雷达空间目标识别技术综述

2006年10月第34卷 第5期

现代防御技术

MODERN DEFENCE TECHNOLOGY

O ct.2006

V o.l34 N o.5雷达空间目标识别技术综述*

马君国,付 强,肖怀铁,朱 江

(国防科技大学ATR实验室,湖南 长沙 410073)

摘 要:随着人类航天活动的增加,对于卫星和碎片等空间目标进行监视变得非常重要。为了实现空间监视任务,对空间目标进行识别是非常必要的。对空间目标的轨道特性与动力学特性进行了介绍,对雷达空间目标识别技术的研究现状和发展趋势进行了详细的综述。

关键词:空间目标识别;低分辨雷达;高分辨雷达成像

中图分类号:TN957 52 文献标识码:A 文章编号:1009 086X(2006) 05 0090 05

Survey of radar space target recognition technology

MA Jun guo,F U Q iang,X I AO Huai tie,Z HU Jiang

(ATR L ab.,N ationa lU n i versity o f De fense T echno l ogy,Hunan Changsha410073,Ch i na)

Abst ract:W ith t h e deve l o pm ent of spacefli g ht acti v ity of hum an,surveillance of space tar get such as sate llite and debris beco m es very i m portan.t In or der to i m p le m ent surveillance task,space target recogni ti o n is ver y necessary.Orb it property and dyna m ics property of space targe t are i n troduced,a deta iled sur vey is set forth about current research state and developi n g trend of radar space target recogn iti o n techno l ogy.

K ey w ords:space tar get recogniti o n;lo w reso lution radar;h i g h reso lution radar i m aging

1 引 言

自从前苏联发射了第1颗人造地球卫星以来,卫星在预警、通信、侦察、导航定位、监视和气象等方面具有不可替代的优势。随着人类航天活动的增加,空间碎片日益增多,对于卫星等航天器的安全造成极大的威胁,因此对于卫星和碎片等空间目标进行监视变得非常重要。其中空间目标识别是空间监视任务中不可或缺的基本条件,空间目标识别主要是利用雷达等传感器获取空间目标的回波信号,从中提取目标的位置、速度、结构等特征信息,进而实现对空间目标的类型或属性进行识别。

2 空间目标的轨道特性与动力学特性

(1)轨道特性[1,2]

空间目标在轨道上的运动是无动力惯性飞行,本质上空间目标与自然天体的运动是一致的,故研究空间目标的运动可以用天体力学的方法。空间目标在运动时受到地球引力、月球引力、太阳及其他星体引力、大气阻力和太阳光辐射压力等的作用,轨道存在摄动。但是对轨道的实际分析表明,空间目标受到的主要力是地球引力。假设空间目标只是受到地球引力的作用,同时假设地球是一个质量均匀分布的球体,则空间目标与地球构成二体运动系统,开

*收稿日期:2005-12-15;修回日期:2006-01-23

作者简介:马君国(1970-),男,吉林长春人,博士生,主要从事目标识别与信号处理研究。

通信地址:410073 湖南长沙国防科技大学ATR实验室 电话:(0731)4576401

普勒三大定律和牛顿万有引力定律是研究空间目标运动轨道的基础。

在二体系统中空间目标严格按照椭圆轨道运行,地球位于椭圆的一个焦点上。描述空间目标运动情况的6个轨道参数为:轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角、真近点角、椭圆轨道的长半轴和椭圆轨道的偏心率。在这6个轨道参数中,只有真近点角是时间的函数,其他轨道参数均为常数。不同任务、不同类型的卫星所选择的轨道参数是不同的,空间碎片大都分布在人造卫星常用的轨道上[3],平均相对速度约为10km/s。

(2)动力学特性[1,2,4,5]

空间目标除了受到地球引力的作用外,所受到的其他作用力统称为摄动力,摄动力包括月球引力、太阳及其他星体引力、大气阻力和太阳光压等。不同轨道高度上的空间目标所受的摄动力大小不同,在近地轨道(轨道高度2000km以下)上运行的空间目标所受到的摄动力主要是地球的非球形引力和大气阻力;对于轨道高度300km以下的空间目标,大气阻力为主要的摄动力;对于在较高轨道上运行的空间目标,太阳和月球引力成为主要摄动力。

正常工作的卫星都具有姿态控制能力,目前姿态控制方式主要有自旋稳定姿态控制、重力梯度稳定姿态控制、磁力稳定姿态控制和3轴稳定姿态控制等,其中自旋稳定姿态控制和3轴稳定姿态控制是应用最广泛的2种姿态控制方式。空间碎片没有姿态控制和轨道控制能力,其运动表现为不规则的翻滚运动。

3 雷达空间目标识别技术的研究现状

目前,中国、美国、俄罗斯、英国、法国、德国和日本等国家都具有探测空间目标的能力,所应用的空间探测设备均为地基探测设备。空间目标监视系统通常由光学探测设备和雷达探测设备组成,美国和俄罗斯都建立了比较完善的地基空间目标监视与跟踪系统。美国对空间目标的监视与跟踪主要是由空间探测和跟踪系统!(SPADATS)中的观测设备来完成,空间探测和跟踪系统!本身包括空军的空间跟踪!(SPACTRACK)系统和海军的空间监视!(SP ASUR)系统。空间探测和跟踪系统主要由相控阵雷达(包括无线电系统)和光电探测器两大类探测器组成,这两类探测器各有优点和缺点,相互补充,构成完整的空间监视体系,探测距离超过36000km。俄罗斯在其武装力量中建立了宇宙空间监视系统!,该系统不间断地搜索宇宙空间,发现和跟踪各种军用航天器,测定卫星的轨道参数,并通过宇宙空间监视中心向俄罗斯武装力量各军种、军区发送原始信息通报,供实施空间攻防对抗使用[6]。

