雷达技术综述
Overview of Radar Technology
摘要：
雷达被广泛用于军事预警、导弹制导、民航管制、地形测量、气象、航海等众多领域。本文首先概述了雷达发展历程并总结了雷达技术发展的成因，然后对雷达的基本工作原理和基本雷达方程作了简要的介绍。最后介绍了几种实际雷达并指出了雷达的未来发展方向。
关键词：
雷达技术；工作原理；雷达应用；发展趋势
Abstract:
Radar is widely used in many fields of military early warning, missile guidance, aviation control, topographic surveying, meteorology, navigation and so on. This paper outlines the development process of radar and summarizes the causes of the development of radar technology,then briefly introduces the basic principle of radar and basic radar equation.Finally, introduces several kinds of practical radar and points out the future development direction of radar.
Key words:
radar technology; working principles; radar applications; trend in development 引言
雷达是英文Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写，原意为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。雷达最先是作为一种军事装备服务于人类，主要用来实施国土防空警戒，指挥和引导己方作战飞机以及各种地面防空武器。随着雷达技术的不断改进，如今雷达被广泛用于民航管制、地形测量、气象、航海等众多领域。随着高科技的不断发展，雷达技术将在21世纪得到更广泛的应用。
1 雷达的发展历程
雷达诞生于20世纪30年代，从美、欧等发达国家的雷达装备技术发展来看，雷达的发展历程大致经历了4个阶段：第1个阶段是从20世纪30年代到50年代，为实施国土防空警戒，指挥和引导己方作战飞机以及各种地面防空武器(高炮、高射机枪、探照灯等)，西方大量研制部署米波段雷达和以磁控管为发射机的微波雷达。当时雷达探测目标的种类简单，主要是飞机，此外还有少量的飞艇和气球，雷达的典型技术特征是电子管、非相参，这种雷达被称为第1代。
第2个阶段是从20世纪50年代到80年代，防空作战对雷达提出了由粗略定位到精确引导的要求，直升机、超音速作战飞机等目标种类大量出现，各种远距离支援和随队干扰手段已成为一种基本作战样式，使非相参技术体制逐渐被西方淘汰，转而开始发展稳定性和可靠性较高的全相参微波雷达，发射机大量使用速调管、行波管、前向波管等，其技术特征是半导体、全相参，这种雷达被称为第2代。
第3个阶段是从20世纪80年代到20世纪末，为满足现代空战对雷达高精
度、高分辨力、高抗干扰能力、多目标跟踪能力、高可靠性和维修性的要求，有效应对复杂电磁环境下探测低空巡航导弹、超音速第3代战机、高空无人飞机等的要求，西方开始发展大规模集成电路、全固态、相控阵技术，这就是第3代雷达。
随着隐身目标、低空低速和高空高速巡航导弹以及无人作战飞机等目标的出现、电磁环境的日益恶劣，目前西方国家正在向以多功能、自适应、目标识别为代表的第4代雷达发展。
总的来说，战场上对目标的精确探测和定位的需求推动了雷达的快速发展，特别是二战中雷达的广泛使用推动了雷达技术的快速进步。另一方面，电真空技术、微电子技术、光电子技术、计算机和软件技术的发展，大大促进了雷达的发展。
2 雷达的基本工作原理
雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。雷达的工作原理如图1所示。
图1 雷达的工作原理
雷达的基本工作原理如下：
1)由雷达发射机产生的电磁能，经收发开关后传输给天线，再由天线将此电磁能定向辐射于大气中；
2)电磁能在大气中以光速(约3×108m/s)传播，如果目标恰好位于定向天线的波束，则它将要截取一部分电磁能；
3)目标将被截取的电磁能向各方向散射，其中部分散射的能量朝向雷达接收方向。雷达天线搜集到这部分散射的电磁波后，就经传输线和收发开关馈给接收机；
4)接收机将这微弱信号放大并经信号处理后即可获取所需信息，并将结果送至终端显示；
2.1 目标斜距的测量
雷达工作时，发射机经天线向空间发射一串重复周期一定的高频脉冲。如果在电磁波传播的途径上有目标存在，那么雷达就可以接收到由目标反射回来的回波。由于回波信号往返于雷达与目标之间，它将滞后于发射脉冲一个时间t r ，如图2所示。我们知道电磁波的能量是以光速传播的，设目标的距离为R ，则传播的距离等于光速乘上时间间隔，即
2r ct R 式中R 为目标到雷达站的单程距离，单位为m ；t r 为电磁波往返于目标与雷达之间的时间间隔，单位为s ；c 为光速，c=3×108m/s 。
