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瞬态极化统计特性及处理的研究

作　者: 李永祯
导　师: 庄钊文
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 极化信息处理瞬态极化瞬态极化统计随机极化波统计特性分析极化采样序列雷达目标瞬态极化时频分布瞬态极化检测极化起伏度瞬态Stokes子矢量序列弹道导弹多假目标鉴别 GBR 极化目标识别低阶特征量最近邻识别概率密度函数
分类号: TN957.51
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

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-Ville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

全文目录

图索引  7-9
表索引  9-10
摘要  10-12
Abstract  12-14
第一章绪论  14-29
  1．1 引言  14-15
  1．2 雷达极化信息处理现状和趋势  15-26
    1．2．1 极化基础理论研究现状和趋势  15-19
    1．2．2 雷达极化信号处理研究现状和趋势  19-24
    1．2．3 极化雷达系统及目标特性测量研究现状  24-26
  1．3 本文主要工作与结构安排  26-29
第二章电磁波瞬态极化的统计特性  29-86
  2．1 引言  29-30
  2．2 电磁波的瞬态极化表征  30-41
    2．2．1 电磁波极化的经典描述  30-32
    2．2．2 电磁波的瞬态极化表征  32-39
    2．2．3 时域瞬态Stokes矢量表征的物理内涵  39-41
  2．3 随机极化波幅相的统计特性  41-47
    2．3．1 随机极化波幅度的统计分布  41-44
    2．3．2 随机极化波功率的统计分布  44
    2．3．3 幅度比和相位差的统计分布  44-47
  2．4 瞬态Stokes矢量的统计特性  47-57
    2．4．1 瞬态Stokes矢量各分量的统计分布  48-54
    2．4．2 瞬态Stokes子矢量的统计分布  54-56
    2．4．3 (g_(HV0)，g_(HV1)，g_(HV2))的联合统计分布  56-57
  2．5 瞬态极化投影矢量(IPPV)的统计特性  57-68
    2．5．1 IPPV各分量的概率密度分布  57-61
    2．5．2 IPPV各分量的联合统计分布  61-63
    2．5．3 IPPV的数字特征  63-68
  2．6 非零均值电磁波瞬态极化的统计特性  68-81
    2．6．1 电磁波幅相的统计分布  68-70
    2．6．2 瞬态 Stokes矢量的统计分布  70-75
    2．6．3 IPPV的统计分布  75-81
  2．7 随机极化采样序列的统计特性  81-86
    2．7．1 随机极化采样序列均值的统计分布  82
    2．7．2 极化聚类中心的统计分布  82-86
第三章雷达目标电磁散射瞬态极化的时频分布及统计表征  86-120
  3．1 引言  86-87
  3．2 雷达目标电磁散射的瞬态极化表征  87-100
    3．2．1 雷达目标极化散射的经典表征  87-89
    3．2．2 雷达目标电磁散射的瞬态极化表征  89-100
  3．3 雷达目标瞬态极化时频分布表征  100-107
    3．3．1 雷达目标的瞬态极化 Wigner-Ville分布  100-106
    3．3．2 雷达目标的一般类瞬态极化时频分析  106-107
  3．4 雷达目标瞬态极化散射的统计描述  107-118
    3．4．1 雷达目标瞬态极化散射矩阵的统计描述  107-114
    3．4．2 典型电磁波激励下雷达目标散射波的统计特性  114-118
  3．5 小结  118-120
第四章雷达目标的瞬态极化检测  120-156
  4．1 引言  120-121
  4．2 基于瞬态极化投影序列(IPPS)的信号检测  121-138
    4．2．1 极化雷达接收信号的IPPS表征及其统计分布  121-124
    4．2．2 极化已知情况下信号检测算法的设计及其性能分析  124-130
    4．2．3 极化未知情况下信号检测算法的设计及其性能分析  130-138
  4．3 基于瞬态stokes子矢量序列(ISVS)的信号检测  138-147
    4．3．1 极化雷达接收信号的ISVS表征及其统计分布  138-140
    4．3．2 极化已知情况下信号检测算法的设计及其性能分析  140-144
    4．3．3 极化未知情况下信号检测算法的设计及其性能分析  144-147
  4．4 相参脉冲雷达目标检测的新方法  147-155
    4．4．1 脉冲雷达接收信号的PIPPS表征及其统计分布  147-149
    4．4．2 基于 PIPPS的脉冲雷达目标检测算法的设计  149-152
    4．4．3 雷达目标径向速度的提取  152-153
    4．4．4 检测性能的仿真分析  153-155
  4．5 小结  155-156
第五章真假目标的瞬态极化鉴别与识别  156-200
  5．1 引言  156-157
  5．2 基于窄带全极化测量系统有源真假目标的极化鉴别  157-172
    5．2．1 有源假目标的极化特性  157-162
    5．2．2 窄带雷达目标的极化散射特性  162-165
    5．2．3 真假目标的极化鉴别  165-170
    5．2．4 极化鉴别算法的应用策略  170-172
  5．3 基于窄带分时极化测量系统有源真假目标的瞬态极化鉴别  172-178
    5．3．1 圆极化天线有源假目标的 IPPV特性  172-173
    5．3．2 雷达目标散射波的IPPV特性  173-176
    5．3．3 真假目标的瞬态极化鉴别  176-178
  5．4 基于宽带分时极化测量系统有源真假目标的瞬态极化鉴别  178-188
    5．4．1 有源假目标的宽带高分辨极化特性  179-180
    5．4．2 雷达目标的宽带高分辨极化散射特性  180-183
    5．4．3 真假目标的极化鉴别  183-188
  5．5 地基雷达防御系统的有源假目标极化抑制能力分析  188-191
    5．5．1 GBR地基防御系统概述  188-190
    5．5．2 有源假目标极化抑制能力的分析  190-191
  5．6 弹道导弹目标的瞬态极化识别  191-198
    5．6．1 弹道导弹目标的瞬态极化特征提取与识别  192-197
    5．6．2 仿真实验与结果分析  197-198
  5．7 小结  198-200
第六章结束语  200-203
致谢  203-204
参考文献  204-212
攻读博士学位期间发表及投稿论文  212-215
攻读博士学位期间参与和完成的科研项目、获奖情况  215

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