2 雷达极化学的研究发展现状 1 2 1 雷达极化学的发展历程 雷达极化问题的研究始于二十世纪4 0 年代。1 9 4 6 年，美国俄亥俄州立大学天 线实验室学者gs i n c l a i r 指出，雷达目标可视为一个“极化变换器”，可用一个2 2 矩阵来描述雷达目标的散射特性，这就是著名的“s i n c l a i r 极化散射矩阵 1 6 j 。以 此为起点，雷达界开始了对雷达极化学的探索研究。 回顾雷达极化学的发展历程，大致可以划分为三个阶段。 第一个阶段由4 0 年代中期开始至5 0 年代末期，这是雷达极化学研究的第一 个热潮。继gs i n c l a i r 首次提出了极化散射矩阵概念之后，vr u m s e y 在1 9 4 9 1 9 5 1 年间、e m k e i l i l a u 曲在1 9 4 8 1 9 5 2 年间对散射矩阵进行了更为深入的研究， k e r u l a u 曲于1 9 5 2 年针对互易性、单静态、相干情况，提出了富有开创意义的“最 优目标极化概念【7 】，这些成果为经典雷达极化学奠定了初步的理论基础，初步揭 示了极化在雷达信息处理中的应用前景，因而掀起了5 0 年代雷达极化学的研究热 潮。此外，雷达目标和地物杂波的极化特性测量与分析作为实现“最优极化 、目 标分类等应用的基础性课题，也得到了广泛研究【8 】【9 1 ，并获得了大量有意义的成果。 这一阶段中，由于具备高精度极化测量能力的雷达尚未研制成功，因此主要 在理论方面开展了一些探索工作，并通过在已有雷达上进行全极化改装获得部分 实验数据以支持理论研究。 第二阶段从5 0 年代末期开始，包括了整个6 0 年代和7 0 年代初期，研究重点 集中在简单形体雷达目标的极化分类与识别方面，采用的技术路线主要是提取目 标极化散射矩阵元素及其特征变量进行分类、识别。 5 0 年代末，j r h u y l l e n 在l o c k h e e d 公司进行了大量相干散射矩阵的测量工 作，进一步发展了k e 皿a u 幽的最优目标极化理论，利用p o i n c a r e 极化球和s t o k e s 矢量表征法导出了著名的h u y n e n 极化叉的概念，用于诸如振子目标、球状目标、 对称目标等简单形体目标的分类和识别【1 0 j 。1 9 6 0 年，c o p e l a l l d 在k e 皿a u 曲的指 导下，提出了第一个用于雷达目标分类和识别的实现方案【l 。1 9 6 5 年，s h b r i c k e l 和o l o 、e n s h u s s 提出了基于极化散射矩阵变换的三参数轨迹法，用于目标分类识 别【1 9 】【2 0 1 ，同年，b r i k e l 提出了散射矩阵行列式值、散射矩阵的迹、功率散射矩阵 行列式值、功率散射矩阵的迹和去极化系数等不随极化平面旋转或目标绕视线旋 转而改变的极化不变特征量【1 9 】。鼬l l 在1 9 7 0 年研究任意形状目标在任意观测角下 的识别问题时，提出了更具有一般意义的五参数轨迹法1 2 lj 。 总的来看，在此阶段中，由于人们对目标极化散射特性与目标结构等属性的 相互关系还缺乏了解，没有深入揭示雷达目标的极化散射机理，因此，所提出的 第2 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 目标极化分类与识别方法并不十分实用，尤其是对于具有复杂结构的现代军用目 标。 此外，在此阶段中，在雷达气象学方面，各国学者对云内水成物粒子的极化 散射特性的研究兴趣逐渐升温。该领域研究最早开始于5 0 年代，其时，科学家开 始对水成物粒子后向散射的极化效应进行研究【2 2 】【2 3 1 ，6 0 年代苏联用经过极化改装 的雷达获取实验数据研究云和降水，试图确定降水物相态和评价人工影响天气的 效果，到6 0 年代末，加拿大科学家研制成功了高精度双极化气象雷达【2 4 1 ，自此， 极化在气象雷达中的应用开始蓬勃发展，并成为极化信息应用较为成功的领域之 一。 第三阶段从7 0 年代初期至今，这一阶段中，高精度极化测量雷达技术获得了 迅速发展，以此为基础，极化应用研究在滤波、检测、识别等多个方面取得了重 要进展。 文献【1 5 】- 2 5 通过极化测量雷达获得大量实测数据，以实测数据为支持，对地 杂波、雨杂波以及雷达目标的极化散射特性进行了深入研究。 