由于电磁波传播的速度很快，雷达技术常用的时间单位为μs ，回波脉冲滞后于发射脉冲为一个微秒时，所对应的目标斜距离R 为
km m t c R r 15.01502===
能测量目标距离是雷达的一个突出优点，测距的精度和分辨力与发射信号带宽(或处理后的脉冲宽度)有关。脉冲越窄，性能越好。
发射脉冲
回波
图2 雷达测距
2.2 目标角位置的测量
目标角位置指方位角或仰角，在雷达技术中测量这两个角位置基本上都是利用天线的方向性来实现的。雷达天线将电磁能量汇集在窄波束，当天线波束轴对准目标时，回波信号最强，如图3实线所示。当目标偏离天线波束轴时回波信号减弱，如图上虚线所示。根据接收回波最强时的天线波束指向，就可确定目标的方向，这就是角坐标测量的基本原理。天线波束指向实际上也是辐射波前的方向。
O
图3 角坐标测量
2.3 相对速度的测量
有些雷达除确定目标的位置外，还需测定运动目标的相对速度，例如测量飞机或导弹飞行时的速度。当目标与雷达站之间存在相对速度时，接收到回波信号的载频相对于发射信号的载频产生一个频移，这个频移在物理学上称为多卜勒频移，它的数值为
λr
d v
f
2 =
式中，f d为多谱勒频移，单位为Hz，v r为雷达与目标之间的径向速度，单位为m/s，λ为载波波长，单位为m。
当目标向着雷达站运动时，v r＞0，回波载频提高；反之v r＜0，回波载频降低。雷达只要能够测量出回波信号的多谱勒频移f d，就可以确定目标与雷达站之间的相对速度。径向速度也可以用距离的变化率来求得，此时精度不高但不会产生模糊。无论是用距离变化率或用多卜勒频移来测量速度，都需要时间。观测时间愈长，则速度测量精度愈高。
2.4 目标尺寸和形状
如果雷达测量具有足够高的分辨力，就可以提供目标尺寸的测量。由于许多目标的尺寸在数十米量级，因而分辨能力应为数米或更小。目前雷达的分辨力在距离维已能达到，但在通常作用距离下切向距离(RQ)维的分辨力还远达不到，增加天线的实际孔径来解决此问题是不现实的。然而当雷达和目标的各个部分有相对运动时，就可以利用多铺勒频率域的分辨力来获得切向距离维的分辨力。例如，装于飞机和宇宙飞船上的SAR(综合孔径)雷达，与目标的相对运动是由雷达的运动产生的。高分辨力雷达可以获得目标在距离和切向距离方向的轮廓(雷达
成像)。
此外，比较目标对不同极化波(例如正交极化等
)的散射场，就可以提供目标形状不对称性的量度。复杂目标的回波振幅随着时间会变化，例如，螺旋桨的转动和喷气发动机的转动将使回波振幅的调制各具特点，可经过谱分析检测到。这些信息为目标识别提供了相应的基础。 3 基本雷达方程
设雷达发射机功率为P t ，当用各向均匀辐射的天线发射时，距雷达R 远处任一点的功率密度等于功率被假想的球面积4πR 2所除，即
实际雷达总是使用定向天线将发射机功率集中辐射于某些方向上。天线增益G 用来表示相对于各向同性天线, 实际天线在辐射方向上功率增加的倍数。因此当发射天线增益为G 时，距雷达R 处目标所照射到的功率密度为
目标截获了一部分照射功率并将它们重新辐射于不同的方向。用雷达截面积σ来表示被目标截获入射功率后再次辐射回雷达处功率的大小，或用下式表示在雷达处的回波信号功率密度：
2'14R P S t π=
2
14R G P S t π=
2
221
2444R R G P R S S t πσππσ?==
σ的大小随具体目标而异, 它可以表示目标被雷达“看见”的尺寸。雷达接收天线只收集了回波功率的一部分，设天线的有效接收面积为A e ，则雷达收到的回波功率P r 为
当接收到的回波功率P r 等于最小可检测信号S min 时，雷达达到其最大作用距离R max ，超过这个距离后，就不能有效地检测到目标。
4 雷达的应用举例
4.1 脉冲多普勒雷达 雷达要探测的目标通常是运动着的物体，如空中飞行的导弹、飞机，海上的舰船以及地面车辆等，因此，雷达测速是其基本的重要的功能。雷达测速的原理就是利用了电磁波的多普勒效应。多普勒效应是指当发射源和接收者之间有相对径向运动时，接收信号频率将发生变化。
为了方便对多普勒频率测量，雷达一般应采用连续波的信号形式，但连续波信号，又难以测定目标的距离，因此，现代雷达多采用脉冲多普勒雷达，即采用4
22)4(R GA P S A P e t e r πσ==4
/1min 21max )π4(??????=S GA P R e σ
雷达的目标识别技术 摘要： 对雷达自动目标识别技术和雷达目标识别过程进行了简要回顾，研究了相控阵雷达系统中多目标跟踪识别的重复检测问题提出了角度相关区算法，分析了实现中的若干问题，通过在相控阵雷达地址系统中进行的地址实验和结果分析表明:采用角度相关区算法对重复检测的回波数据进行处理时将使识别的目标信息更精确从而能更早地形成稳定的航迹达到对目标的准确识别。 一．引言 随着科学技术的发展，雷达目标识别技术越来越引起人们的广泛关注，在国防及未来战争中扮演着重要角色。地面雷达目标识别技术目前主要有-Se方式，分别是一维距离成象技术、极化成象技术和目标振动声音频谱识别技术。 1．一维距离成象技术 一维距离成象技术是将合成孔径雷达中的距离成象技术应用于地面雷达。信号带宽与时间分辨率成反比。例如一尖脉冲信号经过一窄带滤波器后宽度变宽、时间模糊变大。其基本原理如图1所示。 2．极化成象技术 电磁波是由电场和磁场组成的。若电场方向是固定的，例如为水
