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基于散射中心模型的复杂雷达目标回波信号的半实物仿真

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基于散射中心模型的复杂雷达目标回波信号的半实物仿真

作者：贾毅南京航空航天大学

学位级别：硕士

宽带雷达因其较大的时宽带宽积,而拥有高分辨率和较远的作用距离,得到越来越广泛的应用,尤其在国防领域扮演着越来越重要的角色;而宽带雷达半实物仿真技术作为宽带雷达系统主要的测试手段成为国内外的研究热点。针对宽带雷达目标回波重... 详细信息

宽带雷达因其较大的时宽带宽积,而拥有高分辨率和较远的作用距离,得到越来越广泛的应用,尤其在国防领域扮演着越来越重要的角色;而宽带雷达半实物仿真技术作为宽带雷达系统主要的测试手段成为国内外的研究热点。针对宽带雷达目标回波重构过程中计算量过大,实时性差等问题,研究高实时性、高精度的宽带雷达回波重构技术具有重大的理论和实用价值。首先,对宽带雷达目标的电磁散射特性进行了分析,研究了宽带雷达目标的电磁散射的原理与机制,并进行了宽带雷达目标电磁散射特性建模和仿真计算;然后研究了宽带雷达目标电磁散射的散射中心模型,并针对复杂雷达目标进行了基于GTD散射中心模型的参数提取仿真实验。其次,研究了宽带雷达目标回波重构的数学模型,针对宽带雷达回波重构过程中目标散射特性调制算法实现中计算量大、资源耗费高的问题,采用LFM分段子脉冲的宽带雷达回波重构快速算法,该算法将宽带雷达发射脉冲信号均匀分成若干段,等效成若干窄带、短时脉冲信号,通过计算各子脉冲的回波信号,再重构成宽带、全脉冲目标回波信号。该算法极大简化了宽带雷达回波实时重构的复杂程度,具有计算量小、计算精度高、回波重构实时性好等优点。第三,分析了宽带雷达目标多普勒频率调制方法的不足,采用基于FPGA的改进型查找表法产生宽带雷达目标多普勒频率,该算法采用查表与计算相结合,大幅降低了查表法的存储资源占用,节省了存储器资源,适合在FPGA中实现。通过仿真实验,证明该算法解决了查表法存储资源耗费高的问题,同时具有较高的精度和实时性。第四,对基于散射中心模型的宽带雷达回波重构算法的硬件实现进行了研究和设计,采用宽带、低杂散DRFM系统作为回波重构算法的硬件实现平台,并针对DRFM系统拥有的资源和系统要求,对数字正交混频模块、低通数字滤波器模块、目标散射特性调制模块、多普勒频率调制等模块进行了详细的设计与仿真分析,并进行了回波重构算法的DRFM硬件实现的实验验证与分析。实验结果证明,当雷达信号的瞬时带宽达到1GHz时,回波重构信号的杂散性能优于-45dBc,证明了宽带雷达回波重构方法和实时算法的有效性。

关键词： DRFM 半实物仿真散射中心模型宽带目标回波重构 LFM分段脉冲

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基于散射中心模型的目标时域回波快速仿真

太赫兹科学与电子信息学报 2022年第2期20卷 170-175页

作者：付松李新中国西南电子技术研究所四川成都610036 武汉大学电子信息学院湖北武汉430072

为快速获取超宽带电磁脉冲激励下雷达目标在时域上的电磁响应,提出一种基于属性散射中心正向建模的方法用于目标时域回波仿真。从目标几何模型出发,利用射线追踪、分集技术对空间中所有射线进行标记与归类,分离并定量表征目标的强散射... 详细信息

为快速获取超宽带电磁脉冲激励下雷达目标在时域上的电磁响应,提出一种基于属性散射中心正向建模的方法用于目标时域回波仿真。从目标几何模型出发,利用射线追踪、分集技术对空间中所有射线进行标记与归类,分离并定量表征目标的强散射源。基于属性散射中心模型,正向确定模型参数,构建出目标属性散射中心模型,在选定的辐射源激励下进行仿真计算,快速获取目标时域回波信号。以典型目标简化坦克为例,选取不同形式的超宽带电磁脉冲信号作为辐射源,基于正向建模方法构建简化坦克的散射中心模型,快速获取给定电磁脉冲激励下的雷达回波信号,并与利用高频仿真方法得到的一维距离像对比,结果具有较好的一致性,从而验证了利用散射中心模型快速进行不同辐射源激励下回波仿真的有效性。