文献 3 0 】 5 2 】研究了利用极化信息改善正交双极化雷达目标检测性能的问题： a j p o e l m a i l 于1 9 7 5 年首次研究了高斯噪声环境下正交双极化接收雷达的目标检 测问题【3 0 1 ，并于1 9 8 1 提出了虚拟极化适配( v p a ) 的概念【3 l 】，为极化检测处理提 供了一种简便、可行的工程实现方法；d g i u l i 和r d c h a n e y 等人分析了极化目 标检测算法的理论性能p 5 】【3 9 】；l m n o v a l 【等分别研究了杂波环境中的目标最优极 化检测算法【4 1 】【4 2 】；a d m a i o 、a f a r i n a 等研究了高分辨雷达距离扩展目标的极化 自适应检测问题【4 4 】m 】。 文献【5 3 】 8 4 】针对地( 海) 杂波、雨杂波以及干扰环境，研究了提高信杂比、 信干比的极化滤波方法：1 9 7 5 年f e n a t l m s o n 在研究雨杂波对消问题时，提出 了自适应极化对消器( a p c ) 的概念及系统实现方案【5 引，这是最早的极化滤波器， a j p o e l m a n 于1 9 8 4 年提出了多凹口极化滤波器( m l p ) ，用于抑制部分极化的干 扰和杂波【5 7 1 ，d g i u l i 和m g 1 1 e r a r d e l l i 等人则在两者基础上提出了m l p a p c 【5 8 】 和m l p s a p c 【6 l 】；乔晓林、张国毅等对高频地波雷达的极化滤波问题进行了深入 研究，提出了序贯极化滤波、极化域一频域联合抑制多干扰等方法【6 6 】【圃；王雪松、 徐振海等对s i n r ( 信号干扰噪声功率比) 极化滤波器的理论性能进行了较为全面 的分析，并进行了优化设计【7 0 】，【7 9 】，【8 2 】，【明；以提高图像信杂比( s c r ) 为目的的极化 对比增强技术随着极化合成孔径雷达( s a r ) 的广泛应用也得到了充分发展，v sa i l _ t a l l a 、j y 锄g 等人在此方面做了大量理论研究工作【7 4 】【7 6 1 。 文献 8 5 】- 1 0 5 】研究了极化阵列信号处理技术，利用极化信息有效地提高了空 间阵列的抗干扰、目标分辨能力。 s a r 军用目标分类以及空间目标识别等军事需求催生了极化目标识别技术的 第3 页 国防科学技术大学研究生院博七学何论文 发展( 参见文献 1 0 6 】- 【1 2 5 】) ，特别是进入2 0 世纪9 0 年代后，一批机载星载多波 段、多极化s a r 以及地基宽带全极化成像雷达的投入使用，使极化域特征提取与 识别技术得到了迅速发展：早在1 9 7 0 年，j r h u y n e n 就在其博士学位论文雷 达目标唯象学理论中阐述了极化散射矩阵元素与目标属性之间的内在联系【1 0 7 】， 并提出了目标极化分解的概念，对雷达目标极化识别研究起到了推动性作用，此 后，w l c 锄e r o n 和s r c l o u d e 等众多学者进一步发展了目标极化分解理论 【1 0 8 】【1 吲，并在s a r a t r ( 自动目标识别) 等领域得到了广泛应用；n f c h 锄b e r l a i n 等人于1 9 9 1 年提出了“瞬态极化响应( t p r ) 的概念【1 1 8 j ，并对几类大型商用飞机 进行了试验，取得了不错的识别效果；国内，国防科技大学在宽带全极化雷达目 标识别方面做了大量工作【1 1 9 】 1 2 5 1 ，削i 顷平教授系统地研究了光学区宽带雷达目标 识别的问题，提出了基于多维极化特征空间、目标本征极化和极化谱特性等复杂 飞机目标识别理论【1 2 1 1 ，何松华教授针对毫米波导引头成像雷达对地物目标的识别 问题进行了研究【l2 0 1 ，提出了距离一极化二维结构像的概念，王雪松教授提出了“瞬 态极化”的概念【1 2 2 】，突破了经典极化“时谐性”或“窄带性”的约束，并深入研究了雷 达目标瞬态极化识别问题，曾勇虎博士在瞬态极化时频分析及其在目标识别中的 应用方面开展了研刭1 2 4 】，李永祯博士在瞬态极化统计学及瞬态极化目标识别等方 面开展了研列1 2 5 1 ，王涛博士研究了地基宽带全极化成像雷达对弹道导弹中段目标 的极化域特征提取与识别问题【1 2 6 j 。 以上简要阐述了国内外极化学研究的发展历程和代表性成果，可以看出，雷 达极化学作为雷达界的一个重要分支正日益受到重视，随着理论研究与工程实践 的相互促进和发展，雷达极化学将在抗干扰、目标识别等领域发挥愈来愈重要的 作用。 1 2 2 极化测量雷达的发展现状 雷达极化学的研究与极化测量雷达的发展是相互促进的，一方面，极化学研 究需要极化测量雷达提供实验数据进行验证和分析，另一方面，雷达极化学的研 究成果也引导着极化测量雷达的发展方