雷达信号中的微多普勒信息提取方法与应用研究

1、 论文作 者签 名 ： 浙江大学 研 究 生学 位论文独 创 性 声明本 学 位论文作 者完全 了 解 滥 姿 态 堂有 权保 留并向国 家有 关 部门 或 机 构送交本 论文的 复印件 和磁 盘 ，允 许论文被 查 阅和借阅。 本 人授 权迸鎏 盘 堂可学 位论文作 者签 名 ： 最 后 ，感谢拿 出 宝贵时 间审阅我 论文的 专 家学 者。 瑃 甌 ， 目 录 状锬 勘 晡 嗥 绽 招 砺 刍 本 章 小 结 本 章 小 结 参 考 文献 作 者简 历 雷达 中 也可 以获 得。 关 于 微 多 普勒 特 征 的 研 究 主 要集 中 在以下几个 方 面 ：不 同情形 下微 多 普勒 信息

2、的 提取 方 法，基 于 微 多 普勒 现 象 的 目 标识 别 技 术，复杂 运动 目标的 微 多 普勒 特 征 识 别 ，多 分量微 动 特 征 分析，三 维 情况 下微 多 普勒 特 征 重构 。目 前 ，微 多 普勒 效 应 已经在很多 方 面 有 了 重要的 应 用 。 如 空 间和空 中 目 标的识 别 ，空 间目 标主 要包 括卫 星 、 空 间碎片 等 ，空 中 目 标主 要包 括直升 飞机 ，喷 气式飞机 等 。 它 们的 一 些微 动 特 征 会 对 雷达 回 波 进行 调 制 ，这些微 动 特 征 包 括直升 的 成像问题 。 直升 飞机 的 毫 米 波弹 道 导 弹 目

3、 标 的 参 数 进行 了 估 计，同时 还 对 弹 道 导 弹 目 标 的 图 像进行 了 研 第 五章 ，探 索了 第 四章 研 究 的 方 法在直升 机 识 别 方 面 的 应 用 ，建 立 了 简 化的主 旋翼和尾 翼旋转 引 起的 微 多 普勒 效 应 的 数 学 模型，并 进行 了 仿真 分析。第 六 章 ，对 全 文进行 了 总结 ，指出 了 今后 研 究 的 重点。 雷达 目 标微 多 普勒 效 应 理 论基 础雷达 向进行 探 测的 区域 发射电磁 波 ，电磁 波 在与 目 标发生相 互作 用 以后 返 回给 雷达 ，接收机 接收回 波 。 接收到 的 回 波 相对 于 发射

4、波 会 有 一 些改变，这些改变则 会 反 应 所要识 别 的 目 标的 相关 信息。 如 果 目 标与 雷达 之间存 在相 对 运动 ，接收到 的 回 波 的 载 频相 对 于 发射的 信号 的 载 频将会 发生频移 ，这被 称为 多 普勒 频移 。这种由 于 物体与 收发信 号 机 之间的 相 对 运动 而 引 起的 接收到 的 电磁 波 频率 的 改变就是所 谓 的 多 普勒 效 应 。 根 据 多 普勒 频移 的 定义，多 普勒 频移 可 以用 如 下表 达式表 示 多 普勒 频移 为 正 ，反 之，当 目 标远离 雷达 运动 时 ，多 普勒 频移 为 负。 雷达 目 标徽多 普勒 效

5、 应 理 论基 础标为 ， ， 眯 卣 笮 拿 枋 龅 愦 樱 絇 的 旋转 过 程 ，在 笨蹋琍 表 雷达 目 标微 多 普勒 效 应 理 论基 础示 欧几里 德范 数 。图 雷达 与 运动 目 标 模型其 中 ， 工 ， 瑉 怯 肽 勘 晟 浣 孛 嬗 泄氐某 浚琧 是电磁 波 的 传播速度 ， 雷达 目 标 微 多 普勒 效 应 理 论基 础 ，一 【 赾 ， 瑂 。 雷达 目 标微 多 普勒 效 应 理 论基 础的 方 位角和仰角分别 为 口 捅伲琍 点与 雷达 之间的 距离 可 以用 如 下表 达 式表 示 当 口，口 ，辟 时 ， 离 根 据 微 多 普勒 频移 的 定义，可 以得