世界上一些雷达的探测性能如下:美国的H ay stack雷达可以检测到轨道高度1000k m、尺寸为1c m的目标,可以估计小目标(宇宙垃圾和高轨目标)的状态和特性[7]。日本的MU(m iddle and upper at m osphere)雷达可以检测到500km轨道高度上尺寸为2c m的目标。美国的Go ldstone雷达可以检测到1000k m轨道高度上直径为3mm的导体球,Eg lin雷达对轨道高度在3000km以内、雷达散射截面大于-35dBs m的碎片的检测概率达0 99[8]。德国高频物理研究所(FGAN)的跟踪与成像雷达系统T I R A(track i n g and i m ag i n g radar)由一个口径34m 的抛物面天线、一个L波段窄带单脉冲跟踪雷达和一个Ku波段高分辨成像雷达组成,跟踪雷达主要用于对空间目标进行探测和跟踪,成像雷达主要完成在跟踪阶段对空间目标进行成像。T I R A可以检测到在1000km轨道高度上、尺寸为2c m的空间目标[9]。中国科学院陕西天文台的流星雷达理论上完全有可能观测200~1200km轨道高度范围内的尺寸大于1m的空间碎片[10]。

空间目标的结构通常具有简单、对称的特点,对于一些简单形体的空间目标如球体和圆柱体等,可以得到其雷达散射截面(RCS)随姿态角变化的解析表达式。根据空间目标的RCS序列可以对空间目标进行识别和分类,可以对空间目标的姿态和尺寸进行估计。1958年美国用AN/FPS-16精密跟踪雷达跟踪了俄罗斯刚刚发射的第2颗人造卫星Sput n i k II,发现其回波信号中含有与角反射器散射特性相同的周期分量,判断出卫星上装有角反射器[11]。Tho m as J.S.建立了目标尺寸估计模型SE M,SE M反

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马君国,付 强,肖怀铁,等:雷达空间目标识别技术综述

现代防御技术2006年第34卷第5期

映了目标的RCS与目标尺寸的关系,因此可以根据目标RCS的数值来得到空间碎片的尺寸[12]。戴征坚根据目标RCS反射图确定柱状空间目标的结构和尺寸[3]。日本京都大学的Tor u Sato等人根据目标RCS的起伏特征估计空间碎片的形状和尺寸[13]。

翻滚!运动是空间目标的一种特殊的运动形式,这种运动的特点是空间目标绕某一确定的空间轴翻滚,其翻滚平面保持不变。失效卫星在地球引力和摄动力的作用下进行复杂的旋转运动,最终趋向于翻滚运动;星箭分离后的火箭末级往往演变为翻滚运动。白广周提出了一种利用测量的翻滚目标RCS序列值对翻滚目标进行识别的方法,该方法根据测量的空间目标RCS值和坐标数据,以镜向散射点为参考点,经过坐标变换和参数估计,求得翻滚目标的姿态角,即目标轴与雷达视线之间的夹角,将该姿态角与测量的RCS数据在时间上对齐,建立目标的局部RCS方向性图,然后提取8个特征量,利用最近邻法对目标进行分类和识别[14]。

对于空间目标的RCS时间序列进行某种变换,可以得到变换特征,进而实现空间目标的识别。卜正明把傅里叶变换同小波变换相结合,对空间目标的RCS时间序列进行功率谱估计,实现了自旋稳定卫星和3轴稳定卫星的分类识别[15]。金胜提取RCS序列的梅林变换特征,对3种尺寸的3轴稳定卫星进行识别[16]。

根据图像可以实现空间目标分类识别,还可以获得空间目标形状、姿态和尺寸等信息。Toru Sato 根据单距离-多普勒干涉成像技术SRD I来估计空间碎片的形状和尺寸,前提条件是要正确估计出碎片绕其主轴旋转的周期[17]。1990年德国的跟踪与成像雷达系统T I R A成功地对前苏联礼炮-7!空间站的再入过程和物理特征进行了观测和描述,从空间站I SAR图像中得到了空间站的尺寸、形状和运动姿态等信息[2]。

将空间目标的RCS时间序列看作为一个随机过程,提取其统计特征,可以实现空间目标的识别。戴征坚和全备提出利用非参数统计学的随机游程检验理论对空间目标的稳定方式进行判别,从而实现了对绕质心旋转和非旋转这2类目标的分类识别[2,18]。此外,利用轨道信息也可以实现空间目标的识别,董云峰利用二进小波分析空间目标的机械能随时间的变化,根据小波系数曲线随小波分析尺度的变化趋势快速判定目标是否存在轨道机动[19]。

4 雷达空间目标识别技术的发展趋势

空间目标识别技术的发展趋势为:低分辨雷达空间目标识别、高分辨雷达成像空间目标识别、结构特征识别和极化识别。

(1)低分辨雷达空间目标识别

低分辨雷达目标识别的优点如下:与高分辨雷达相比,低分辨雷达的原理和结构简单;低分辨雷达目标识别的实时性要求不高,允许秒级的处理时间;目标类型较少,有一定的先验信息可以利用[20]。虽然低分辨雷达不能得到目标的细节信息,能够获取的目标信息量非常有限,但是目标的结构特性和运动特性会对目标回波产生作用,通过对目标回波进行分析处理,可以提取出反映目标属性的特征,所以应当深入挖掘低分辨雷达目标识别的潜力。归纳起来,对于低分辨雷达空间目标识别问题,可以提取的特征包括:?RCS及其统计特征;#波形特征;?调制谱特征;%一维横向像特征;&变换特征。

