飞机雷达散射特征提取技术研究

飞机雷达散射特征提取技术研究
作者：赵东涛齐玉涛李皓
来源：《价值工程》2015年第16期
摘要：雷达采用宽带信号后，分辨率远小于目标尺寸，就可以对目标进行二维逆合成孔径成像（ISAR），而二维ISAR图像反映了目标在成像平面上的几何投影及散射点的强弱分布，本文从ISAR图像中确定目标轮廓沿距离向和方位向的分布范围，对目标区域尺寸信息进行分析，根据图像中散射点的强弱分布，提取了目标强散射点的分布情况，达到了对目标电磁散射分布特征研究的目的，对于飞机隐身设计具有一定的指导意义。

Abstract： After adopting broadband signal， the distinguishability of radar is far less than the target size. It can carry out 2D inverse synthetic aperture radar for the target， and 2D ISAR reflects the strength distribution of geometric projection and scattering point in the imaging plane of the target. This paper determines the distribution range of range direction and azimuth of the target outline from ISAR image， and analyzes the dimension information of target region. According to the strength distribution of scattering point in the image， it extracts the distribution of strong scattering point of the target， achieves the purpose of studying the distribution characteristics of electromagnetic scattering of the target. It has a certain guiding significance for stealth design of the aircraft.
关键词：雷达散射界面；强散射源；宽带信号
Key words： radar cross section；strong scattering source；broadband signal
中图分类号：V243 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）16-0219-03
0 引言
雷达作为军用和很多民用领域的重要传感器，能够全天候、全天时、远距离对目标进行探测和定位，由于早期的雷达分辨能力比较低，通常其分辨单位远大于目标尺寸，所以雷达测定位置和运动参数时都是把探测目标当成点目标来进行的。

雷达工作者为了得到目标更多的信息，做了很多的相关研究，设法从回波中提取目标特性。

由于用图像来识别目标比点目标回波识别方便和可靠很多，因此要想获取更多的目标信息，提高雷达的分辨能力是一项有效措施，因为如此可以使分辨单位远小于目标尺寸，实现目标成像。

逆合成孔径雷达它利用距离和多普勒分辨技术来得到目标的图像，一方面利用由于目标相对于雷达的姿态角转动所产生的多普勒频率变化梯度得到很高的横向分辨率；另一方面利用宽频带的脉冲信号来得到很高的径向分辨率。

目标雷达电磁散射特性的研究主要表现在目标散射特征的提取技术及分类识别技术，而目标散射特征的选择和提取为基础和关键的环节。

目标散射特征信息提取技术大致可以分为两类：基于一维高分辨距离像（HRRP）的目标散射特征提取和基于二维逆合成孔径雷达
（ISAR）图像的目标散射特征提取。

一维高分辨距离像描述了目标的散射中心在径向的投影，然而它又敏感于目标姿态所带来的变化，难以提取到稳定的特征信息。

而ISAR雷达具有良好的目标横向分辨力，它能提供有关目标纵向长度、散射中心位置、幅度等信息，有利于获取更多的目标信息。

ISAR二维像是目标在成像平面上的投影，根据几何投影关系，沿距离向和方位向的视图能够确定目标轮廓沿距离向和方位向的分布范围，便可以进行目标区域尺寸信息提取。

图像上各点表征飞机上各散射点在成像平面上的强弱分布。

1 逆合成孔径雷达（ISAR）成像原理
脉冲宽度τ决定着脉冲雷达的纵向距离分辨力，两者是反比的关系，脉冲越窄，距离分辨力越好。

如果是比较复杂的脉冲压缩信号，雷达信号的有效带宽B决定着纵向距离分辨力，有效带宽越宽，距离分辨力δr越好。

距离分辨力可表示为式（1）所示。

2 基于实测数据ISAR二维像的飞机目标特征提取
2.1 实测数据分析
测量雷达发射LFM信号，频带宽1GHz，脉冲宽度50us，录取数据时飞机距雷达约12Km 左右，高度为3000m。

飞机在雷达向正前方稍偏右直线向前飞行，机动动作只是向右转了一个小的角度，历时8秒多，成像结果如下图1所示。

2.2 目标长度尺寸提取
飞机ISAR二维像是飞机目标在成像平面上的投影，图像上各点表征飞机上各散射点在成像平面上的强弱分布。

通常ISAR成像凭借自身背景杂波小的特点，ISAR图像能够比较清晰的分为目标区域和背景。

根据几何投影关系，目标轮廓沿距离向和方位向的分布范围能够从ISAR二维像沿距离向和方位向的视图中看出，只需以进行目标区域提取即可。

方位向视图由ISAR二维像各方位单元幅度最大值所构成，距离向视图由ISAR二维像各距离单元幅度最大值所构成，图2给出飞机在距离向、方位向投影视图。

由图3中可以看出，目标对称轴与雷达视线夹角变化范围在60度到120度之间时，飞机沿纵向和横向的投影长度有着很大的变化，此时提取出来的目标在成像平面的投影长度变化范围较小，结果具有很高的可信度。

由此可知，利用ISAR二维像所提取的目标长度特征不受目标姿态的影响，具有很强的稳健性。

所以，基于ISAR二维像的目标长度特征能够比较清楚的对目标进行分类，然后利用相关的专业知识便可进行目标识别。

2.3 目标强散射点的提取
在高频区，可以把复杂目标的总散射场当成是许多个局部散射源场的叠加，散射中心就是指这些局部散射源。

每个散射中心都有不同的散射机理，比如边缘绕射、镜面反射、尖点绕射、爬行波等。

一般来说，飞机类目标的头部强散射源主要是进气道、座舱、雷达舱等，飞行器隐身设计就要对这些强散射源进行衰减或抑制。

2.3.1 模型的建立
3 总结
本文从电磁散射的原理分析了目标的雷达散射特性，结合外场实测数据得到目标二维高分辨ISAR图像，提取了目标几何尺寸以及目标强散射点的分布情况，达到了对目标电磁散射分布特征研究的目的，该方法已在某型机上得到成功的应用。

对于飞机隐身设计具有一定的指导意义。

参考文献：
[1]黄敏，朱德兵，郭政学，王树敏.连续小波变换在探地雷达信号分析中的应用研究[J]. 物探化探计算技术，2012（05）.
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[3]陈行勇，黎湘，郭桂蓉，姜斌.基于旋翼微动雷达特征的空中目标识别[J].系统工程与电子技术，2006（03）.。