对极化雷达的有源干扰研究

第28卷第3期 2006年3月 系统与电了技术 SystemsEngineeringandElectronics VoI．28No．3 M82,2006 文章编号：1001—506X(2006)03—0380"03 对极化雷达的有源干扰研究 王 涛，王雪松，李永祯，肖顺平 (国防科技大学电子科学与工程学院，湖南长沙410073) 摘要：针对分时极化测量雷达，了一种奎极化欺骗干扰方法，并分析了有源假目标的极化特性。对全 极化有源假目标和雷达目标的分析结果表明，提出的欺骗干扰方法形成的假19标的散射矩阵、Graves功率矩阵以 及极化特征描述子矢量等参数与雷达目标具有很强的相似性，它可以有效地干扰极化测量雷达。 关键词：极化雷达；有源干扰；散射矩阵；互易性 中图分类号：TN95752 文献标识码：A Studyoftheactivejamming011polarimetricradars WAN(jTao，WANGXue—song，LIYong-zhen，XIA0Shun-ping (SchooloyElectronicScienceandEnginee“ng，NationalUniv．oyDe如riseTechnology，Changsha410073，China) Abstract：Afullpolarizationactiveiarnrrfingrrtclhodisproposed．Thescatteringmatrix，(；ravesntatHxandpolar izationcharacteristicvectorofthefalsetargetsproducedbythefullpolarlzaionjarnfflgrareanalysed．Itisshownthat thescpammetcrsaremoresirrfilartotheradartargetsthanthoseofthesinglepofarlzationactivejail3Iiler,n”slmula— tionsshowthatthejammingmethodpmposedcadeffectively】amsthepularimetricradar& Keywords：polarimetricradar；activejamming；scatteringmatrix；reciprocity 0引言 电子干扰从大类上可“分为无源干扰、有源干扰和复 台下扰二二大类。有源干扰又可分为欺骗干扰、噪声压制干 扰和杂乱脉冲干扰等。欺骗干扰通过改变目标的反射信 号，建立一个或多个虚假信号源，产生笑于雷达目标的数量 位置等虚假信息。由于有源多假目标欺骗性电子干扰具有 灵活多样的十扰策略、高性价比等特点而在电子战中获得 了广泛的应用”。。 极化信息和时域、频域和空域信息一样，是电磁波的另 一重要属性。极化信息的利用可蹦有效提高雷达的目标检 测、Ff标识别和抗干扰等能力。现有极化对抗方面的研究 主要集中丁极化度较高的单极化干扰”_7，而对于全极化 雷达与全极化有源诱饵攻防对抗的研究鲜有报道。文献 [7]研究了有源单极化有源诱饵和全极化雷达的攻防对抗， 其研究表明，单极化有源假目标的散射矩阵和Graves功率 矩阵是奇异的而且一般不再满足互易性，而常见雷达目标 的散射矩阵即Graves功率矩阵通常满足互易性且一一般为 非奇异矩阵，利用单极化有源假目标与雷达目标这·属性 差异，文献[7J提出r几种有源假目标的鉴别方法，在一定 的信噪比条件F，全极化雷达可以很高的概率鉴别目标和 单极化有源假目标。 为了对极化测量雷达进行有效的1：扰，本文提出了一 种全极化转发式欺骗干扰方法，利用该方法形成的有源假 目标可以有效地欺骗防御系统的分时极化测量雷达。 I极化特征描述子的定义 雷达目标的极化特性与雷达目标的材料、形状、尺寸以 及电磁波的波长密切相关，不同的目标极化散射特性往往 相差很大，但互易性是一·般目标的共同特性。对于单极化 有源假目标，其形成的假目标的视在散射矩阵和Graves功 率矩阵在·对正交基下可阻表示为口1 踮一[≥≥]一[：：] ㈣s删3w【l蟛蟛J 岛r喇∥蜘一[㈦蚓：㈧PU们+IQII："] ’ (2) 由此可知，单极化有源假目标的散射矩阵和Graves功 率矩阵是奇异矩阵．而且一般不满足互易性。