6、到 振 动 物体产 生的 微 多 普勒 频移 雷达 目 标 徽多 普勒 效 应 理 论基 础【 ， 图 载 频对 振 动 目 标 微 多 普勒 效 应 的 影响 雷达 目 标 微 多 普勒 效 应 理 论基 础比较 图 可 知，其 它 参数 相同的 情况 下，振 幅 越大，微 多 普勒 频图 振 动 频率 对 振 动 目 标 微 多 普勒 效 应 的 影响比 较 图 可 知，振 动 频率 越大，振 动 目 标 的 最 大微 多 普勒 频移 越大，微 多 普勒 效 应 越明 显。 另 一 方 面 ，微 多 普勒 频率 的 变换 速度 随着振 动 频率 的增大而 增大。 不 同目 标 一 般 有

7、不 同的 振 动 频率 ，所 以，可 以根 据 微 多 普勒 效 应 对目 标进行 更 精 确的 识 别 。 雷达 目 标微 多 普勒 效 应 理 论基 础图 雷达 和旋转 目 标 模型 雷达 目 标 微 多 普勒 效 应 理 论基 础 。 ： 狻 痵 弧 翕 是斜对 称矩 阵。 矗匆 吲。 破 翕 陋 叭 卜 胁 ， 雷达 目 标微 多 普勒 效 应 理 论基 础 葜 捺 浴 蓿瓺帆 軿 一棚 比较 图 可 知，在其 它 参数 相同的 情况 下，仅 改变目 标的 旋转 角速度 ，得到 的 微 多 普勒 效 应 不 同。 角速度 越大，微 多 普勒 频率 变化的 频率 越决 ，同时 ，旋转 目

8、 标的 最 大微 多 普勒 频移 越大。 不 同的 微 动 目 标一 般 情况 下拥有 不 同的 旋转 角速度 ，所 以，可 以利 用 微 多 普勒 效 应 更 加 精 细 的 区分不 同的 目 标是可 能的 。 雷达 目 标微 多 普勒 效 应 理 论基 础 ：笙 假设 厂 ， 痵 ，仿真 结 果 如 下 本 章 小 结 时 频分析技 术在微 多 普勒 效 应 分析中 的 应 用 引 言主 要介 绍一 下基 本 的 时 频分析方 法的 原 理 ，并 对 这些常 用 的 时 频分析方 法进行 分 时 频分析技 术在微 多 普勒 效 应 分析中 的 应 用 ，信 号 的 总 能 量易 可 以表

9、示为 丁 廖 菔 号 进行 短 时 傅 里叶 变换 ，短 时 傅 里叶 变换 的 离 散形 式为 ，刀 薄 盫弦 式 时 频分析技 术在微 多 普勒 效 应 分析中 的 应 用图 窗长 度 对 短 时 傅 里 叶 变换 的 影响 时 频分析技 术在微 多 普勒 效 应 分析中 的 应 用 瑃 拿 六 ， 其中 ，嗍，： ，缈 俏 与 恐 慕 徊 鎃 ，表达式为 时 频分析技 术在微 多 普勒 效 应 分析中 的 应 用。 本 章 小 结 双站 合成孔径 雷达 情形 下的 微 多 普勒 信息提取 引 言 双站 合成孔径 雷达 ，干 涉 。 双站 合成孔径 雷达 情形 下的 微 多 普勒 信息提取

10、 礖 嘶 叫 唧 卜五爿 双站 合成孔径 雷达 情形 下的 微 多 普勒 信息提取接收到 的 信号 变换 到 距离 傅 里叶 域 ，其 表 达 式为 琭 巧 琭 双站 合成孔径 雷达 情形 下的 微 多 普勒 信息提取龇 结 等 好丢 砜胡 万兀 世 ，最 后 经过 将信 号 变回 到 时 域 ，即 得到 压 缩 以后 的 信 号 双通道 技 术简 介 ， 时 ，经过 时 间 煜逜 ：将移 动 到 原 来天线 彳 。 的 位 双站 合成孔径 雷达 情形 下的 微 多 普勒 信息提取的 回 波 相同，类 似 于 雷达 固 定不 动 ，杂 波 谱 也就不 会 被 展宽 。 而运动 目 标的 位置