平方向或垂直方向，则叫做线性极化电磁波。线性极化电磁波的反射与目标的形状密切相关。当目标长尺寸的方向与电场的方向一致时，反射系数增大，反之减小。根据这一特征，向目标发射不同极化方向的线性极化电磁波，分别接收它们反射(散射)的回波。通过计算目标散射矩阵便可以识别目标的形状。该方法对复杂形状的目标识别很困难。 3．目标振动声音频谱识别技术 根据多普勒原理，目标的振动、旋转翼旋转将引起发射电磁波的频率移动。通过解调反射电磁波的频率调制，复现目标振动频谱。根据目标振动频谱进行目标识别。 传统上我国地面雷达主要通过两个方面进行目标识别：回波宽度和波色图。点状目标的回波宽度等于入射波宽度。一定尺寸的目标将展宽回波宽度，其回波宽度变化量正比于目标尺寸。通过目标回波宽度的变化可估计目标的大小。目标往往有不同的强反射点，如飞机的机尾、机头、机翼以及机群内各飞机等，往往会在回波上形成不同形状的子峰，如图2所示。 这类波型图叫作波色图。根据波色图内子峰的形状，可获得一些目标信息。熟练的操作员根据回波宽度变化和波色图内子峰形状，进行目标识别。
非均匀空时自适应处理 摘要 本文首先依次介绍了在非均匀环境下的STAP处理法，包括降维、降秩以及LSMI方法，接着重点分析了直接数据域（DDD）方法的原理及实现过程，最后针对直接数据域方法进行了仿真实验。 引言 机载雷达对运动目标检测时, 面临的主要问题是如何抑制强大的地面杂波和各种类型的干扰，空时自适应处理（STAP）是解决该问题的关键技术。STAP 技术通过对杂波或干扰训练样本分布特性的实时学习来来形成空域—时域二维自适应权值，实现对机载雷达杂波和干扰的有效抑制。 STAP技术在形成自适应权值时，需要计算杂波协方差矩阵R。实际系统的协方差矩阵是估计得到的，即先在待检测距离单元的临近单元测得K个二维数 据矢量样本V i（i=1，2…K），再计算R的估计值?=Σ i=1K V i V i H∕K，然后可得自 适应权值W=μR^-1S，其中μ为常数，S为空时导向矢量。临近训练样本的选择必须满足独立同分布（IID）条件。同时，为了使由杂波协方差矩阵估计引起的性能损失控制在3dB内，要求均匀训练样本数K至少要2倍于其系统自由度（DOF）。如果所选样本非均匀，则形成的权值无法有效对消待检测单元中所含有的杂波和干扰，从而大大降低对运动目标的检测性能。 在实际应用中, 机载雷达面临的杂波环境往往是非均匀的, 这对经典的S T A P 技术带来了极大的挑战。针对这一难题, 许多新的适用于非均匀杂波环境的S T A P 方法不断被提出。 1、解决非均匀样本的方法 1.1、降维方法 降维方法的最初目的是为了减少空时自适应处理时所需的巨大运算量, 但后来发现该类方法同时大大减少了对均匀训练样本数的需求, 对非均匀情况下杂波抑制起到了积极的作用。降维方法将每次自适应处理所需要抑制的杂波范围限制在某一个较小杂波子空间内, 根据RMB准则和Brennan定理, 自适应处理时所需要的均匀训练样本数由2 倍于整体系统自由度减至降维后2 倍于子空间系统自由度。降维程度越高, 对均匀训练样本的需求就越少。降维方法属固定结构方法, 无法充分利用杂波的统计特性。当辅助波束与杂波谱匹配很好时, 处理性能往往很好。反之, 则性能下降。 1.2、降秩方法 与固定结构降维方法相反, 降秩方法充分利用回波中杂波的分布特性, 每次处理选取完备杂波空间来形成自适应权值对消杂波分量, 可看作依赖回波数据的自适应降维方法。该类方法在形成权值过程中利用的信息中不含噪声分量, 所以避免了小样本情况下噪声发散带来的性能下降问题, 故减少了对均匀训练样本数的需求。同样, 该类方法在满足信杂噪比损失不超过 3 d B 条件时所需的训练样本数约为 2 倍的杂波子空间的维数。从处理器结构上来看, 降秩方法可
雷达技术综述 Overview of Radar Technology 摘要： 雷达被广泛用于军事预警、导弹制导、民航管制、地形测量、气象、航海等众多领域。本文首先概述了雷达发展历程并总结了雷达技术发展的成因，然后对雷达的基本工作原理和基本雷达方程作了简要的介绍。最后介绍了几种实际雷达并指出了雷达的未来发展方向。 关键词： 雷达技术；工作原理；雷达应用；发展趋势 Abstract: Radar is widely used in many fields of military early warning, missile guidance, aviation control, topographic surveying, meteorology, navigation and so on.This paper outlines the development process of radar and summarizes the causes of the development of radar technology,then briefly introduces the basic principle of radar and basic radar equation.Finally, introduces several kinds of practical radar and points out the future development direction of radar. Key words: radar technology; working principles; radar applications; trend in development 引言 雷达是英文Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写，原意为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。