为了有效地 识别单极化有源假I；1标和雷达目标，文献[8]定义了一组特 征量——瞬态极化特征描述子，即 收稿日期：200501—28；修回日期：2005—0712。 基金项目：全国优秀博上论史专项基金(08100101)；国防预研计戈f1(41303517)；国防撷研基金(51403010403KG0173)资助课题 作者简介：王涛(1978)，男，博±研究生，主要研究方向为目标识别，雷达极化信息妊理等。E-mail：wanter2000@gmail．com 万方数据 第3期 王涛等：对极化雷达的有源干扰研究 · 381· D3 (3) (4) (5) Dt一瓦GHH面Gw再--丽GnvGvn(6) n—G／-m+Gw—GHv—G⋯，7、u5一G—nn+Cwv-I—-G：-w-'1"-CwH。。’ Ds一了1[ij蚕e+i珏c+i乐。](8) 式(8)中g～。、主。和主。为有源诱饵／目标回波分量的瞬态极 化投影矢量(IPPV)，它们由如下各式计算得到 汪羔一EgA曲kR([：：]o[：：]) 酷羔邢⋯gT]kR(暖]o[≥]) 诗去，[gc”盯础(贳]o[。S。HH]) 其中R 1 O O 1 1 O O 一1 O 1 1 O 0 J —j 0 ，“o”和“*”分别表示Kro necker积和共轭，上标T表示向量转置。 极化特征描述子D；，i一1，⋯，6从不同侧面刻划了真 假目标的极化特征，由式(1)～式(8)可知，对于单极化有源 假目标有式(9)成立 ED，，D2，D。，D4，D5，D6]一[o，0，0，0，0，11(9) 而常见的雷达目标一般不满足式(9)，利用雷达目标和单极 化有源假目标的这一差异，极化测量雷达可以有效地识别 有源假目标和真实的雷达目标口]。 2全极化有源假目标的特性分析 为了实现对全极化雷达的有效干扰，有源假目标的视 在散射矩阵和Graves功率矩阵应当和雷达目标具有相似 的属性，即满足互易性、非奇异性。此时单极化有源干扰方 法将不能产生满足上述性质的假目标，为此需要设计全极 化的干扰方法。 设雷达为分时极化体制，即雷达逐个脉冲的发射极化 正交的信号，并在两个极化通道上同时接收，这样经过两 个脉冲的测量，雷达可以获取目标的全极化散射矩 阵[8-9]。干扰机在互为正交的极化天线上对雷达信号进 行侦察，侦察阶段结束后，转发功率较大的极化分量，这样 干扰机经过两个脉冲的侦察和转发，可以形成具有完整极 化特性的假目标信号。干扰信号经过分时极化雷达的接 收处理，便形成一假目标。为了分析方便，下面以线极化 干扰机为例，分析其形成的假目标对线极化测量雷达的干 扰效果。 设雷达轮流发射水平极化(H极化)和垂直极化(V极 化)的电磁波，雷达接收机同时在两个极化通道接收目标回 波信号和干扰信号。为了分析方便，不妨设干扰机位于雷 达发射天线的电轴方向，干扰机天线电轴同样指向雷达方 向，且在对抗与反对抗过程中，干 扰机与雷达都从对方主瓣方向进 入接收机(偏离电轴方向的情况 另文讨论)。设A极化与H极化 的夹角为0，如图1所示。经过两 个脉冲的测量，雷达可以获取目 标和有源假目标的散射矩阵。 图1干扰机与雷达 极化矢量关系 设雷达信号的极化基为(知，v)7，干扰机的极化基为(口， 6)7，从(口，6)1极化基到(知，y)7极化基的变基矩阵为U， 则有 伢U[：]一[C咖OS；--螂sin。口][：] 不失一般性，设0≤口≤7【／4(x／4<0<兀／2时的分析方法类 似)，干扰机侦察到雷达发射的H极化信号时，以A极化天 线转发，此时干扰信号为 既一翘备(￡)Elo]『：]一 球班10]㈠[cos圳0竺卵]一 蚓札cos㈣吨[匀 c·。， 式中：n——和干扰信号功率、初相有关的常数。根据散射 矩阵的定义可知，雷达可以由此脉冲回波获取假目标散射 矩阵的一列向量，即 广s鲁H1 广COS01 l。{Ⅳ-J～k—j 式中散射矩阵元素中第一个下标表示发射极化，第二下标 表示接收极化(下同)。雷达下一个脉冲发射的V极化信 号，干扰机侦察到的该信号时在B极化天线转发，此时的干 扰信号为 玩一墟∞)[o1]『口]一 酬[01]L[一cos0sin口C8iOnS那]_l—— ∥ F V 删札“n⋯n叼[匀 Ⅲ， 式中：6——和干扰信号功率、初相有关的常数。雷达可以 由此回波获取假目标散射矩阵另一列向量，即 [孰一6[一啷sin0。．] 经过转发两个脉冲的雷达信号，干扰机可以形成一个假目标。 雷达测得的假目标的散射矩阵和Graves功率矩阵分别为 s如一[妻训1。