(2)高分辨雷达成像空间目标识别

高分辨雷达成像可以获得空间目标的结构细节特征,是空间目标识别的一个重要的发展趋势。高分辨雷达成像包括利用发射宽带波形获得的高距离分辨率来实现的目标一维径向距离像、利用逆合成孔径雷达(I SAR)得到的目标二维高分辨像、利用高距离分辨率和单脉冲测角功能实现的单脉冲三维(距离、方位角、俯仰角)高分辨像。目前基于一维距离像的目标识别方法已经趋于成熟,并已获得实际应用。

1)基于一维距离像的空间目标识别

利用宽带技术可以获得较高的径向距离分辨力,当径向距离分辨率远小于目标尺寸时,可以得到目标多散射中心在雷达径向距离轴上的投影分布图,称为目标的一维距离像,它反映了不同目标在几何结构和物理特性上的差异,可以用于目标的分类

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和识别。可以从空间目标的一维距离像中提取的特征包括:直接将目标距离像作为特征矢量;从一维距离像中提取与目标几何结构和物理特性有关的特征,如目标径向长度、散射中心数目、散射中心的位置和幅度等;提取一维距离像的变换特征,如FFT 特征、小波变换特征、双谱变换特征、傅里叶-梅林变换特征和矩特征等;提取散射中心历程图特征,利用目标散射中心历程图特征进行目标识别避免了因特征敏感于姿态角给目标识别带来的困难,散射中心历程图就是散射中心的径向距离或横向距离分布随目标方位角的变化轨迹。

2)基于ISAR像的空间目标识别

宽带波形导致的径向高距离分辨力和目标相对于雷达视线的旋转运动获得的横向高分辨力相结合是逆合成孔径雷达成像的基础,I SAR像反映了目标的形状和结构特征,而且I SAR像可以将径向上同一个距离单元内的多个散射中心分开,I SAR像对于姿态角是不敏感的,基于I SAR像的空间目标识别是非常具有发展前景的目标识别方法之一。由于I SAR像的数据量比较大,直接用I SAR像作为特征模板是不现实的,通常从I SAR像中提取维数较少的特征矢量,可以从空间目标的I SAR二维像中提取奇异值特征,也可以对I SAR像进行二维小波变换,然后在各个尺度上提取能量特征。基于I SAR 像的目标识别性能目前还没有明确的结论,今后在特征提取方面还有许多工作要做。

3)基于单脉冲三维像的空间目标识别

高距离分辨与单脉冲测角技术相结合的单脉冲三维成像技术的基本原理是:雷达通过发射宽带波形可以实现距离上的高分辨,孤立出每个强散射中心并求出其距离坐标;在角度(方位、俯仰)维,用高精度的单脉冲测角技术可以获得每个强散射中心的角坐标,从而确定出它们与雷达视线间的横向距离。单脉冲三维成像的速度很快,不需要目标相对于雷达视线转动一定的角度。基于单脉冲三维像的目标识别目前还处于探索之中。

(3)结构特征识别

空间目标的结构差异是比较明显的,卫星的结构一般比较简单,具有对称性,通常卫星为方体或者圆柱体,卫星的尺寸较大,一般是大于1m的,目前卫星主要有2种姿态控制措施:3轴稳定和自旋稳定。碎片的形状是不规则的,其尺寸较小,一般为厘米的数量级,极少数碎片的尺寸为几十厘米。

从空间目标的一维距离像中提取径向长度序列,由于卫星的径向长度序列的均值比碎片的径向长度序列的均值大,3轴稳定卫星的径向长度序列的方差比自旋稳定卫星的径向长度序列的方差小,据此可以对3轴稳定卫星、自旋稳定卫星和碎片进行识别。在单脉冲3维像中,由卫星的强散射中心构成的凸多面体的体积要比由碎片的强散射中心构成的凸多面体的体积大,据此可以对卫星和碎片进行识别。

(4)极化识别

作为目标电磁散射特性的基本要素之一,目标极化特征的利用为解决目标识别问题提供了新的途径,利用不同目标结构对电磁波具有的不同的变极化调制进行目标识别是未来空间目标识别的发展趋势。极化是与目标的物理特性和形状结构密切相关的特征量,极化散射矩阵是极化识别的基本依据,极化散射矩阵通常具有复数形式,它不仅随雷达工作频率与目标姿态的变化而变化,而且还与所选的收、发天线极化基有关,极化散射矩阵对目标识别的应用意义很有限,需要寻找具有一定不变性的特征参量。目前极化特征用于目标识别的研究主要集中在将极化信息与高分辨力雷达技术相结合上。

5 结 束 语

空间目标识别是一个比较前沿的具有挑战性的研究课题,国内外对空间目标识别的研究工作目前才刚刚开始。本文介绍了空间目标的轨道特性与动力学特性,对于雷达空间目标识别技术的研究现状和发展趋势进行了详细的综述。