雷达最先是作为一种军事装备服务于人类，主要用来实施国土防空警戒，指挥和引导己方作战飞机以及各种地面防空武器。随着雷达技术的不断改进，如今雷达被广泛用于民航管制、地形测量、气象、航海等众多领域。随着高科技的不断发展，雷达技术将在21世纪得到更广泛的应用。 1 雷达的发展历程 雷达诞生于20世纪30年代，从美、欧等发达国家的雷达装备技术发展来看，雷达的发展历程大致经历了4个阶段：第1个阶段是从20世纪30年代到50年代，为实施国土防空警戒，指挥和引导己方作战飞机以及各种地面防空武器(高炮、高射机枪、探照灯等)，西方大量研制部署米波段雷达和以磁控管为发射机的微波雷达。当时雷达探测目标的种类简单，主要是飞机，此外还有少量的飞艇和气球，雷达的典型技术特征是电子管、非相参，这种雷达被称为第1代。 第2个阶段是从20世纪50年代到80年代，防空作战对雷达提出了由粗略
智能雷达光电探测监视系统单点基本方案
一、 系统概述
根据监控需求： 岸基对海 3~10 公里范围内主要大小批量目标； 主动雷达光电探测和识别； 多目标闯入和离去自动报警智能职守； 系统接入指挥中心进行远程监控管理； 目标海图显示管理； 系统能够自动发现可疑目标、跟踪锁定侵入目标、根据设定条件进行驱散、 同时自动生成事件报告记录，可以实现事故发生后的事件追溯，协助事故调查。 1. 项目建设主要目的 ? 为监控区域安全提供综合性的早期预警信息； ? 通过综合化监测提高处置和应对紧急突发事件的指挥能力。 2. 基本需求分析： 需配置全自动、全量程具备远距离小目标智能雷达探测监视和光电识别系 统，系统具备多目标自动持续稳定跟踪、多种智能报警功能、支持雷达视频实 时存储、支持留查取证的雷达视频联动回放功能等；同时后期系统需具备根据 用户需求的功能完善二次开发能力。同时支持后续相关功能、扩点组网应用需 求。 根据需求和建设主要目的，选型国际同类技术先进水平，拥有相关技术自 主知识产权，具备二次技术深化开发的北京海兰信数据科技股份有限公司 （2001 年成立，2010 年国内创业板上市，股票代码：300065，致力于航海智 能化与海洋防务/信息化的国内唯一上市企业）的智能监视雷达光电系统。该系 统在国内外有众多海事相关成熟应用案例，熟悉国内海事、海监、海警、渔政
公务执法及救捞业务需求特点等。同时，该系统近期成功中标国内近年来相关 领域多套（20 套）雷达光电组网项目，充分说明该系统的技术领先及成熟应 用的市场广泛接受度。
3. 项目建成后的主要特点 ? 全天候、全覆盖、全自动的立体化监控。该系统具备对多传感器信息 融合的能力，确保对探测范围内雷达信息源、光电、AIS、GPS 等设备信号源 进行有机的融合和整合。 ? 系统具备了预警、报警、实时录取回放的综合功能。任何目标物进入 雷达视距时，系统即开始进行监测。目标物触碰警报规则后，指挥室获得报警 信号，同时联动设备综合光电锁定警报目标，以便驱离。整个过程系统实时记 录、方便随时调用回放。 ? 系统技术水平国内领先。该系统中创新地采用了国际先进的“先跟踪 后探测”算法技术对目标进行探测和跟踪，保证了在严苛条件下满足对目标地 探测与持续跟踪能力。 ? 该系统采用先进的设计思想，开放灵活的系统网络架构，能够根据需 求进行不同的组合和配置，系统可扩展性强。 ? 维护便捷，由于采用网络架构，获得用户授权后能连接到用户网络， 可以远程支援维修维护系统，从而提高维护效率，减少维护成本。 ? 可靠性高，充分适应不同的海洋环境。
二、 系统设备清单
序号 1
2
材料名称
规格型号
X 波段雷达，IP65（含安装支架） HLD800/900；8ft，25kw
小目标雷达数据处理器及显示 HLD-STTD-1000
终端软件
Radpro V1.6.0.0
数量 1套
1套
目标识别技术 摘要： 针对雷达自动目标识别技术进行了简要回顾。讨论了目前理论研究和应用比较成功的几类目标识别方法：基于目标运动的回波起伏和调制谱特性的目标识别方法、基于极点分布的目标识别方法、基于高分辨雷达成像的目标识别方法和基于极化特征的目标识别方法，同时讨论了应用于雷达目标识别中的几种模式识别技术：统计模式识别方法、模糊模式识别方法、基于模型和基于知识的模式识别方法以及神经网络模式识别方法。最后分析了问题的可能解决思路。 引言： 雷达目标识别技术回顾及发展现状 雷达目标识别的研究始于"20世纪50年代，早期雷达目标特征信号的研究工作主要是研究达目标的有效散射截面积。但是，对形状不同、性质各异的各类目标，笼统用一个有效散射面积来描述，就显得过于粗糙，也难以实现有效识别。几十年来，随着电磁散射理论的不断发展以及雷达技术的不断提高，在先进的现代信号处理技术条件下，许多可资识别的雷达目标特征信号相继被发现，从而建立起了相应的目标识别理论和技术。 随着科学技术的飞速发展，一场以信息技术为基础、以获取信息优势为核心、以高技术武器为先导的军事领域的变革正在世界范围内兴起，夺取信息优势已成为夺取战争主动权的关键。电子信息装备作为夺取信息优势的物质基础，是推进武器装备信息化进程的重要动力，其总体水平和规模将在很大程度上反映一个国家的军事实力和作战能力。 雷达作为重要的电子信息装备，自诞生起就在战争中发挥了极其重要的作用。