瞄GCOS；--‰bs。in。9]㈣， 万方数据 ·382。 系统工程与电子技术 第28卷 ％一[爱美]一[％产如一[|暑|2l?12] (13) 由式(12)、(13)以及文献[7]中的定义可得，此时假目标的 极化特征描述子为 [D1,D2,D。肌Ds，D6]《悟髋舞蹴，|丽1卜2叭山刈s]㈣， 由式(12)和式(13)可知，当雷达发射水平、垂直极化时，全 极化有源诱饵的散射矩阵的行列式和Graves功率矩阵分 别为I鼢I—ab≠0和％一r踟]Hs‰一diag fIal2，lbl2、。即全极化有源诱饵的散射矩阵和Graves功 率矩阵都不再是奇异矩阵，特别的，当o≤8≤丌／4且6—一日 时，有源假目标的视在散射矩阵满足互易性。 3全极化诱饵干扰实验 为了分析全极化有源诱饵的干扰效果，下面仅以线极 化分时极化雷达为例，讨论上述鉴别算法的鉴别性能。不 全极化有源诱饵 i飘卜u“．．iJlh lf 111⋯r ● 单极化有源诱饵 l O ．O 一 ，1 厂目标 『¨ ¨l 垒疽北有源诱饵 f 单极化有源诱饵 1 西0 ．0 妨设干扰机两路转发信号的附加调制系数a—b，即两路信 号的转发放大系数和初相都相等，则假目标的极化特征描 述子矢量为 [D1，D2，D3，D4，Ds，D6]一 [1，1／JCOS(2臼)ICOS20，1，1，一1／3](15) 由文献[7]可知，单极化的极化描述子的值为 D；删。一0，i一1，2，⋯，5，D∥。一1 不妨设口一7r／6，图2给出了单极化有源诱饵、全极化有源 诱饵以及某有翼弹头在不同方位下暗室实测散射数据的瞬态 极化特征描述子。目标的测量频率为8．75GHz、俯仰角为oo。 全极化有源诱饵 寸 m’f1 f’。 1 一目标 l 单极化有源诱饵 全极化有源诱饵 F囊l。 ¨’1 章菝化有源诱饵 方位角／。 方位角／。 方位角／。 方位角／。 (a)D，分量 (b)D，分量 (c)D4分量 (d)D5分量 测量频率为8．75GHz，方位角0～180。，俯仰角为30。 图2某有翼弹头、单极化和全极化有源诱饵的极化特征描述子随其方位角的变化曲线 从图2中可以看出，雷达目标的极化特征描述子在大 部分方位角上与单极化有源假目标具有良好的可分性，而 全极化有源诱饵的瞬态极化特征描述子与目标非常接近。 为了比较单极化有源假目标和全极化有源假目标对极化测 量雷达的干扰效果，本文以某有翼弹头为例进行了鉴别实 验。鉴别算法以[D，，D3，D4，D。，D6]为鉴别参量集[7]，其 鉴别表达式为 如一S(D1≤T1)&S(D3≤T3) &S(D4≤T4)&S(Ds≤rs) &s(D6>，T6，一弦喜冀黧Ⅲ， 式(16)中当逻辑关系式n≤t成立时，S(B≤五)一1，D≤ 正不成立时，S(n≤正)一0；符号&表示逻辑与运算，五， T3，瓦，丁5和瓦，是由信噪比等参数决定的判决门限。表 1对不同干噪比条件下极化雷达对单极化有源假目标和 全极化有源假目标的误判为雷达目标的概率。从中可以 看出，随着干噪比(ⅢR)的增大，单极化有源假目标被判 为目标的概率大大降低，在于噪比达到15dB时几乎丧失 干扰作用，而全极化有源假目标被误判为目标的概率却保 持在99％左右。 表1极化雷达将假目标误判为目标的概率 根据某有翼弹头的散射特性，门限设为：L一0．5；i一1，3，4，5； T6一o．8。在此门限下，弹头的鉴别率为99％左右。 4结论 由于单极化假目标的散射矩阵是奇异矩阵，而雷达目 标的散射矩阵通常是非奇异的。利用此特性，极化测量雷 达可以以很高的概率鉴别单极化有源诱饵。为了干扰全极 化雷达，本文设计了一类全极化干扰方法，即逐个脉冲转发 分时极化雷达的信号。干扰信号在雷达上形成的假目标与 真是的雷达目标的特性在散射矩阵、Graves功率矩阵以及 瞬态极化描述子矢量上具有很大的相似性，进而使得单极 化有源诱饵鉴别方法失效。本文的鉴别实验表明，全极化 有源假目标对极化测量雷达的干扰性能要明显优于单极化 有源假目标。需要指出的是，电磁干扰和抗干扰是互相 对立的两个方面，干扰技术的进步必然带来抗干扰技术的发 (下转第457页) 万方数据 第3期 胡静等：基于LSTBC-OFDM系统的信道估计简化算法 ·457· 出的信道估计改进算法在计算量显著降低的前提下，仍能 取得与传统LS信道估计几乎同样的性能结果。 斛 留 嗤 ＼ ?、 ≈≈ ＼ ＼ ＼j 飞 § 7 。