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雷达的目标识别技术

雷达的目标识别技术 摘要： 对雷达自动目标识别技术和雷达目标识别过程进行了简要回顾，研究了相控阵雷达系统中多目标跟踪识别的重复检测问题提出了角度相关区算法，分析了实现中的若干问题，通过在相控阵雷达地址系统中进行的地址实验和结果分析表明:采用角度相关区算法对重复检测的回波数据进行处理时将使识别的目标信息更精确从而能更早地形成稳定的航迹达到对目标的准确识别。 一．引言 随着科学技术的发展，雷达目标识别技术越来越引起人们的广泛关注，在国防及未来战争中扮演着重要角色。地面雷达目标识别技术目前主要有-Se方式，分别是一维距离成象技术、极化成象技术和目标振动声音频谱识别技术。 1．一维距离成象技术 一维距离成象技术是将合成孔径雷达中的距离成象技术应用于地面雷达。信号带宽与时间分辨率成反比。例如一尖脉冲信号经过一窄带滤波器后宽度变宽、时间模糊变大。其基本原理如图1所示。 2．极化成象技术 电磁波是由电场和磁场组成的。若电场方向是固定的，例如为水

平方向或垂直方向，则叫做线性极化电磁波。线性极化电磁波的反射与目标的形状密切相关。当目标长尺寸的方向与电场的方向一致时，反射系数增大，反之减小。根据这一特征，向目标发射不同极化方向的线性极化电磁波，分别接收它们反射(散射)的回波。通过计算目标散射矩阵便可以识别目标的形状。该方法对复杂形状的目标识别很困难。 3．目标振动声音频谱识别技术 根据多普勒原理，目标的振动、旋转翼旋转将引起发射电磁波的频率移动。通过解调反射电磁波的频率调制，复现目标振动频谱。根据目标振动频谱进行目标识别。 传统上我国地面雷达主要通过两个方面进行目标识别：回波宽度和波色图。点状目标的回波宽度等于入射波宽度。一定尺寸的目标将展宽回波宽度，其回波宽度变化量正比于目标尺寸。通过目标回波宽度的变化可估计目标的大小。目标往往有不同的强反射点，如飞机的机尾、机头、机翼以及机群内各飞机等，往往会在回波上形成不同形状的子峰，如图2所示。 这类波型图叫作波色图。根据波色图内子峰的形状，可获得一些目标信息。熟练的操作员根据回波宽度变化和波色图内子峰形状，进行目标识别。

雷达原理复习

1、雷达的任务：测量目标的距离、方位、仰角、速度、形状、表面粗糙度、介电特性。 雷达是利用目标对电磁波的反射现象来发现目标并测定其位置。 当目标尺寸小于雷达分辨单元时，则可将其视为“点”目标，可对目标的距离和空间位置角度定位。目标不是一个点，可视为由多个散射点组成的，从而获得目标的尺寸和形状。采用不同的极化可以测定目标的对称性。 任一目标P所在的位置在球坐标系中可用三个目标确定：目标斜距R，方位角，仰角 在圆柱坐标系中表示为：水平距离D，方位角，高度H 目标斜距的测量：测距的精度和分辨力力与发射信号的带宽有关，脉冲越窄，性能越好。目标角位置的测量：天线尺寸增加，波束变窄，测角精度和角分辨力会提高。 相对速度的测量:观测时间越长，速度测量精度越高。 目标尺寸和形状：比较目标对不同极化波的散射场，就可以提供目标形状不对称性的量度。 2、雷达的基本组成：发射机、天线、接收机、信号处理机、终端设备 3、雷达的工作频率：220MHZ-35GHZ。L波段代表以22cm为中心，1-2GHZ;S波段代表10cm，2-4GHZ；C波段代表5cm，4-8GHZ；X波段代表3cm，8-12GHZ；Ku代表，12-18GHZ；Ka代表8mm，18-27GHZ。 第二章雷达发射机 1、雷达发射机的认为是为雷达系统提供一种满足特定要求的大功率发射信号，经过馈线和收发开关并由天线辐射到空间。 雷达发射机可分为脉冲调制发射机：单级振荡发射机、主振放大式发射机；连续波发射机。 2、单级振荡式发射机组成：大功率射频振荡器、脉冲调制器、电源 触发脉冲 脉冲调制器大功率射频振荡器收发开关 电源高压电源接收机 主要优点：结构简单，比较轻便，效率较高，成本低；缺点：频率稳定性差，难以产生复杂的波形，脉冲信号之间的相位不相等 3、主振放大式发射机：射频放大链、脉冲调制器、固态频率源、高压电源。射频放大链是发射机的核心，主要有前级放大器、中间射频功率放大器、输出射频功率放大器 射频输入前级放大器中间射频放大器输出射级放大器射频输出固态频率源脉冲调制器脉冲调制器 高压电源高压电源电源 脉冲调制器：软性开关调制器、刚性开关调制器、浮动板调制器 4、现代雷达对发射机的主要要求：发射全相参信号；具有很高的频域稳定度；能够产生复杂信号波形；适用于宽带的频率捷变雷达；全固态有源相控阵发射机 5、发射机的主要性能指标： 工作频率和瞬时带宽：雷达发射机的频率是按照雷达的用途确定的。瞬时带宽是指输出功率变化小于1bB的工作频带宽度。 输出功率：雷达发射机的输出功率直接影响雷达的威力范围以及抗干扰的能力。雷达发