但随着进攻武器装备的发展，只具有探测和跟踪功能的雷达也已经不能满足信息化战争的需要，迫切要求雷达不仅要具有探测和跟踪功能，而且还要具有目标识别功能，雷达目标分类与识别已成为现代雷达的重要发展方向，也是未来雷达的基本功能之一。目标识别技术是指：利用雷达和计算机对遥远目标进行辨认的技术。目标识别的基本原理是利用雷达回波中的幅度、相位、频谱和极化等目标特征信息，通过数学上的各种多维空间变换来估算目标的大小、形状、重量和表面层的物理特性参数，最后根据大量训练样本所确定的鉴别函数，在分类器中进行识别判决。目标识别还可利用再入大气层后的大团过滤技术。当目标群进入大气层时，在大气阻力的作用下，目标群中的真假目标由于轻重和阻力的不同而分开，轻目标、外形不规则的目标开始减速，落在真弹头的后面，从而可以区别目标。 所谓雷达目标识别，是指利用雷达获得的目标信息，通过综合处理，得到目标的详细信息（包括物理尺寸、散射特征等），最终进行分类和描述。随着科学技术的发展，武器性能的提高，对雷达目标识别提出了越来越高的要求。 目前，目标识别作为雷达新的功能之一，已在诸如海情监控系统、弹道导弹防御系统、防空系统及地球物理、射电天文、气象预报、埋地物探测等技术领域发挥出很大威力。为了提高
2006年10月第34卷 第5期 现代防御技术 MODERN DEFENCE TECHNOLOGY O ct.2006 V o.l34 N o.5雷达空间目标识别技术综述* 马君国,付 强,肖怀铁,朱 江 (国防科技大学ATR实验室,湖南 长沙 410073) 摘 要:随着人类航天活动的增加,对于卫星和碎片等空间目标进行监视变得非常重要。为了实现空间监视任务,对空间目标进行识别是非常必要的。对空间目标的轨道特性与动力学特性进行了介绍,对雷达空间目标识别技术的研究现状和发展趋势进行了详细的综述。 关键词:空间目标识别;低分辨雷达;高分辨雷达成像 中图分类号:TN957 52 文献标识码:A 文章编号:1009 086X(2006) 05 0090 05 Survey of radar space target recognition technology MA Jun guo,F U Q iang,X I AO Huai tie,Z HU Jiang (ATR L ab.,N ationa lU n i versity o f De fense T echno l ogy,Hunan Changsha410073,Ch i na) Abst ract:W ith t h e deve l o pm ent of spacefli g ht acti v ity of hum an,surveillance of space tar get such as sate llite and debris beco m es very i m portan.t In or der to i m p le m ent surveillance task,space target recogni ti o n is ver y necessary.Orb it property and dyna m ics property of space targe t are i n troduced,a deta iled sur vey is set forth about current research state and developi n g trend of radar space target recogn iti o n techno l ogy. K ey w ords:space tar get recogniti o n;lo w reso lution radar;h i g h reso lution radar i m aging 1 引 言 自从前苏联发射了第1颗人造地球卫星以来,卫星在预警、通信、侦察、导航定位、监视和气象等方面具有不可替代的优势。随着人类航天活动的增加,空间碎片日益增多,对于卫星等航天器的安全造成极大的威胁,因此对于卫星和碎片等空间目标进行监视变得非常重要。其中空间目标识别是空间监视任务中不可或缺的基本条件,空间目标识别主要是利用雷达等传感器获取空间目标的回波信号,从中提取目标的位置、速度、结构等特征信息,进而实现对空间目标的类型或属性进行识别。 2 空间目标的轨道特性与动力学特性 (1)轨道特性[1,2] 空间目标在轨道上的运动是无动力惯性飞行,本质上空间目标与自然天体的运动是一致的,故研究空间目标的运动可以用天体力学的方法。空间目标在运动时受到地球引力、月球引力、太阳及其他星体引力、大气阻力和太阳光辐射压力等的作用,轨道存在摄动。但是对轨道的实际分析表明,空间目标受到的主要力是地球引力。假设空间目标只是受到地球引力的作用,同时假设地球是一个质量均匀分布的球体,则空间目标与地球构成二体运动系统,开 *收稿日期:2005-12-15;修回日期:2006-01-23 作者简介:马君国(1970-),男,吉林长春人,博士生,主要从事目标识别与信号处理研究。 通信地址:410073 湖南长沙国防科技大学ATR实验室 电话:(0731)4576401