t、 ＼ ＼ ≮ L二 0 2 4 6 8 10 12 信噪比／dB 牛：理想信道下的LSTBC．OFDM； ---+_：经传统LS估计的LSTBC—OFDM； 廿：经简化计算的LSTBC．OFDM 图3本文方法与传统方法的性能比较 5结论 本文以4发4收的LSTBC-OFDM系统为例，提出了 一种降低运算量和复杂度的LS信道估计的改进方法，即利 用LSTBC结构和优化设计的导频符号避免了传统LS估 计的矩阵求逆，大大降低了运算量，而且误码率性能和传统 的LS估计相差不多。对于其它多发多收天线系统，均可采 用类似的导频设计方法，再结合分层结构的不同编码体制 的空时分组码[11。，在降低编码复杂度的前提下，避免传统 Ls估计的矩阵求逆过程，使运算量大大降低，从而能更接 近于实际应用。 参考文献： AT＆T-BellLabInternalTechMemo，1995． E21FoschiniGJ．Layeredspace-timearchitectureforwirelesscommuni— cationinafadingenvironmentwhenusingmultipleantennas[J]． BgllLaboratioHesTechnicalJournal，1996，1(2)：741--765． [33PusaneAE，AygoluUPowercontrolfororthogonalspacetime codingwithmuhiplereceiveantennas，Personal，IndoorandMobile RadioCommunications[qf}The13thIEEEInternationalSymposi— ilInon，2002(9)：95—99． E4]SilvaDMM，CorreiaASpacetimecodingschemesfor4 ormore antennas，personal，indoorandmobileradiocommunications[C]f{ The13thIEEEInternationalSymposiumon，2002(9)：85—89． [5]许晓红，廖桂生，李勇朝，等．基于分层结构的空时分组码[J]．电 波科学学报，2004，19(2)：129—134． [61LIL，eta1．Channelestimationandequalizationforspace-time blockcodedsystemsinfrequencyselectivefadingchannels[C]}} Proc．of2001IEEEglobalTelecommunicationsConf，SanAn— tonio，TX，USA，2001：1127—1131． ET]ZhouS，MuquetB，GiannakisGBSubspace-based(semi一) blindchannelestimationforblockprecodedspace-timeOFDM [J]．IEEETrans．onCommun．SignalProcessing．，2002，50 (5)：1215—1228． [8]BudianuC，TongL，Channelestimationforspace-timeorthogo— nalblockcodesProc[J]．IEEEICC"2001，Helsinki，Finland， 2001，4：1127—1131． [9]屈代明，朱光喜，陈钟麟．一种实用的基于导频的空时编码OFDM 系统信道估计方法D]．电子与信息学报，2003，11：1448--1451． [10]NegiR，CioffiJ．Pilottoneselectionforchannelestimationina mobileOFDMsystem[J]．IEEETrans．onConsumerElec— tronics，1998，44(3)：1122—1128． [11]LiuZ，GiannakisGB，MuquetB，eta1．Space-timecodingfor BroadbandWirelessCommunications[J1．WirelessSystemsand MobileComputing，2000，7． [1]TelatarE．Capacityofmultiantennagaussianchannels[J]． (上接第382页) 展。