目标识别技术

目标识别技术 摘要： 针对雷达自动目标识别技术进行了简要回顾。讨论了目前理论研究和应用比较成功的几类目标识别方法：基于目标运动的回波起伏和调制谱特性的目标识别方法、基于极点分布的目标识别方法、基于高分辨雷达成像的目标识别方法和基于极化特征的目标识别方法，同时讨论了应用于雷达目标识别中的几种模式识别技术：统计模式识别方法、模糊模式识别方法、基于模型和基于知识的模式识别方法以及神经网络模式识别方法。最后分析了问题的可能解决思路。 引言： 雷达目标识别技术回顾及发展现状 雷达目标识别的研究始于"20世纪50年代，早期雷达目标特征信号的研究工作主要是研究达目标的有效散射截面积。但是，对形状不同、性质各异的各类目标，笼统用一个有效散射面积来描述，就显得过于粗糙，也难以实现有效识别。几十年来，随着电磁散射理论的不断发展以及雷达技术的不断提高，在先进的现代信号处理技术条件下，许多可资识别的雷达目标特征信号相继被发现，从而建立起了相应的目标识别理论和技术。 随着科学技术的飞速发展，一场以信息技术为基础、以获取信息优势为核心、以高技术武器为先导的军事领域的变革正在世界范围内兴起，夺取信息优势已成为夺取战争主动权的关键。电子信息装备作为夺取信息优势的物质基础，是推进武器装备信息化进程的重要动力，其总体水平和规模将在很大程度上反映一个国家的军事实力和作战能力。 雷达作为重要的电子信息装备，自诞生起就在战争中发挥了极其重要的作用。但随着进攻武器装备的发展，只具有探测和跟踪功能的雷达也已经不能满足信息化战争的需要，迫切要求雷达不仅要具有探测和跟踪功能，而且还要具有目标识别功能，雷达目标分类与识别已成为现代雷达的重要发展方向，也是未来雷达的基本功能之一。目标识别技术是指：利用雷达和计算机对遥远目标进行辨认的技术。目标识别的基本原理是利用雷达回波中的幅度、相位、频谱和极化等目标特征信息，通过数学上的各种多维空间变换来估算目标的大小、形状、重量和表面层的物理特性参数，最后根据大量训练样本所确定的鉴别函数，在分类器中进行识别判决。目标识别还可利用再入大气层后的大团过滤技术。当目标群进入大气层时，在大气阻力的作用下，目标群中的真假目标由于轻重和阻力的不同而分开，轻目标、外形不规则的目标开始减速，落在真弹头的后面，从而可以区别目标。 所谓雷达目标识别，是指利用雷达获得的目标信息，通过综合处理，得到目标的详细信息（包括物理尺寸、散射特征等），最终进行分类和描述。随着科学技术的发展，武器性能的提高，对雷达目标识别提出了越来越高的要求。 目前，目标识别作为雷达新的功能之一，已在诸如海情监控系统、弹道导弹防御系统、防空系统及地球物理、射电天文、气象预报、埋地物探测等技术领域发挥出很大威力。为了提高

目标特性测量雷达平台建设构想

目标特性测量雷达平台建设构想 0 引言雷达目标电磁散射特性测量是雷达系统共性基础技术，主要研究雷达观测目标在入射电磁波照射激励下，目标在频率域、角度域、极化域的电磁散射机理与特性，包括窄带特性、宽带特性、极化特性等。要多维度精细认识目标，需要获取丰富的信息资源暨特征数据作为支撑，但是目前对目标的认识是通过既有的雷达提供的数据，传统雷达使命任务往往非常单一，同一雷达平台很难提供多种信息，要充分认识目标，需要多部雷达平台协作，成本高昂，而且数据协同上存在较大技术难度。 1目标特性的种类与作用 雷达目标特征隐含于雷达回波中，通过特定的波形设计和对回波幅度、相位、频谱等处理、分析及变换，得到表征雷达目标固有特征的参量。雷达目标电磁散射特性研究对雷达系统设计、成像与目标识别、目标隐身与反隐身探测等都具有极其重要的意义。 雷达目标特性的认识从宏观上包括两个方面：雷达目标尺度信息、雷达目标特征信息，研究内容有理论研究、仿真试验、静态测试和靶场动态测量等。当前对目标的认识主要通过静、动态测量来实现，大部分设备研制厂商更关注动态测量的效果[1] 。 静态测量：室外场测量系统主要包括发射与接收设备、目标 支架与转台、定标体、数据采集与记录、控制系统等。 动态测量：与静态测量相比，利用目标处于动态（飞行）等实际工

作状态时，测量获取目标的电磁散射特性数据是最真实、最可信、最有效的，动态测量平台雷达可分布于靶场等测量试验区域，包括地面固定平台和为车载、舰载、机载等移动平台。 2目标特性测量平台设计 在目标特性测量方面，国内相关单位已研制并装备频率覆盖多个波段、多种型号的目标特性测量雷达，满足动态目标特性测量的需求。但外场测量设备功能及数量有限，难以满足多平台、全频段、双站散射、多极化的测量需求。当前目标各种特征信息分析已经取得了很大的成绩，同时如何获取更为全面、精细的目标多维特征愈显重要，需要一种综合平台，实时完成目标特性信息的采集、处理、结果输出、存储及比对。 2.1信息采集系统（雷达）一般来说，由于发射波形、接收线性动态范围、变极化、幅度与相位标定等要求不同，特征测量与精密跟踪互相矛盾，对于一部雷达其功能只能进行设计侧重。采用模块化、集成化雷达设计思想，建立通用系统平台，其频段、波形、极化通道等模块化设计选择配装，后端数字接收、信号处理、数据处理平台公用，这样可以用一个平台完成多部雷达功能。 2.2信息采集系统（标校） 测量平台作为标尺，其本身的精度与稳定性要求非常高，因此需要完备的标校系统来校正设备，主要完成测量平台雷达距离、角度零位标定；进行雷达发射、接收、跟踪通道的检查及配合校准等；完成雷达测量通道的一致性检查校准；数据录取、存储、导入导出功能无线指