目标识别技术 2009-11-27 20:56:41| 分类：我的学习笔记| 标签：|字号大中小订阅 摘要： 针对雷达自动目标识别技术进行了简要回顾。讨论了目前理论研究和应用比较成功的几类目标识别方法：基于目标运动的回波起伏和调制谱特性的目标识别方法、基于极点分布的目标识别方法、基于高分辨雷达成像的目标识别方法和基于极化特征的目标识别方法，同时讨论了应用于雷达目标识别中的几种模式识别技术：统计模式识别方法、模糊模式识别方法、基于模型和基于知识的模式识别方法以及神经网络 模式识别方法。最后分析了问题的可能解决思路。 引言： 雷达目标识别技术回顾及发展现状 雷达目标识别的研究始于"20世纪50年代，早期雷达目标特征信号的研究工作主要是研究达目标的有效散射截面积。但是，对形状不同、性质各异的各类目标，笼统用一个有效散射面积来描述，就显得过于粗糙，也难以实现有效识别。几十年来，随着电磁散射理论的不断发展以及雷达技术的不断提高，在先进的现代信号处理技术条件下，许多可资识别的雷达目标特征信号相继被发现，从而建立起了相应的目标 识别理论和技术。 随着科学技术的飞速发展，一场以信息技术为基础、以获取信息优势为核心、以高技术武器为先导的军事领域的变革正在世界范围内兴起，夺取信息优势已成为夺取战争主动权的关键。电子信息装备作为夺取信息优势的物质基础，是推进武器装备信息化进程的重要动力，其总体水平和规模将在很大程度上反 映一个国家的军事实力和作战能力。 雷达作为重要的电子信息装备，自诞生起就在战争中发挥了极其重要的作用。但随着进攻武器装备的发展，只具有探测和跟踪功能的雷达也已经不能满足信息化战争的需要，迫切要求雷达不仅要具有探测和跟踪功能，而且还要具有目标识别功能，雷达目标分类与识别已成为现代雷达的重要发展方向，也是未来雷达的基本功能之一。目标识别技术是指：利用雷达和计算机对遥远目标进行辨认的技术。目标识别的基本原理是利用雷达回波中的幅度、相位、频谱和极化等目标特征信息，通过数学上的各种多维空间变换来估算目标的大小、形状、重量和表面层的物理特性参数，最后根据大量训练样本所确定的鉴别函数，在分类器中进行识别判决。目标识别还可利用再入大气层后的大团过滤技术。当目标群进入大气层时，在大气阻力的作用下，目标群中的真假目标由于轻重和阻力的不同而分开，轻目标、外形不规则的目标开始减 速，落在真弹头的后面，从而可以区别目标。 所谓雷达目标识别，是指利用雷达获得的目标信息，通过综合处理，得到目标的详细信息（包括物理尺寸、散射特征等），最终进行分类和描述。随着科学技术的发展，武器性能的提高，对雷达目标识别 提出了越来越高的要求。 目前，目标识别作为雷达新的功能之一，已在诸如海情监控系统、弹道导弹防御系统、防空系统及地球物理、射电天文、气象预报、埋地物探测等技术领域发挥出很大威力。为了提高我国的军事实力，适应未来反导弹、反卫、空间攻防、国土防空与对海军事斗争的需要，急需加大雷达目标识别技术研究的力度雷达目标识别策略主要基于中段、再入段过程中弹道导弹目标群的不同特性。从结构特性看，飞行中段
基于测速雷达的多目标检测算法 （合肥工业大学计算机与信息学院，安徽合肥20009） 摘要：近些年了来随着科技的进步、人们生活水平的提高，为满足生产和生活的需求各种交通工具应用而生。车型和车速的不断提高给道路交通管制带来了许多的不便和麻烦，因此基于交通测速雷达的多目标分辨领域的研究至关重要，能更好的对道路交通进行管理，在跟踪目标，对超速车辆的查找以及统计各类型车辆数量、缓解交通压力等方面有很大的用途。 本文在多普勒雷达的基础上研究发展而来的基于测速雷达的多目标分辨算法。首先介绍了雷达测速的研究背景及意义，多普勒雷达的测速原理，目前的发展状况以及传统雷达的不足之处。接着介绍了多目标分辨的理论依据，也就是本论文主要讲解的超速雷达的多目标分辨。 关键词:多普勒雷达、多目标分辨、频谱分析、幅度比较 一、研究背景 21世纪以来，人类生产力大解放。科技的蓬勃发展，工业革命的不断推进，无论是生产还是生活人类发生了翻天覆地的变化。其中最明显的便是交通运输工具的变化。随着道路基础设施建设水平的提高，人们生活质量的提高促使家庭小汽车的不断增加，同时为满足生产力发展的需求，各种交通工具应用而生。公路交通运输业是推动国民经济发展，促进经济社会繁荣的主动力。为实现对道路交通的有效管制以及行车速度测量及对超速车辆的实时监测控制对道路上的多目标进行分辨至关重要。 从雷达早期出现用于对空中金属物体的探测，到二战以来出现的雷达对空对地的火力控制等，雷达主要应用于军事领域。随着科技的进步，雷达技术的不断发展，雷达不再是一种单纯的军事雷达，其应用领域不断增加，功能不断增强出现了各种各样的雷达，比如气象雷达，道路交通测速雷达等。雷达测速是利用多普勒效应，通过多普勒频移计算目标的速度。雷达测速因其准确性高，速度快，稳定性好，探测距离远，可移动测速，能更好的抑制地无干扰等优点，得到广泛应用，但是由于雷达波束较宽，在多车并行行驶时，无法分辨出超速车辆，给监测控制带来了困难。国内现有超速测量抓拍系统在多车并行时，由于仅能检测出有车辆超速，无法分辨超速车辆，为避免误判只能放弃抓拍，无形中增加了交通事故隐患，严重影响了现代交通的严格法制化管理进程。因此多目标分辨雷达的研究和制造有着非常重要的作用。同时不仅可应用于超速雷达的探测，在对车型检测，缓解交通压力等方面都发挥很大的作用。 二、交通测速雷达发展状况 目前，美国联邦电讯委员会规定警用测速频道为Xband，Kband，Kaband三种，它们对应的微波频率分别为10.525GHZ，24.150GHZ,33.40-36.00GZH。Xband雷达形状为圆型，无法在车阵中锁定超速车辆只能在车阵中检测第一辆车的速度。K band测速雷达为手持式的雷达，国内警方绝大多数使用这种雷达。Ka band雷达与K band雷达相似，由于其微波频率更高，测速范围更加集中，所以不容易被干扰，目前国内基本局限于一般性测量且测量结果较粗糙，在先进技术方面还有很大差距，因此对多目标分辨的研究至关重要，对提高国内雷达水平，方便道路超速车辆管理有重要的作用。 三、多普勒雷达的作用原理 多普勒雷达，又名脉冲多普勒雷达，是一种利用多普勒效应来探测运动目标的位置和相对运动速度的雷达。1842年,奥地利物理学家J·C·多普勒发现,当波源和观测者有相对运动时,观测者接受到的波的频率和波源发来的频率不同,这种现象被称为多普勒效应。波是由频率和振幅所构成，而无线电波是随着物体而移动的，当无线电波在行进的过程中，碰到物体
