基于相位补偿的外辐射源雷达旋翼目标特征提取

周子铂 张朝伟 夏赛强 许道明 高妍 曾晓双

周子铂, 张朝伟, 夏赛强, 等. 基于相位补偿的外辐射源雷达旋翼目标特征提取[J]. 雷达学报, 待出版. doi: 10.12000/JR21132
引用本文: 周子铂, 张朝伟, 夏赛强, 等. 基于相位补偿的外辐射源雷达旋翼目标特征提取[J]. 雷达学报, 待出版. doi: 10.12000/JR21132
ZHOU Zibo, ZHANG Chaowei, XIA Saiqiang, et al. Feature extraction of rotor blade targets based on phase compensation in a passive bistatic radar[J]. Journal of Radars, in press. doi: 10.12000/JR21132
Citation: ZHOU Zibo, ZHANG Chaowei, XIA Saiqiang, et al. Feature extraction of rotor blade targets based on phase compensation in a passive bistatic radar[J]. Journal of Radars, in press. doi: 10.12000/JR21132

基于相位补偿的外辐射源雷达旋翼目标特征提取

doi: 10.12000/JR21132
基金项目: 国家部委基金
详细信息
    作者简介:

    周子铂(1994–),男,江西九江人。2018年在国防科技大学ATR实验室获得硕士学位,现为空军预警学院助教。主要研究方向为微波成像、目标识别与分类以及阵列信号处理,目前已发表论文十余篇

    张朝伟(1978–),男,安徽亳州人。2006年在军械工程兵学院获得博士学位,2012年在北京理工大学博士后出站,现为空军预警学院副教授。目前出版教材3本,发表论文30余篇。主要从事雷达装备教学,保障与作战运用研究

    夏赛强(1994–),男,湖南常德人。2018年空军预警学院获得硕士学位,现为空军预警学院讲师。主要研究方法是微动目标识别,目前已发表论文17篇

    许道明(1992–),男,辽宁桓仁人。2017年陆军工程大学硕士毕业,现为空军预警学院讲师。研究方向为雷达装备原理与保障

    高妍:高 妍(1992–),女,内蒙古赤峰人。2019年辽宁工程技术大学硕士毕业,现为空军预警学院助教,主要研究方向为雷达装备保障

    曾晓双(1993–),男,山东潍坊人。2018年在国防科技大学获得硕士学位,现在解放军某部担任研究实习员。主要研究方向为空间目标信息获取与处理

    通讯作者:

    周子铂 zibo_travel@163.com

  • 责任主编:张群 Corresponding Editor: ZHANG Qun
  • 中图分类号: TN957.51

Feature Extraction of Rotor Blade Targets Based on Phase Compensation in a Passive Bistatic Radar

Funds: The National Ministries Foundation
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  • 摘要: 全球定位导航系统(GNSS)作为一种覆盖广泛的稳定信号源,对于微动目标特性识别具有相当大的实用价值。针对外辐射源旋翼目标识别问题,该文提出基于相位补偿的旋翼特征提取新思路。通过分析旋翼目标时频域内闪烁分布的数学形成机理,提出利用相位补偿的方法将相同叶片的闪烁聚焦到特定多普勒频率,进而估计旋翼的叶片数。然后依据闪烁中心频率距离基准频率最近的原则从参数矩阵中估计叶片转速等参数,并利用闪烁占据的带宽计算叶片的长度。最后仿真实验结果验证该方法对参数空间设置的适用性更强,估计精度也更高,并且可以在回波域实现旋翼目标的叶片分离。

     

  • 图  1  外辐射源雷达旋翼目标微动模型

    Figure  1.  Micro-motion model of rotor targets in PBR

    图  2  单个叶片的时频图谱

    Figure  2.  The TFD of signal blade

    图  3  不同正弦函数差值导数波形图

    Figure  3.  The result of different sinusoidal function

    图  4  算法执行框图

    Figure  4.  The flowchart of the proposed method

    图  5  非对称旋翼目标回波分析

    Figure  5.  The echoes of asymmetry rotor targets

    图  6  非对称旋翼结构相位补偿之后的时频图谱

    Figure  6.  The TFD of asymmetry rotor blade after phase compensation

    图  7  同一叶片不同闪烁中心频率的变化

    Figure  7.  The variety of center frequency of standard flashes during iterations

    图  8  最佳参数搜索结果

    Figure  8.  The optimal parameters search result

    图  9  对称旋翼结构相位补偿之后的时频图谱

    Figure  9.  The TFD of symmetry rotor blade after phase compensation

    图  10  迭代过程中基准闪烁中心频率变化

    Figure  10.  The variety of center frequency of standard flashes during iterations

    图  11  最佳迭代之后的参数搜索结果

    Figure  11.  The optimal parameters search result

    图  12  不同角频率补偿相位对闪烁位置的影响

    Figure  12.  The effect of different angular velocity on locations of standard flashes

    图  13  叶片分离的效果

    Figure  13.  The blade separation effect

    图  14  叶片回波分离

    Figure  14.  The echoes of different blade

    图  15  时频图中的叶片分离

    Figure  15.  The TFD of echoes of different blade

    图  16  傅里叶变换的结果

    Figure  16.  The result of Fourier transform

    图  17  Hough变换的结果

    Figure  17.  The result of Hough method

    图  18  OMP参数估计方法的实验结果

    Figure  18.  The experiment result of OMP algorithm

    表  1  仿真实验参数

    Table  1.   The parameters in simulation experiments

    参数数值
    频段1575.42 MHz
    叶片数3, 4
    叶片长度7.3 m
    旋转速率fr4.8 r/s
    信噪比–10 dB
    采样率2.046 MHz
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    表  2  非对称旋翼结构基准闪烁的更新

    Table  2.   The update of standard flashes in asymmetry rotor target

    迭代次数基准闪烁位置
    1(0.067 s)
    2(0.067 s, 0.171 s)
    3(0.067 s, 0.171 s, 0.275 s)
    4(0.067 s, 0.171 s, 0.275 s, 0.379 s)
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    表  3  对称旋翼结构基准闪烁的更新

    Table  3.   The update of standard flashes in symmetry rotor target

    迭代次数基准闪烁/位置
    1(0.067 s)
    2(0.067 s, 0.275 s)
    3(0.067 s, 0.275 s, 0.483 s)
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    表  4  OMP算法实验条件

    Table  4.   The experiment condition of OMP algorithm

    方法叶片数叶片长度L (m)初相角 (°)
    实验a1, 3, 5, 75:0.01:80:2.4:120
    实验b1, 3, 5, 76:0.01:80:2.4:120
    实验c1, 3, 5, 76:0.01:80:12:120
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    表  5  参数估计结果对比

    Table  5.   The parameter estimation result of different algorithms

    方法叶片数$ \hat Q $ (个)长度$ \hat L $ (m)角速度$ \hat w $ (rad/s)
    本方法,Q=337.34$ 2\pi \times 4.80 $
    本方法,Q=447.38$ 2\pi \times 4.80 $
    Hough,Q=337.35$ 2\pi \times 4.77 $
    OMP,实验a无效5.82$ 2\pi \times 11.21 $
    OMP,实验b37.45$ 2\pi \times 4.80 $
    OMP,实验c无效7.05$ 2\pi \times 6.73 $
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-09-18
  • 修回日期:  2021-10-29
  • 网络出版日期:  2021-11-05

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