从上文的分析可以看出，转发式全极化有源的散射矩 阵具有一定的确定性属性，因此如何抗全极化诱饵将是本 文下一步的工作重点。 参考文献： r1]LewisGN，PostolTA．Futurechallengestoballisticmissilede— lense[J]。IEEESpectrum1997(9)：60一68． [2]Okuyucu八Effectsofjammingonradars[D1．AirForceInsti— tuteofTechnologyAirUniversity，MarsterThesis，2000． [3]SesslerAM，CornwallJM，DietzB，eta1．Countermeasures-a technicalevaluationof theoperationaleffectivenessofthe plannedUSnationalmissiledefensesystem[D]．UnionofCon— cernedScientistsandMIT，2000． [4]顾尔顺．有源欺骗干扰的对抗技术[J]．航天电子对抗，1998，3： 13一16． [5]StaporDP．Optimalreceiveantennapolarizationinthepresence ofinterferenceandnoise[J]。IEEETrans。AntennasandPropa— gation，1995，43(5)：473477． [6]WangXuesong，XiaoShunping，ZengYonghu，eta1．Optimal receivepolarizationswiththeconstraintofpolarizationtracksin thepresenceofinterferenceandnoise[C]／／AerospaceandElec— tronicsCon知rence，1997，2(7)：926—930 [7]李永祯．瞬态极化统计特性及处理的研究[D]．长沙：国防科技 大学，2004． [8]GiulinPolarizationdiversityinradars[J]．Proc．IEEE，1986， 74(2)：245—269． [91GiuliD，FossiM，FacherisLRadartargetscatteringmatrix measurementthroughorthogonalsignals[J]．1EEProceedings— F，1993，140(4)：233—242． 万方数据 对极化雷达的有源干扰研究 作者： 王涛， 王雪松， 李永祯， 肖顺平， WANG Tao， WANG Xue-song， LI Yong-zhen， XIAO Shun-ping 作者单位： 国防科技大学电子科学与工程学院,湖南,长沙,410073 刊名： 系统工程与电子技术 英文刊名： SYSTEMS ENGINEERING AND ELECTRONICS 年，卷(期)： 2006，28(3) 引用次数： 0次 参考文献(9条) 1.Lewis G N.Postol T A Future challenges to ballistic missile defense 1997(9) 2.Okuyucu A Effects of jamming on radars 2000 3.Sessler A M.Cornwall J M.Dietz B Countermeasures-a technical evaluation of the operational effectiveness of the planned US national missile defense system 2000 4.顾尔顺 有源欺骗干扰的对抗技术 1998(0q) 5.Stapor D P Optimal receive antenna polarization in the presence of interference and noise 1995(5) 6.Wang Xuesong.Xiao Shunping.Zeng Yonghu Optimal receive polarizations with the constraint of polarization tracks in the presence of interference and noise 1997 7.