雷达技术综述

雷达技术综述 Overview of Radar Technology 摘要： 雷达被广泛用于军事预警、导弹制导、民航管制、地形测量、气象、航海等众多领域。本文首先概述了雷达发展历程并总结了雷达技术发展的成因，然后对雷达的基本工作原理和基本雷达方程作了简要的介绍。最后介绍了几种实际雷达并指出了雷达的未来发展方向。 关键词： 雷达技术；工作原理；雷达应用；发展趋势 Abstract: Radar is widely used in many fields of military early warning, missile guidance, aviation control, topographic surveying, meteorology, navigation and so on.This paper outlines the development process of radar and summarizes the causes of the development of radar technology,then briefly introduces the basic principle of radar and basic radar equation.Finally, introduces several kinds of practical radar and points out the future development direction of radar. Key words: radar technology; working principles; radar applications; trend in development 引言 雷达是英文Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写，原意为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。雷达最先是作为一种军事装备服务于人类，主要用来实施国土防空警戒，指挥和引导己方作战飞机以及各种地面防空武器。随着雷达技术的不断改进，如今雷达被广泛用于民航管制、地形测量、气象、航海等众多领域。随着高科技的不断发展，雷达技术将在21世纪得到更广泛的应用。 1 雷达的发展历程 雷达诞生于20世纪30年代，从美、欧等发达国家的雷达装备技术发展来看，雷达的发展历程大致经历了4个阶段：第1个阶段是从20世纪30年代到50年代，为实施国土防空警戒，指挥和引导己方作战飞机以及各种地面防空武器(高炮、高射机枪、探照灯等)，西方大量研制部署米波段雷达和以磁控管为发射机的微波雷达。当时雷达探测目标的种类简单，主要是飞机，此外还有少量的飞艇和气球，雷达的典型技术特征是电子管、非相参，这种雷达被称为第1代。 第2个阶段是从20世纪50年代到80年代，防空作战对雷达提出了由粗略

雷达空间目标识别技术综述

2006年10月第34卷 第5期 现代防御技术 MODERN DEFENCE TECHNOLOGY O ct.2006 V o.l34 N o.5雷达空间目标识别技术综述* 马君国,付 强,肖怀铁,朱 江 (国防科技大学ATR实验室,湖南 长沙 410073) 摘 要:随着人类航天活动的增加,对于卫星和碎片等空间目标进行监视变得非常重要。为了实现空间监视任务,对空间目标进行识别是非常必要的。对空间目标的轨道特性与动力学特性进行了介绍,对雷达空间目标识别技术的研究现状和发展趋势进行了详细的综述。 关键词:空间目标识别;低分辨雷达;高分辨雷达成像 中图分类号:TN957 52 文献标识码:A 文章编号:1009 086X(2006) 05 0090 05 Survey of radar space target recognition technology MA Jun guo,F U Q iang,X I AO Huai tie,Z HU Jiang (ATR L ab.,N ationa lU n i versity o f De fense T echno l ogy,Hunan Changsha410073,Ch i na) Abst ract:W ith t h e deve l o pm ent of spacefli g ht acti v ity of hum an,surveillance of space tar get such as sate llite and debris beco m es very i m portan.t In or der to i m p le m ent surveillance task,space target recogni ti o n is ver y necessary.Orb it property and dyna m ics property of space targe t are i n troduced,a deta iled sur vey is set forth about current research state and developi n g trend of radar space target recogn iti o n techno l ogy. K ey w ords:space tar get recogniti o n;lo w reso lution radar;h i g h reso lution radar i m aging 1 引 言 自从前苏联发射了第1颗人造地球卫星以来,卫星在预警、通信、侦察、导航定位、监视和气象等方面具有不可替代的优势。随着人类航天活动的增加,空间碎片日益增多,对于卫星等航天器的安全造成极大的威胁,因此对于卫星和碎片等空间目标进行监视变得非常重要。其中空间目标识别是空间监视任务中不可或缺的基本条件,空间目标识别主要是利用雷达等传感器获取空间目标的回波信号,从中提取目标的位置、速度、结构等特征信息,进而实现对空间目标的类型或属性进行识别。 2 空间目标的轨道特性与动力学特性 (1)轨道特性[1,2] 空间目标在轨道上的运动是无动力惯性飞行,本质上空间目标与自然天体的运动是一致的,故研究空间目标的运动可以用天体力学的方法。空间目标在运动时受到地球引力、月球引力、太阳及其他星体引力、大气阻力和太阳光辐射压力等的作用,轨道存在摄动。但是对轨道的实际分析表明,空间目标受到的主要力是地球引力。假设空间目标只是受到地球引力的作用,同时假设地球是一个质量均匀分布的球体,则空间目标与地球构成二体运动系统,开 *收稿日期:2005-12-15;修回日期:2006-01-23 作者简介:马君国(1970-),男,吉林长春人,博士生,主要从事目标识别与信号处理研究。 通信地址:410073 湖南长沙国防科技大学ATR实验室 电话:(0731)4576401