11、譬 叫 肭 譬 叫 ，口 刀 万 ， 双站 合成孔径 雷达 情形 下的 微 多 普勒 信息提取线 性 调 频信 号 进行 检测和参 数 估 计。 双站 合成孔径 雷达 情形 下的 徽多 普勒 信息提取 翌塑 全 壁塾丝 重垄堕墅 盟 恐 炼 荏 涡莍 垦坠彳 ：与 阒 涞 木嗬隦： 鱢 约 敖邮栈 胧 阒 涞 木嗬胱 悖 分别为 ：板 一 只一 ： 鱮 竜 所为 距离 向分辨 率 。 这意味着 瑀 与 ： ， 的 最大值将出 现 在同一个 距仍 万 肆 ： 礁 龇 涮 煜逜同，这两 个 信 号 的 差 值为 唧 生 业 螂 足。 鰕 。 磺 。 力置薏 萣等 。第 一 项是由 于 发射雷达 的

12、 运动 而引 起的 线 性 多 普勒 频移 ，其 余 项是由 于 目 标 轴上有 睨 的 偏 移 ，可 以利 用 这个 偏 移 来求出 旋转 中 心方 位向的 位置 。 技 术处 理 以后 ，在 芯 茉 肷 匀 淮 嬖 冢 墙鲇 条 线 ，即旋转 目 标 的 信号 ，杂 波 被 抑 制 了 。 处 理 之前 和之后 距离 多 普勒 域 中 的 信 号 一 痵 ，这十分接近 真 实 值一 痵 。 同理 ，对 个 和第 三 个 旋转 双站 合成孔径 雷达 情形 下的 微 多 普勒 信息提取一粁叮图 旋转 目 标 的 徽多 普勒 效 应 双站 合成孔径 雷达 情形 下的 微 多 普勒 信息提取咒一

13、百进行 了 概 述 ，并 对 距离 多 普勒 算法 进行 了 详细 的 推 导 与 说明 。 同时 对 技 术和分数 阶 傅 里叶 变换 进行 了 简 要的 介 绍，在上 述 理 论介 绍的 基 础上，研 究 了 一 种在双站 雷达 情 形 下旋转 目 标 引 起的 微 多 普勒 信 息的 提取 方 法 ，建 立 了 系统 模型，给 出 了 完整 的 理 论推 导 ，得到 了 此种情 形 下微 多 普勒 频移 的 理 论表 达 式，通过 仿真 验证了 提出 的 方 法 的 有 效 性 。 目 标 旋转 引 起的 微 多 普勒 效 应 的 一 种应 用 引 言 利 用 微 多 普勒 效 应 探

14、测直升 机 目 标如 图 所示 ，点只在垂 直于 钠矫 婺 谌圃 鉫 伲 矗 鲂 T硕 隭 目 标 旋转 引 起的 徽多 普勒 效 应 的 一 种应 用图 旋转 目 标 示 意 图洲鬟町 旧曲吣 星謇慷 相 目 标 旋转 引 起的 微 多 普勒 效 应 的 一 种应 用 如 ， 狻 搿 纭 目 标 旋转 引 起的 微 多 普勒 效 应 的 一 种应 用地 ： 丢胁 枷 半 目 标 旋转 引 起的 微 多 普勒 效 应 的 一 种应 用半 如 。 氏 信号 的 相位为 伊 够 仍 ，对 相位求导 即可 得到 多 普勒 频移 。一 等 垃 业 业 目 标 旋转 引 起的 微 多 普勒 效 应 的

15、一 种应 用 苊 瘛 稀 的 偏 移 ，同样 可 以利 用 这个 偏 移 来求出 旋转 中 心方 位向的 位置 。经过 补 偿 以后 的 信号表 旋转 点 偷鉫 参 数 枷 厶 器勰躲 怒 怒只 目 标 旋转 引 起的 微 多 普勒 效 应 的 一 种应 用 目 标 旋转 引 起的 微 多 普勒 效 应 的 一 种应 用 目 标 旋转 引 起的 微 多 普勒 效 应 的 一 种应 用厂 目 标 旋转 引 起的 微 多 普勒 效 应 的 一 种应 用取出 的 微 多 普勒 频移 一 致，证明 了 提取 出 的 微 多 普勒 频移 是正 确的 。 同时 ，通过 目 标 旋转 引 起的 微 多 普勒 效 应 的 一 种应 用分比较 图 可 知，理 论推 导 获 得的 微 多 普勒 频移 与 通过 时 频变换 提 目 标 旋转 引 起的 微 多 普勒 效 应 的 一 种应 用时 引 起的 微 多 普勒 频移 要明 显，但是，信 号 的 强度 与 旋转 平面 与 方 位向的 夹 角有关 。 在此 基 础