李永祯 瞬态极化统计特性及处理的研究 2004 8.Giuli D Polarization diversity in radars 1986(2) 9.Giuli D.Fossi M.Facheris L Radar target scattering matrix measurement through orthogonal signals 1993(4) 相似文献(5条) 1.学位论文 倪吉华 基于虚拟极化的目标增强与杂波抑制技术研究 2006 雷达回波信号中，除幅度、相位和多普勒频移外，还存在第四特征——极化信息。近年来，极化信息的开发与利用已受到普遍重视，极化雷达应运 而生，且显现出良好的发展前景。接收信号的极化处理是极化雷达的关键技术之一。雷达目标散射信号中的极化信息在目标检测、增强、滤波及识别中 有着巨大的应用潜力，为雷达系统在反隐身、削弱恶劣电磁环境的影响、对抗有源干扰和识别目标等方面提供了新的技术途径。本文首先介绍了雷达极 化的基础理论，并着重研究了对雷达回波信号的极化处理，运用虚拟极化实现目标极化增强和杂波抑制。论文主要工作如下： 1.在给出电磁波的 极化特性及其表征的基础上，分析了雷达目标的退极化效应和杂波的极化特性，简述了极化在传统雷达中的应用。 2.研究了虚拟极化理论中的幅 相加权算法，修正了移相矩阵，给出了虚拟极化的工程化实施。 3.在比较目标极化状态现有提取方法的基础上，提出了一种基于相干矩阵的 极化特征提取算法。 4.研究了通道噪声中的目标极化增强处理。利用某型雷达采集的飞机目标和杂波的大量极化信息数据，进行目标极化增强处 理，结果表明，极化处理能有效提高目标的信噪比。 5.基于虚拟极化理论，研究了杂波的极化抑制。对无目标的地杂波极化数据的处理结果表明 ，运用虚拟极化可抑制杂波5-20dB。 2.期刊论文 王涛.王雪松.刘进.肖顺平.Wang Tao.Wang Xue-song.Liu Jin.Xiao Shun-ping 干扰背景下瞬时极化 测量雷达的目标识别预处理技术 -电子与信息学报2008,30(10) 该文以瞬时极化测量雷达的攻防对抗为背景,分析了单极化有源干扰机形成的假目标的极化散射特性.分析结果表明,在同样的干扰样式下,干扰机在 分时极化测量雷达和瞬时极化测量雷达下生成的假目标具有不同的散射特性.在单极化有源假目标极化散射特性分析基础上,针对对抗条件下极化雷达无 法准确测量目标散射矩阵的情况,提出了一种基于不完整极化测量的目标识别预处理方法.该方法能够有效获取目标三个极化散射矩阵序列,它们可以用作 目标识别的稳健特征量. 3.学位论文 李永祯 瞬态极化统计特性及处理的研究 2004 随着现代战场电磁环境的日趋复杂恶劣，用动态的、统计的观点研究时变电磁波的极化现象，揭示波极化变化的内在规律，挖掘蕴含其间的物理本 质，探究雷达目标与环境极化散射的特征机理，建立雷达目标极化散射统计特性的有效表征方法，最大限度的发掘和利用雷达传感系统所获得的电磁信 息，使之能够适应复杂多变的战场环境、具备智能化的探测识别能力，已经成为雷达极化信息处理技术领域所面临的基础课题和紧迫任务。 为了 能够有效提取和利用蕴含在随机极化波和起伏目标极化散射中的内在规律和丰富信息，以统计的、动态的观点来重新审视、研究了电磁波和雷达目标电 磁散射的时变极化特性，建立了瞬态极化统计学理论的基础框架。在此基础上，针对导弹、飞机等空间/空中目标，对极化雷达中的弱目标检测、真假目 标鉴别及目标识别等应用问题进行了系统深入的研究，为雷达系统削弱恶劣电磁环境的影响、对抗有源干扰、反隐身和识别真假目标等方面提供了新颖 的、极具潜力的技术途径。 具体内容可分为理论研究和应用研究两个方面： 在理论研究方面，以瞬态极化理论为基点，以时变电磁波和雷 达目标极化散射为对象，研究了瞬态极化的统计特性，建立了瞬态极化统计学理论的基础框架，深刻地揭示出时变电磁波和雷达目标极化散射的统计规 律，为时变电磁波极化表征以及雷达目标极化散射特性的刻划提供了有力的理论工具。