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基于变分模态分解与优选的超高分辨ISAR成像微多普勒抑制方法

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雷达学报（中英文） 2024年第4期13卷 852-865页

作者：李中余桂亮海宇武俊杰王党卫王安乐杨建宇电子科技大学信息与通信工程学院成都611731 空军预警学院武汉430019

逆合成孔径雷达(ISAR)在对空中目标成像时,目标自身的转动、振动等局部微动将产生微多普勒效应,回波将附加额外的多普勒调制,造成频谱展宽。在超高分辨条件下,这一微动特性将会影响主体散射点的聚焦,导致目标图像局部散焦模糊,严重影响... 详细信息

逆合成孔径雷达(ISAR)在对空中目标成像时,目标自身的转动、振动等局部微动将产生微多普勒效应,回波将附加额外的多普勒调制,造成频谱展宽。在超高分辨条件下,这一微动特性将会影响主体散射点的聚焦,导致目标图像局部散焦模糊,严重影响成像质量。并且,微多普勒相位还具有时变非平稳特性,难以从ISAR目标回波中准确估计或分离出微多普勒。为了解决上述问题,该文利用目标主体回波和微多普勒分量的时频分布差异,提出一种基于变分模态分解(VMD)与优选的非参数化方法抑制了回波中的微多普勒分量,消除了微多普勒对成像的影响,获得超高分辨率的无人机ISAR成像结果。该文首先引入VMD算法并将其扩展到复数域,将ISAR目标回波数据沿方位向分解为若干个中心频率均匀分布于多普勒采样带宽中的模函数,在此基础上利用图像熵指标优化分解参数和筛选成像模态,以保证微多普勒的良好抑制和主体回波的较完整保留。与现有基于经验模态分解(EMD)和局部均值分解(LMD)的方法相比,所提方法在超大带宽条件下对旋翼微动引起的微多普勒干扰有着更为出色的抑制效果,而且对机身部分的保留更为完整。最后,通过仿真对比和超宽带微波光子ISAR无人机实测数据处理,证明了该文所提方法的有效性和优势。

关键词：逆合成孔径雷达微多普勒变分模态分解最小熵时频分析

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基于同步提取变换和脊线检测的空间锥体目标微多普勒特征提取方法

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系统工程与电子技术 2024年

作者：王磊苏倩韦高李建周西北工业大学电子信息学院

针对空间锥体目标微多普勒提取时在微多普勒曲线交叉处易出现跟踪错误的问题，提出了一种基于同步提取变换和脊线检测的微多普勒特征提取方法。该方法利用同步提取变换技术得到能量分布更加集中的时频像，并使用Hough变换提取锥体顶部... 详细信息

针对空间锥体目标微多普勒提取时在微多普勒曲线交叉处易出现跟踪错误的问题，提出了一种基于同步提取变换和脊线检测的微多普勒特征提取方法。该方法利用同步提取变换技术得到能量分布更加集中的时频像，并使用Hough变换提取锥体顶部产生的正弦微多普勒曲线，之后基于CLEAN思想，将提取到的顶部微多普勒曲线从时频像中消除，最后利用基于改进疯爬算法和卡尔曼滤波的脊线检测算法提取锥体底部产生的非正弦微多普勒曲线。仿真结果表明，该方法可以避免微多普勒曲线交叉处的跟踪错误问题，正确提取微多普勒特征。

关键词：同步提取变换空间锥体目标微多普勒 Hough变换

炮弹起始扰动姿轨耦合建模与微多普勒特征分析

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雷达学报（中英文） 2023年第4期12卷 793-803页

作者：宫志华李开明段鹏伟陈春江中国人民解放军63861部队白城137001 空军工程大学信息与导航学院西安710077

基于动力学与运动学原理的雷达回波建模是炮弹目标微多普勒特征分析与参数提取的理论基础。该文首先对炮弹在直线弹道段受到的起始扰动进行分析,结合炮弹目标动力学方程,建立了以两圆运动模式为特征的炮弹角运动模型,阐明了炮弹目标自... 详细信息