雷达目标识别

目标识别技术 2009-11-27 20:56:41| 分类：我的学习笔记| 标签：|字号大中小订阅 摘要： 针对雷达自动目标识别技术进行了简要回顾。讨论了目前理论研究和应用比较成功的几类目标识别方法：基于目标运动的回波起伏和调制谱特性的目标识别方法、基于极点分布的目标识别方法、基于高分辨雷达成像的目标识别方法和基于极化特征的目标识别方法，同时讨论了应用于雷达目标识别中的几种模式识别技术：统计模式识别方法、模糊模式识别方法、基于模型和基于知识的模式识别方法以及神经网络 模式识别方法。最后分析了问题的可能解决思路。 引言： 雷达目标识别技术回顾及发展现状 雷达目标识别的研究始于"20世纪50年代，早期雷达目标特征信号的研究工作主要是研究达目标的有效散射截面积。但是，对形状不同、性质各异的各类目标，笼统用一个有效散射面积来描述，就显得过于粗糙，也难以实现有效识别。几十年来，随着电磁散射理论的不断发展以及雷达技术的不断提高，在先进的现代信号处理技术条件下，许多可资识别的雷达目标特征信号相继被发现，从而建立起了相应的目标 识别理论和技术。 随着科学技术的飞速发展，一场以信息技术为基础、以获取信息优势为核心、以高技术武器为先导的军事领域的变革正在世界范围内兴起，夺取信息优势已成为夺取战争主动权的关键。电子信息装备作为夺取信息优势的物质基础，是推进武器装备信息化进程的重要动力，其总体水平和规模将在很大程度上反 映一个国家的军事实力和作战能力。 雷达作为重要的电子信息装备，自诞生起就在战争中发挥了极其重要的作用。但随着进攻武器装备的发展，只具有探测和跟踪功能的雷达也已经不能满足信息化战争的需要，迫切要求雷达不仅要具有探测和跟踪功能，而且还要具有目标识别功能，雷达目标分类与识别已成为现代雷达的重要发展方向，也是未来雷达的基本功能之一。目标识别技术是指：利用雷达和计算机对遥远目标进行辨认的技术。目标识别的基本原理是利用雷达回波中的幅度、相位、频谱和极化等目标特征信息，通过数学上的各种多维空间变换来估算目标的大小、形状、重量和表面层的物理特性参数，最后根据大量训练样本所确定的鉴别函数，在分类器中进行识别判决。目标识别还可利用再入大气层后的大团过滤技术。当目标群进入大气层时，在大气阻力的作用下，目标群中的真假目标由于轻重和阻力的不同而分开，轻目标、外形不规则的目标开始减 速，落在真弹头的后面，从而可以区别目标。 所谓雷达目标识别，是指利用雷达获得的目标信息，通过综合处理，得到目标的详细信息（包括物理尺寸、散射特征等），最终进行分类和描述。随着科学技术的发展，武器性能的提高，对雷达目标识别 提出了越来越高的要求。 目前，目标识别作为雷达新的功能之一，已在诸如海情监控系统、弹道导弹防御系统、防空系统及地球物理、射电天文、气象预报、埋地物探测等技术领域发挥出很大威力。为了提高我国的军事实力，适应未来反导弹、反卫、空间攻防、国土防空与对海军事斗争的需要，急需加大雷达目标识别技术研究的力度雷达目标识别策略主要基于中段、再入段过程中弹道导弹目标群的不同特性。从结构特性看，飞行中段

雷达目标识别发展趋势

雷达目标识别发展趋势 雷达具备目标识别功能是智能化的表现，不妨参照人的认知过程，预测雷达目标识别技术的发展趋势： (1)综合目标识别 用于目标识别的雷达必将具备测量多种目标特征的手段，综合多种特征进行目标识别。我们人类认知某一事物时，可以通过观察、触摸、听、闻、尝，甚至做实验的方法认知，手段可谓丰富，确保了认知的正确性。 目标特征测量的每种手段会越来越精确，就如同弱视的人看东西，肯定没有正常人看得清楚，也就不能认知目标。 识别结果反馈给目标特征测量，使目标特征测量成为具有先验信息的测量，特征测量精度会有所提高，识别的准确程度也会相应提高。 雷达具备同时识别目标和背景的功能。人类在观察事物的时候，不仅看到了事物的本身，也看到了事物所处的环境。现有的雷达大多通过杂波抑制、干扰抑制等方法剔除了干扰和杂波，未来的雷达系统需要具备识别目标所处背景的能力，这些背景信息在战时也是有用的信息。 雷达具备自适应多层次综合目标识别能力。用于目标识别的雷达虽然需要具备测量多种目标特征的手段，但识别目标时不一定需要综合所有的特征，这一方面是因为雷达系统资源不允许，另一方面也是因为没有必要精确识别所有的目标。比如司机在开车时，视野中有很多目标，首先要评价哪几个目标有威胁，再粗分类一下，是行人还是汽车，最后再重点关注一下靠得太近、速度太快的是行人中的小孩子还是汽车中的大卡车。 (2)自学习功能 雷达在设计、实现、装备的过程中，即具备了设计师的基因，但除了优秀的基因之外，雷达还需要具有学习功能，才能在实战应用中逐渐成熟。 首先，要具有正确的学习方法，这是设计师赋予的。对于实际环境，雷达目标识别系统应该知道如何更新目标特征库、如何调整目标识别算法、如何发挥更好的识别性能。 其次，要人工辅助雷达目标识别系统进行学习，这就如同老师和学生的关系。在目标识别系统学习时，雷达观测已知类型的合作目标，雷达操作员为目标识别系统指出目标的类型，目标识别系统进行学习。同时还可以人为的创造复杂的电磁环境，使目标识别系统能更好地适应环境。 (3)多传感器融合识别 多传感器的融合识别必定会提高识别性能，这是毋容置疑的。这就好比大家坐下来一起讨论问题，总能讨论出一个好的结果，至少比一个人说的话更可信。但又不能是通过投票的方式，专家的话肯定比门外汉更有说服力。多传感器融合识别需要具备双向作用的能力。 并不是给出融合识别的结果就结束了，而是要利用融合识别的结果反过来提高各个传感器的识别性能，这才是融合识别的根本目的所在。反向作用在一定程度上降低了人工辅助来训练目标识别系统的必要性，也减少了分别进行目标识别试验的总成本。