具体内容包括：①研究了随机极化波瞬态极化的统计特性，提出 了电磁波瞬态极化相似系数、极化起伏度和极化采样序列等新概念，研究了正交极化基的选择对瞬态极化描述子的影响，阐释了瞬态Stokes矢量和瞬态 极化投影矢量等表征参量的物理内涵及其性质，导出了零均值和非零均值随机极化波在正态分布假设条件下幅度、相位、幅度比、相位差、瞬态 Stokes矢量以及瞬态极化投影矢量等的概率密度分布，分析了随机极化波瞬态极化投影矢量数字特征与波的极化参数(如极化度)之间的依赖关系；②从 确定性和统计性两个角度分别研究了雷达目标的时变电磁散射极化特性的表征问题，深入研究了在时变电磁波激励下雷达目标的瞬态极化表征方法，提 出了雷达目标瞬态极化散射的特征参量描述和目标间极化散射相似性度量等表征方法；在此基础上，提出并深入研究了雷达目标的瞬态极化Wigner- Vill时频分布及瞬态极化一般类时频分布;最后，给出了起伏目标瞬态极化散射矩阵的统计描述方法，研究了典型电磁波激励下雷达目标散射波的统计特 性，分析了雷达目标瞬态极化散射的统计特性与入射波之间的依赖关系。 这些概念和方法构成了雷达瞬态极化统计理论的基本内容，为随机极化 波和雷达目标电磁散射的极化特性分析、特征提取等研究提供了理论依据和有力工具，为随后的极化信息处理应用研究奠定了理论基础，对于目标检测 、抗电子干扰和自动识别等工程应用也无疑具有重要的实际意义。 在应用研究方面，以弹道导弹防御为背景，以瞬态极化统计理论为基础，系统 深入地研究了时变电磁波和雷达目标电磁散射瞬态极化的统计特性及其在极化雷达的弱目标检测、真假目标鉴别及目标识别等领域中的应用问题，具体 内容包括：①针对窄带极化雷达系统，分析了目标散射信号和接收机噪声的瞬态极化统计特性，研究了信号极化已知和未知两种情况下的目标检测问题 ，基于极化积累的思想，提出了基于IPPS、ISVS、极化起伏度和Stokes子矢量估计的4种新的目标检测算法，通过合理选择发射信号脉宽和接收带宽等参 数，可以极大地改善雷达系统的检测性能；②针对窄带相参脉冲雷达体制，利用目标回波信号在相邻脉冲之间的相关特性及接收机噪声在相邻脉冲之间 的随机特性，提出了一种能够提取目标运动信息的新型检测算法，相对于匹配滤波检测性能得以大幅度提高；③研究了有源假目标的极化鉴别问题，分 析了有源假目标和雷达目标电磁散射的极化特性，针对窄带全极化、窄带分时极化、宽带分时极化等不同雷达体制，提出了4种有源假目标的极化鉴别器 ，取得了优良的鉴别效果，表明极化雷达在鉴别有源假目标方面具有极大的潜力；④研究了导弹类目标的特征提取与识别问题，提出了从矩阵论的角度 刻画雷达目标瞬态极化散射特性的方法，结合典型弹头类目标测量数据，提取了一组对弹头目标姿态不敏感的稳健特征量，采用最近邻识别算法取得了 优良的识别结果。 4.学位论文 王涛 弹道中段目标极化域特征提取与识别 2006 雷达极化技术的进步和极化测量雷达的出现极大地提高了雷达系统的探测能力和目标识别能力，在防空、反导等领域日益发挥着越来越重要的作用 。本论文以空间监视和弹道导弹防御为背景，面向宽带全极化测量雷达，着力研究运动雷达目标的极化散射特性测量、有源假目标的极化鉴别以及中段 弹头识别等热点基础性问题，其研究成果主要体现在三个方面： 第一个方面，针对分时极化测量和瞬时极化测量两种体制的雷达，分别提出了动 目标极化散射特性的分时极化测量方法和基于双频矢量脉冲信号的瞬时极化测量方法，并详细分析了这两种动目标极化测量方法的性能，在一定的信噪 比条件下，动目标极化散射矩阵测量精度高。该方法纠正了经典文献中关于分时极化雷达和双频矢量脉冲难以测量动目标极化散射矩阵这一观点。另外 ，本文以线状目标为例，用相位畸变理论定量研究分析了目标全极化信息对角闪烁抑制的贡献。 第二个方面，深入研究分析了单极化和具有极化 捷变能力的转发式干扰机在不同极化测量体制雷达下形成的有源假目标的极化散射特性。研究结果表明，在相同的干扰样式下，转发式干扰机在分时极 化测量雷达和瞬时极化测量雷达下形成的有源假目标具有不同的性质。在详细分析有源假目标极化散射特性的基础上，针对两种不同体制的极化测量雷 达系统，分别提出了窄带、宽带条件下单极化有源假目标和极化捷变有源假目标的极化域鉴别方法，这些方法能够以较高的概率鉴别有源干扰机形成的 有源假目标。特别地，针对对抗条件下极化雷达无法准确测量目标散射矩阵的情况，提出了一种基于不完整极化测量的目标识别方法。 第三个方 面，探索性地研究分析了中段旋转对称弹头的微运动特性和极化散射特性，提取了稳健的弹头散射参数，在此基础上提出了一种基于极化时变特性的中 段弹头的章动频率、章动角等微运动特征提取方法。