基于动力学与运动学原理的雷达回波建模是炮弹目标微多普勒特征分析与参数提取的理论基础。该文首先对炮弹在直线弹道段受到的起始扰动进行分析,结合炮弹目标动力学方程,建立了以两圆运动模式为特征的炮弹角运动模型,阐明了炮弹目标自旋、章动和进动等角运动的含义;在此基础上,推导了炮弹角运动产生的微多普勒信号参数化表征,获得了炮弹目标角运动对目标回波在信号级的映射关系;然后,对高速自旋炮弹和低速自旋尾翼炮弹两种典型目标角运动受起始扰动影响的雷达回波信号进行仿真和时频分析,并基于炮弹目标实测数据对比验证了理论分析与模型的正确性。通过理论分析、建模仿真与实验验证,丰富和验证了炮弹目标的微多普勒效应理论,为炮弹目标运动特性辨识提供了理论和技术支撑。

关键词：微动微多普勒起始扰动角运动两圆运动

基于多普勒与微多普勒联合利用的弱小目标检测与估计方法

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电子与信息学报 2023年第11期45卷 4083-4091页

作者：宋志勇许云涛国防科技大学电子科学学院长沙410073

近年来,无人机(UAVs)等低慢小目标对现有低空空域管理带来了巨大挑战。这类目标由于其飞行高度低、飞行速度慢及雷达散射截面(RCS)面积小,导致其回波信噪比(SNR)低,传统基于目标多普勒信息的检测估计方法检测概率低,参数估计不准确。对... 详细信息

近年来,无人机(UAVs)等低慢小目标对现有低空空域管理带来了巨大挑战。这类目标由于其飞行高度低、飞行速度慢及雷达散射截面(RCS)面积小,导致其回波信噪比(SNR)低,传统基于目标多普勒信息的检测估计方法检测概率低,参数估计不准确。对于无人机类低慢小目标的检测估计,除了可以利用目标径向运动产生的多普勒信息外,还可以利用目标微动部件产生的微多普勒信息,通过有效聚集因微动而分散在多个多普勒单元格内的能量,可望实现目标信噪比的提升。该文针对旋翼类低慢小目标,充分挖掘目标回波中蕴含的多普勒信息和微多普勒信息,在随机集框架下对旋翼无人机目标的多普勒和微多普勒信息进行联合建模,提出一种基于(CBMeMBer)滤波器的多普勒和微多普勒联合检测估计方法,利用贝叶斯估计实现了目标多普勒信息和微多普勒信息的有效积累和融合利用,可以提高雷达低慢小目标的检测估计性能。仿真试验表明,该方法可实现对旋翼无人机目标的稳定检测与状态估计,相比于仅利用目标多普勒信息的传统检测方法,检测灵敏度提高了2 dB。

关键词：信号检测微多普勒参数估计 CBMeMBer滤波器

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基于FMCW雷达微多普勒室内人体感知方法

激光杂志 2023年

作者：郭进刘康张远辉中国计量大学机电工程学院

针对室内场景下FMCW雷达在动态感知方面，存在识别静止人体常有丢失目标或与环境中微动物体互相干扰的问题，提出一种基于FMCW雷达微多普勒的人体存在感知的识别方法。首先基于FMCW雷达的采样数据立方体构建RDM(Range Doppler Map)，通... 详细信息

针对室内场景下FMCW雷达在动态感知方面，存在识别静止人体常有丢失目标或与环境中微动物体互相干扰的问题，提出一种基于FMCW雷达微多普勒的人体存在感知的识别方法。首先基于FMCW雷达的采样数据立方体构建RDM(Range Doppler Map)，通过投影累积的方式计算得出目标所在范围对应的雷达精确距离门子集；然后，基于距离门子集由短时傅里叶变换得到高精度微多普勒时频特征图，从中提取幅值特征，速度中心特征，速度带宽特征等共10个具备实际意义的特征矢量；最后，基于实测数据以支持向量机对不同特征矢量组合进行最优化筛选。试验结果表明，存在一种由其中5个特征矢量组成的最佳组合，使得对室内静止人体、环境扰动、走动人体的整体识别率最高，达到了97.98%，不仅提高了分类模型性能还增强了其可解释性。