雷达目标识别技术

雷达目标识别技术述评 孙文峰 （空军雷达学院重点实验室，湖北武汉430010） 摘要：首先对雷达目标识别研究领域已经取得的成果和存在的问题进行简单的回顾，然后结合对空警戒雷达，阐明低分辨雷达目标识别研究的具体思路。 关键词：雷达目标识别；低分辨雷达 Review on Radar Target Recognition SUN Wen-feng （Key laboratory, Wuhan Radar Academy, Wuhan 430010, China）Abstract: The acquired productions and existent problems of radar target recognition are reviewed simply, then the specific considerations of target recognition with low resolution radar are illustrated connect integrating with air defense warning radar in active service. Key words: radar target recognition; low resolution radar 1．引言 雷达目标识别（RTR—Radar Target Recognition）是指利用雷达对单个目标或目标群进行探测，对所获取的信息进行分析，从而确定目标的种类、型号等属性的技术。1958年，D.K.Barton（美国）通过精密跟踪雷达回波信号分析出前苏联人造卫星的外形和简单结构，如果将它作为RTR研究的起点，RTR至今已走过了四十多年的历程。目前，经过国内外同行的不懈努力，应该说RTR已经在目标特征信号的分析和测量、雷达目标成像与特征抽取、特征空间变换、目标模式分类、目标识别算法的实现技术等众多领域都取得了不同程度的突破，这些成果的取得使人们有理由相信RTR是未来新体制雷达的一项必备功能。目前，RTR技术已成功应用于星载或机载合成孔径雷达（SAR—Synthetic Aperture Radar）地面侦察、毫米波雷达精确制导等方面。但是，RTR还远未形成完整的理论体系，现有的R TR 系统在功能上都存在一定的局限性，其主要原因是由于目标类型和雷达体制的多样化以及所处环境的极端复杂性。本文首先对RTR研究领域已经取得的成果和存在的问题进行简单的回顾，最后结合对空警戒雷达，阐明了低分辨雷达目标识别研究的具体思路。 2．雷达目标识别技术的回顾与展望 雷达目标识别研究的主体有三个，即雷达、目标及其所处的电磁环境。其中任何一个主体发生改变都会影响RTR系统的性能，甚至可能使系统完全失效，即RTR研究实际上是要找到一种无穷维空间与有限类目标属性之间的映射。一个成功的RTR系统必定是考虑到了目标、雷达及其所处电磁环境的主要可变因素。就目标而言主要有目标的物理结构、目标相对于雷达的姿态及运动参数、目标内部的运动（如螺旋桨等）、目标的编队形式、战术使用特点等等；就雷达而言主要有工作频率、带宽、脉冲重复频率（PRF）、天线方向图、天线的扫描周期等等；环境因素主要有各种噪声（如内部噪声和环境噪声）、杂波（如地杂波、海杂波和气象杂波）和人为干扰等。在研制RTR系统时必须综合考虑这些因素，抽取与目标属性有关的特征，努力消除与目标属性无关的各种不确定因素的影响。

雷达信号处理及目标识别分析系统方案

雷达信号处理及目标识别分系统方案 西安电子科技大学 雷达信号处理国家重点实验室 二○一○年八月

一 信号处理及目标识别分系统任务和组成 根据雷达系统总体要求，信号处理系统由测高通道目标识别通道组成。它应该在雷达操控台遥控指令和定时信号的操控下完成对接收机送来的中频信号的信号采集，目标检测和识别功能，并输出按距离门重排后的信号检测及识别结果到雷达数据处理系统，系统组成见图1-1。 220v 定时信号 目标指示数据 目标检测结果输出目标识别结果输出 图1-1 信号处理组成框图 二 测高通道信号处理 测高信号处理功能框图见图2-1。 s 图2-1 测高通道信号处理功能框图

接收机通道送来中频回波信号先经A/D 变换器转换成数字信号，再通过正交变换电路使其成为I 和Q 双通道信号，此信号经过脉冲压缩处理，根据不同的工作模式及杂波区所在的距离单元位置进行杂波抑制和反盲速处理，最后经过MTD 和CFAR 处理输出检测结果。 三 识别通道信号处理 识别通道信号处理首先根据雷达目标的运动特征进行初分类，然后再根据目标的回波特性做进一步识别处理。目标识别通道处理功能框图见图3-1所示。 图3-1 识别通道处理功能框图 四 数字正交变换 数字正交变换将模拟中频信号转换为互为正交的I 和Q 两路基带信号，A/D 变换器直接对中频模拟信号采样，通过数字的方法进行移频、滤波和抽取处理获得基带复信号，和模拟的正交变换方法相比，消除了两路A/D 不一致和移频、滤波等模拟电路引起的幅度相对误差和相位正交误差，减少了由于模拟滤波器精度低，稳定性差，两路难以完全一致所引起的镜频分量。 目标识别结果输出