在提取微运动特征的基础上，提出了一种基于微运动特性的中段弹头ISAR成像方法，与大多数文献 上提出的基于轨道运动的ISAR成像方法相比，大大降低了成像所需的相干积累时间，且实用性强。 本论文的研究成果希望能够在空间监视和反导 防御雷达系统的目标探测、成像识别以及弹道导弹攻防能力评估等方面提供有益的借鉴和参考。作为一种共性的技术，本文提出的有源假目标极化鉴别 方法和动目标极化散射特性测量方法也可以应用于防空雷达等战场感知和雷达攻防对抗中。 5.学位论文 代大海 极化雷达成像及目标特征提取研究 2008 本论文紧密结合973国家安全重大基础研究项目“雷达自动目标识别新机理新方法研究”、国家自然科学基金重点项目“雷达极化信息获取与处理 ”以及国防预先研究项目“雷达目标高分辨极化特性研究”等，针对高分辨极化雷达体制，深入开展了极化雷达成像及目标特征提取方法的研究工作 ，主要内容包括全极化测量条件下高分辨成像、目标散射中心特征参数估计及其性能分析、典型有源干扰下的SAR成像方法等。需要特别指出的是，本文 提出的基于相干极化散射模型的高分辨极化矢量信号处理的思想与方法，突破了传统的多极化分通道进行处理的思路，不仅能更加准确地估计目标的特 征参数，而且有效解决了传统方法中的散射中心位置、极化的关联处理等难题，处理效率更高、效果更优。考虑到未来战场越来越复杂的电磁环境，论 文还研究了随机极化压制干扰和有源假目标欺骗干扰两种典型干扰条件下的极化SAR(PolSAR)成像方法。 第一章首先概述了雷达极化学的发展历程 、研究内容和发展趋势，重点介绍了极化雷达成像及目标特征提取方法的研究现状，归纳了高分辨极化信息处理的特点和优势，简要阐述了论文的主要 研究内容。 第二章研究了目标全极化散射中心特征参数估计及其性能分析问题。针对相干极化理想点散射模型，首次推导并得到了模型参数(包括 散射中心位置、散射矩阵元素的幅度、相位、相位差等)估计的极限性能，得出了极限估计精度与带宽、信噪比、极化等因素的解析关系，证明了在散射 中心参数估计方法的极限精度方面，全极化处理优于任意单极化处理；提出了极化多重信号分类方法(P-MUSIC)和极化旋转不变子空间方法(P-ESPRIT)两 种性能优良的全极化散射中心参数估计方法，并分别利用仿真和实测数据进行了验证和阐释。 第三章研究了色散条件下目标全极化散射中心参数 估计与性能分析问题。首先建立了雷达目标的相干极化几何绕射理论(CP-GTD)模型，该模型能够同时描述目标散射中心的频率色散特性和极化特性；提 出了基于CP-GTD模型的目标散射中心特征提取与参数估计方法，从非相干性和相干性两个角度评估了其估计性能，通过仿真和实测数据实验，验证了CP- GTD方法的优越性；推导得到了CP-GTD模型参数估计的极限性能，分析了模型各参数估计性能与带宽、信噪比、极化等因素的约束关系，其结果可用于指 导系统参数设计以及算法性能评价等方面：最后结合弹道导弹攻防的应用背景，提出一种新的弹道中段目标结构和微动特征提取方法。 第四章研 究了极化SAR／ISAR超分辨成像与目标特征提取问题。首先针对极化ISAR体制，建立了雷达目标的二维CP-GTD模型，提出了基于该模型的全极化ISAR超分 辨成像及特征提取方法：从极化复图像域出发，提出了基于理想点散射模型的极化SAR超分辨成像与目标散射中心特征提取方法。利用仿真数据、暗室测 量数据和实测PolSAR复图像数据，验证了这两种方法的有效性，其突出优点是不需要进行散射中心位置及极化的关联，并可以实现相干极化散射矩阵元 素的同时估计。 第五章研究了随机极化有源压制干扰和有源假目标欺骗干扰两种典型干扰下的极化雷达成像方法。在对抗随机极化有源压制干扰 的成像方法中，提出了级联极化变换的概念和方法，研究了时变随机极化干扰的统计特性，提出了基于极化变换滤波的抗干扰方法，突破了“传统极化 滤波对随机极化干扰在功率上得益有限”的结论，利用实测SAR数据得到了满意的抗干扰成像效果。在对抗有源假目标欺骗干扰的成像方法中，提出了在 多普勒域通过相位补偿来实现PolSAR有源假目标干扰鉴别和对消的成像方法，并利用实测SAR和仿真数据得到了有源假目标干扰下的良好成像结果。 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_xtgcydzjs200603016.aspx 下载时间：2009年10月14日