关键词：散射中心模型超宽带电磁脉冲高分辨力距离像回波仿真正向建模

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基于三维散射中心模型的一维距离像识别

雷达科学与技术 2009年第1期7卷 46-51页

作者：秦敬喜胡磊周剑雄付强国防科技大学ATR国家重点实验室湖南长沙410073

提出了基于三维散射中心模型的两种距离像识别思路,第一种利用全姿态三维散射中心模型恢复各个姿态下的距离像模板并训练分类器,将待识别距离像通过训练后的分类器完成识别;另一种思路将全姿态三维散射中心模型向各个视线方向投影得到... 详细信息

提出了基于三维散射中心模型的两种距离像识别思路,第一种利用全姿态三维散射中心模型恢复各个姿态下的距离像模板并训练分类器,将待识别距离像通过训练后的分类器完成识别;另一种思路将全姿态三维散射中心模型向各个视线方向投影得到一维散射中心模板,采用特征提取方法从待识别距离像中提取一维散射中心特征并与散射中心模板匹配完成识别。由于训练数据或匹配模板都由三维散射中心模型实时生成,因此这两种方法都大大节省了存储空间。采用暗室测量数据和电磁计算数据对两种思路分别进行了仿真试验,结果验证了方法的有效性。

关键词：雷达目标识别散射中心模型基于模型的方法匹配数据恢复

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雷达目标散射中心参数估计的极限性能分析

电子学报 2006年第4期34卷 726-731页

作者：周剑雄石志广付强国防科技大学电子科学与工程学院ATR实验室湖南长沙410073

本文基于衰减指数和(DE)模型的克拉美-罗限(CRB)研究散射中心参数估计的极限性能.通过对单分量和双分量DE模型CRB矩阵的化简,获得了散射中心位置、强度、类型参数估计精度与雷达参数、目标参数的关系式,并导出了鉴别散射中心类型的信噪... 详细信息

本文基于衰减指数和(DE)模型的克拉美-罗限(CRB)研究散射中心参数估计的极限性能.通过对单分量和双分量DE模型CRB矩阵的化简,获得了散射中心位置、强度、类型参数估计精度与雷达参数、目标参数的关系式,并导出了鉴别散射中心类型的信噪比门限和宽带雷达的极限分辨力.本文的结果均以解析式给出,揭示了各参数间相互影响的规律.仿真验证了结论的有效性.

关键词：高分辨雷达散射中心模型参数估计性能分析

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薄涂覆目标散射中心的精确建模

系统工程与电子技术 2023年第6期45卷 1589-1596页

作者：刘久祥肖光亮郭琨毅盛新庆北京理工大学集成电路与电子学院北京100081 北京宇航系统工程研究所北京100076

目前,针对金属目标的散射中心模型的研究已相对成熟,但是对带有薄涂覆结构的复杂目标散射中心模型的研究较少。通过研究发现,薄涂覆引入的影响主要体现为对散射场幅度的衰减作用。因此,提出通过对薄涂覆对电磁波的衰减作用建模,并在金... 详细信息

目前,针对金属目标的散射中心模型的研究已相对成熟,但是对带有薄涂覆结构的复杂目标散射中心模型的研究较少。通过研究发现,薄涂覆引入的影响主要体现为对散射场幅度的衰减作用。因此,提出通过对薄涂覆对电磁波的衰减作用建模,并在金属目标散射中心模型的基础上增加该衰减项,以实现对薄涂覆目标的散射中心建模。该建模方法避免了直接对复杂目标整体散射进行数学建模和参数估计,散射模型的物理意义更明确、形式更简洁。经弹头和飞机目标的全波法结果验证,所建立的薄涂覆目标散射中心模型在雷达散射截面起伏、成像特征的仿真中均具有较高的精度。

关键词：涂覆目标阻抗边界条件散射中心模型

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复杂目标散射中心建模的修正

系统工程与电子技术 2018年第8期40卷 1679-1685页

作者：郭琨毅王嘉欣盛新庆北京理工大学信息与电子学院电磁仿真中心北京100081

实际雷达目标的散射中心属性非常复杂,如不规则的几何结构、遮挡,均会增加散射中心精确建模的难度。现有的散射中心模型并未考虑这些实际问题,为了提高建模精度,需对现有模型进行合理修正。对散射中心模型中的频率依赖项、不规则平面的... 详细信息