关键词：毫米波雷达微多普勒短时傅里叶变换人体感知 SVM

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微多普勒特征提取中的时频分布选择

应用科学学报 2011年第4期29卷 397-404页

作者：程旭刘进王雪松戴幻尧国防科学技术大学电子科学与工程学院长沙410073

针对雷达目标微多普勒特征提取中的时频分布选择问题,从理论上分析了微多普勒信号的时频分布特点.对于多分量微多普勒信号,通过引入性能评价准则给出了时频分布的性能评价指标,并进一步提出微多普勒信号的时频分布优化选择方法.仿真结... 详细信息

针对雷达目标微多普勒特征提取中的时频分布选择问题,从理论上分析了微多普勒信号的时频分布特点.对于多分量微多普勒信号,通过引入性能评价准则给出了时频分布的性能评价指标,并进一步提出微多普勒信号的时频分布优化选择方法.仿真结果表明,平滑伪Wigner-Ville分布具有最优的时频性能.该结论对微多普勒提取的时频算法选择及高精度的瞬时频率估计具有指导意义.

关键词：微多普勒时频分布评价准则优化选择平滑伪Wigner-Ville分布

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微多普勒分析和参数估计

红外与毫米波学报 2006年第5期25卷 360-363页

作者：陈行勇刘永祥黎湘郭桂蓉国防科技大学电子科学与工程学院空间电子信息技术研究所湖南长沙410073

首先引入微多普勒率的概念,然后分析了典型微动目标的微多普勒,并利用时-频分布,提取微动目标的微多普勒特征,基于微多普勒,给出了一种估计运动参数的方法,最后对典型微动目标的微多普勒进行了仿真,证明了理论分析的正确性.

关键词：特征提取微动微多普勒时频分布

宽带雷达弹头目标遮挡效应建模与微多普勒仿真分析

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空军工程大学学报 2023年第3期24卷 105-111页

作者：代肖楠李开明赵晓琛贺志峰蔡斌空军工程大学信息与导航学院西安710077 95806部队北京100076 93601部队山西大同037006 北京信息技术研究所北京100094

微多普勒特征是弹道导弹目标识别的重要依据。高频雷达体制下,弹头目标与雷达的位置关系直接影响雷达回波生成及后续的微多普勒特征提取,因此必须考虑遮挡效应的影响。首先,使用3D-Max软件对锥体弹头进行几何建模,得到三维网格模型;其次... 详细信息

微多普勒特征是弹道导弹目标识别的重要依据。高频雷达体制下,弹头目标与雷达的位置关系直接影响雷达回波生成及后续的微多普勒特征提取,因此必须考虑遮挡效应的影响。首先,使用3D-Max软件对锥体弹头进行几何建模,得到三维网格模型;其次,对于弹头顶点和尾翼散射点,在计算机图形学面消隐算法的基础上,采用平均法向量法进行遮挡判断,得到较为真实的目标仿真回波,对遮挡条件下的弹道目标回波建模与微动特征分析进行了初步探索。仿真结果表明,该方法可以完成弹头目标的遮挡效应建模。

关键词：宽带雷达弹头遮挡效应微多普勒

基于WGAN-GP的微多普勒雷达人体动作识别

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雷达科学与技术 2022年第2期20卷 195-201页

作者：屈乐乐王禹桐沈阳航空航天大学电子信息工程学院辽宁沈阳110136

针对人体动作识别微多普勒雷达数据量有限的问题,本文提出基于梯度惩罚的沃瑟斯坦生成对抗网络(WGAN-GP)进行雷达数据增强,实现深度卷积神经网络(DCNN)在样本数量较少时可以得到有效训练。首先对人体各种动作的线性调频连续波雷达回波... 详细信息

针对人体动作识别微多普勒雷达数据量有限的问题,本文提出基于梯度惩罚的沃瑟斯坦生成对抗网络(WGAN-GP)进行雷达数据增强,实现深度卷积神经网络(DCNN)在样本数量较少时可以得到有效训练。首先对人体各种动作的线性调频连续波雷达回波数据进行预处理得到微多普勒时频谱图像,然后采用WGAN-GP进行时频谱图像数据增强,最后利用生成的图像对DCNN进行训练。实验结果表明使用WGAN-GP可以有效解决雷达数据不足的问题,从而提高DCNN人体动作识别准确率。

关键词：人体动作识别微多普勒沃瑟斯坦生成对抗网络深度卷积神经网络