雷达目标识别技术述评 孙文峰 （空军雷达学院重点实验室，湖北武汉430010） 摘要：首先对雷达目标识别研究领域已经取得的成果和存在的问题进行简单的回顾，然后结合对空警戒雷达，阐明低分辨雷达目标识别研究的具体思路。 关键词：雷达目标识别；低分辨雷达 Review on Radar Target Recognition SUN Wen-feng （Key laboratory, Wuhan Radar Academy, Wuhan 430010, China）Abstract: The acquired productions and existent problems of radar target recognition are reviewed simply, then the specific considerations of target recognition with low resolution radar are illustrated connect integrating with air defense warning radar in active service. Key words: radar target recognition; low resolution radar 1．引言 雷达目标识别（RTR—Radar Target Recognition）是指利用雷达对单个目标或目标群进行探测，对所获取的信息进行分析，从而确定目标的种类、型号等属性的技术。1958年，D.K.Barton（美国）通过精密跟踪雷达回波信号分析出前苏联人造卫星的外形和简单结构，如果将它作为RTR研究的起点，RTR至今已走过了四十多年的历程。目前，经过国内外同行的不懈努力，应该说RTR已经在目标特征信号的分析和测量、雷达目标成像与特征抽取、特征空间变换、目标模式分类、目标识别算法的实现技术等众多领域都取得了不同程度的突破，这些成果的取得使人们有理由相信RTR是未来新体制雷达的一项必备功能。目前，RTR技术已成功应用于星载或机载合成孔径雷达（SAR—Synthetic Aperture Radar）地面侦察、毫米波雷达精确制导等方面。但是，RTR还远未形成完整的理论体系，现有的R TR 系统在功能上都存在一定的局限性，其主要原因是由于目标类型和雷达体制的多样化以及所处环境的极端复杂性。本文首先对RTR研究领域已经取得的成果和存在的问题进行简单的回顾，最后结合对空警戒雷达，阐明了低分辨雷达目标识别研究的具体思路。 2．雷达目标识别技术的回顾与展望 雷达目标识别研究的主体有三个，即雷达、目标及其所处的电磁环境。其中任何一个主体发生改变都会影响RTR系统的性能，甚至可能使系统完全失效，即RTR研究实际上是要找到一种无穷维空间与有限类目标属性之间的映射。一个成功的RTR系统必定是考虑到了目标、雷达及其所处电磁环境的主要可变因素。就目标而言主要有目标的物理结构、目标相对于雷达的姿态及运动参数、目标内部的运动（如螺旋桨等）、目标的编队形式、战术使用特点等等；就雷达而言主要有工作频率、带宽、脉冲重复频率（PRF）、天线方向图、天线的扫描周期等等；环境因素主要有各种噪声（如内部噪声和环境噪声）、杂波（如地杂波、海杂波和气象杂波）和人为干扰等。在研制RTR系统时必须综合考虑这些因素，抽取与目标属性有关的特征，努力消除与目标属性无关的各种不确定因素的影响。
雷达目标识别发展趋势 雷达具备目标识别功能是智能化的表现，不妨参照人的认知过程，预测雷达目标识别技术的发展趋势： (1)综合目标识别 用于目标识别的雷达必将具备测量多种目标特征的手段，综合多种特征进行目标识别。我们人类认知某一事物时，可以通过观察、触摸、听、闻、尝，甚至做实验的方法认知，手段可谓丰富，确保了认知的正确性。 目标特征测量的每种手段会越来越精确，就如同弱视的人看东西，肯定没有正常人看得清楚，也就不能认知目标。 识别结果反馈给目标特征测量，使目标特征测量成为具有先验信息的测量，特征测量精度会有所提高，识别的准确程度也会相应提高。 雷达具备同时识别目标和背景的功能。人类在观察事物的时候，不仅看到了事物的本身，也看到了事物所处的环境。现有的雷达大多通过杂波抑制、干扰抑制等方法剔除了干扰和杂波，未来的雷达系统需要具备识别目标所处背景的能力，这些背景信息在战时也是有用的信息。 雷达具备自适应多层次综合目标识别能力。用于目标识别的雷达虽然需要具备测量多种目标特征的手段，但识别目标时不一定需要综合所有的特征，这一方面是因为雷达系统资源不允许，另一方面也是因为没有必要精确识别所有的目标。