实际雷达目标的散射中心属性非常复杂,如不规则的几何结构、遮挡,均会增加散射中心精确建模的难度。现有的散射中心模型并未考虑这些实际问题,为了提高建模精度,需对现有模型进行合理修正。对散射中心模型中的频率依赖项、不规则平面的反射、局部遮挡造成的散射强度变化问题,给出了具体的修正方法。通过数值验证,证实了修正模型模拟复杂目标雷达散射截面起伏特性、雷达距离-方位图像以及时频像特征的精确性。

关键词：散射中心模型复杂目标修正参数估计

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电磁计算十大问题

电波科学学报 2020年第1期35卷 3-12页

作者：无艾俊强陈如山陈晓盼郭琨毅郭立新胡俊黄志祥金谋平李懋坤刘其凤陆卫兵沙威盛新庆宋朝晖王晓冰魏兵吴语茂杨明林殷红成朱国强 “电磁计算”专刊编委会航空工业603所南京理工大学军事科学院系统工程研究院北京理工大学西安电子科技大学电子科技大学安徽大学中国电子科技集团公司第三十八研究所清华大学重庆大学东南大学浙江大学国家自然科学基金委中国航天科技集团八院802所复旦大学电磁散射国家级重点实验室武汉大学

本专栏文章旨在从雷达、隐身、精确制导、舰船、汽车等几大系统研制角度,提炼出十大电磁计算问题,并略述每个问题的研究进展,以及未来目标,为思考电磁计算未来发展方向抛砖引玉.

关键词：电磁计算天线电磁散射敏感性分析散射中心模型多物理计算

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雷达目标的散射中心建模研究

电波科学学报 2020年第1期35卷 106-115页

作者：郭琨毅殷红成盛新庆北京理工大学信息与电子学院应用电磁研究所北京100081 电磁散射国家级重点实验室北京100854

雷达目标总散射场可近似为若干散射中心贡献的叠加,而每一个散射中心都对应着特定的电磁散射机理,这些特定散射机理的散射场可表示成输入为雷达参数(频率、极化、视向角)和目标参数(几何、材料)的参数化模型.散射中心参数化模型在雷达... 详细信息

雷达目标总散射场可近似为若干散射中心贡献的叠加,而每一个散射中心都对应着特定的电磁散射机理,这些特定散射机理的散射场可表示成输入为雷达参数(频率、极化、视向角)和目标参数(几何、材料)的参数化模型.散射中心参数化模型在雷达回波实时模拟、半实物仿真、雷达目标识别等领域得到了广泛的关注.文中总结了雷达散射中心模型的发展历程,包括散射中心数学模型和散射中心参数提取方法,以及散射中心建模的难点问题和未来的研究方向.期望该文可为从事该方面研究的科研人员提供一些参考.

关键词：散射机理散射中心模型时频变换雷达成像

基于正向建模的目标超宽带电磁脉冲雷达回波仿真

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电波科学学报 2020年第1期35卷 116-121页

作者：李新何思远张云华朱国强刘进武汉大学电子信息学院武汉430072 武汉大学武汉430072

为了快速获取超宽带(ultra-wideband,UWB)电磁脉冲激励下雷达目标的时域电磁响应,提出了一种基于散射中心正向建模的目标时域回波仿真方法.从目标几何模型出发,利用空间射线分集技术对强散射源进行分离,通过模型参数正向确定方法构建出... 详细信息

为了快速获取超宽带(ultra-wideband,UWB)电磁脉冲激励下雷达目标的时域电磁响应,提出了一种基于散射中心正向建模的目标时域回波仿真方法.从目标几何模型出发,利用空间射线分集技术对强散射源进行分离,通过模型参数正向确定方法构建出目标的属性散射中心模型,用以表征目标高频电磁散射特性,并在UWB电磁脉冲激励下进行仿真运算,获得目标时域回波信号.以典型目标SLICY为例,基于正向建模的散射中心模型,快速获取不同UWB电磁脉冲激励下的雷达回波信号,与高频仿真方法得到的一维距离像(high resolution radar profile,HRRP)进行对比分析,吻合良好.由此验证了本文提出的回波仿真方法的有效性,为不同辐射源激励下目标的快速电磁响应研究提供了一种新思路.

关键词：超宽带(UWB)电磁脉冲回波仿真散射中心模型一维距离像(HRRP) 正向建模