比如司机在开车时，视野中有很多目标，首先要评价哪几个目标有威胁，再粗分类一下，是行人还是汽车，最后再重点关注一下靠得太近、速度太快的是行人中的小孩子还是汽车中的大卡车。 (2)自学习功能 雷达在设计、实现、装备的过程中，即具备了设计师的基因，但除了优秀的基因之外，雷达还需要具有学习功能，才能在实战应用中逐渐成熟。 首先，要具有正确的学习方法，这是设计师赋予的。对于实际环境，雷达目标识别系统应该知道如何更新目标特征库、如何调整目标识别算法、如何发挥更好的识别性能。 其次，要人工辅助雷达目标识别系统进行学习，这就如同老师和学生的关系。在目标识别系统学习时，雷达观测已知类型的合作目标，雷达操作员为目标识别系统指出目标的类型，目标识别系统进行学习。同时还可以人为的创造复杂的电磁环境，使目标识别系统能更好地适应环境。 (3)多传感器融合识别 多传感器的融合识别必定会提高识别性能，这是毋容置疑的。这就好比大家坐下来一起讨论问题，总能讨论出一个好的结果，至少比一个人说的话更可信。但又不能是通过投票的方式，专家的话肯定比门外汉更有说服力。多传感器融合识别需要具备双向作用的能力。 并不是给出融合识别的结果就结束了，而是要利用融合识别的结果反过来提高各个传感器的识别性能，这才是融合识别的根本目的所在。反向作用在一定程度上降低了人工辅助来训练目标识别系统的必要性，也减少了分别进行目标识别试验的总成本。
雷达信号处理及目标识别分系统方案 西安电子科技大学 雷达信号处理国家重点实验室 二○一○年八月
一 信号处理及目标识别分系统任务和组成 根据雷达系统总体要求，信号处理系统由测高通道目标识别通道组成。它应该在雷达操控台遥控指令和定时信号的操控下完成对接收机送来的中频信号的信号采集，目标检测和识别功能，并输出按距离门重排后的信号检测及识别结果到雷达数据处理系统，系统组成见图1-1。 220v 定时信号 目标指示数据 目标检测结果输出目标识别结果输出 图1-1 信号处理组成框图 二 测高通道信号处理 测高信号处理功能框图见图2-1。 s 图2-1 测高通道信号处理功能框图
接收机通道送来中频回波信号先经A/D 变换器转换成数字信号，再通过正交变换电路使其成为I 和Q 双通道信号，此信号经过脉冲压缩处理，根据不同的工作模式及杂波区所在的距离单元位置进行杂波抑制和反盲速处理，最后经过MTD 和CFAR 处理输出检测结果。 三 识别通道信号处理 识别通道信号处理首先根据雷达目标的运动特征进行初分类，然后再根据目标的回波特性做进一步识别处理。目标识别通道处理功能框图见图3-1所示。 图3-1 识别通道处理功能框图 四 数字正交变换 数字正交变换将模拟中频信号转换为互为正交的I 和Q 两路基带信号，A/D 变换器直接对中频模拟信号采样，通过数字的方法进行移频、滤波和抽取处理获得基带复信号，和模拟的正交变换方法相比，消除了两路A/D 不一致和移频、滤波等模拟电路引起的幅度相对误差和相位正交误差，减少了由于模拟滤波器精度低，稳定性差，两路难以完全一致所引起的镜频分量。 目标识别结果输出
智能雷达光电探测监视系统单点基本方案 一、系统概述 根据监控需求： 岸基对海3~10公里围主要大小批量目标； 主动雷达光电探测和识别； 多目标闯入和离去自动报警智能职守； 系统接入指挥中心进行远程监控管理； 目标海图显示管理； 系统能够自动发现可疑目标、跟踪锁定侵入目标、根据设定条件进行驱散、同时自动生成事件报告记录，可以实现事故发生后的事件追溯，协助事故调查。 1. 项目建设主要目的 ?为监控区域安全提供综合性的早期预警信息； ?通过综合化监测提高处置和应对紧急突发事件的指挥能力。 2. 基本需求分析： 需配置全自动、全量程具备远距离小目标智能雷达探测监视和光电识别系统，系统具备多目标自动持续稳定跟踪、多种智能报警功能、支持雷达视频实时存储、支持留查取证的雷达视频联动回放功能等；同时后期系统需具备根据用户需求的功能完善二次开发能力。同时支持后续相关功能、扩点组网应用需求。 根据需求和建设主要目的，选型国际同类技术先进水平，拥有相关技术自主知识产权，具备二次技术深化开发的海兰信数据科技股份（2001年成立，2010年国创业板上市，股票代码：300065，致力于航海智能化与海洋防务/信息化的国唯一上市企业）的智能监视雷达光电系统。该系统在国外有众多海事相关成熟应用案例，熟悉国海事、海监、海警、渔政公务执法及救捞业务需
求特点等。同时，该系统近期成功中标国近年来相关领域多套（20套）雷达光电组网项目，充分说明该系统的技术领先及成熟应用的市场广泛接受度。 3. 项目建成后的主要特点 ?全天候、全覆盖、全自动的立体化监控。该系统具备对多传感器信息融合的能力，确保对探测围雷达信息源、光电、AIS、GPS等设备信号源进行有机的融合和整合。 ?系统具备了预警、报警、实时录取回放的综合功能。任何目标物进入雷达视距时，系统即开始进行监测。目标物触碰警报规则后，指挥室获得报警信号，同时联动设备综合光电锁定警报目标，以便驱离。整个过程系统实时记录、方便随时调用回放。 ?系统技术水平国领先。该系统中创新地采用了国际先进的“先跟踪后探测”算法技术对目标进行探测和跟踪，保证了在严苛条件下满足对目标地探测与持续跟踪能力。 ?该系统采用先进的设计思想，开放灵活的系统网络架构，能够根据需求进行不同的组合和配置，系统可扩展性强。 ?维护便捷，由于采用网络架构，获得用户授权后能连接到用户网络，可以远程支援维修维护系统，从而提高维护效率，减少维护成本。 ?可靠性高，充分适应不同的海洋环境。 二、系统设备清单