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基于低分辨雷达系统的无人机微多普勒特征分析

2020年31期

创新前沿

科技创新与应用

Technology Innovation and Application

水处理控制器李秋菊，朱东方

（陆军装备部驻西安地区军事代表局驻郑州地区军事代表室，郑州河南450000）

1概述近年来，无人机发展迅速，为消费者带来全新体验的

同时，“黑飞”现象也频繁发生。无人机可以用于侦察、

攻击，对军事安全、要地防御、重点设施防护、

民航飞行保障、大型活动安保等带来了严峻挑战。因此，对无人机必须采取有效的管控与监测手段。快速准确的无人机检测和分类ck666

含油尼龙衬板是近年来的研究热点之一[1，2]

。

由于雷达具有全天候快速遥感的能力，雷达技术已被广泛应用于无人机探测和分类。雷达微多普勒是指在目标运动时产生的主多普勒分量之外观察到的微运动现象。近年来，目标微动特性分析引起学术界及工程界广泛关注及研究。目标微运动产生的微多普勒特征包含了目标的精细结构和运动细节等信息，可以从该信号中提取有用信息进行识别。

美国海军研究实验室Chen Victor C 最早将微运动和

微多普勒特征的相关概念引入到雷达观测中，对旋转、

振动、进动等多种微动形式进行建模分析，阐述了根据微动特性实现目标分类的理论依据，写了一些人类微多普勒分析领域的重要出版物[3-5]；加拿大雷达应用与空间防御技术研究所的Thayaparan 等联合小波变换与时频分析，成功获取了直升机与行人窄带雷达回波的微动特征[6]；国防科技大学着重对

雷达微动目标特性进行研究，阐述了窄带及宽带雷达中目标的微动现象，并介绍了多种微动特征的提取

方法[7]；西安电子科技大学刘宏伟、

杜兰等发表了多篇针对低分辨雷达目标分类方法的论文，提取了回波自相关矩阵

的特征值谱特征，综合了CLEAN 技术与EMD 方法，实现

了从回波中对微动分量的提取，并将分形理论应用于特征提取[8]。以上研究成果表明基于微多普勒特征的雷达目标分类方法研究是实际可行的。

本文开展使用低分雷达对无人机目标进行微多普勒特性分析，并与非无人机目标对比。文章结构如下：第2节对无人机单个旋翼回波建模，分析旋翼产生微动特性机理。第3节对实测无人机实测数据进行微多普勒分析。第4节讨论了无人机实测数据的时频谱分布。最后第5节对论文进行了总结。

2无人机旋翼建模及分析

无人机目标主要包含机身及旋翼两种部件，如图1所示。机身平动可视为刚体运动，而由旋翼旋转为非刚体运动。

图1无人机典型目标

摘

要：小型无人机具有体积小、飞行速度慢、飞行高度低的特点，而基于低分辨雷达获取的回波信号在很短的驻留时间内获得，

包含的目标信息有限，因此使用低分辨雷达系统对其进行分类是一项具有挑战性的任务。

文章从微多普勒特征的角度分析了无人机目标回波信号，包括对单个旋翼回波建模，多普勒谱和时频谱的微动特性分布。实测数据分析表明，回波信号除包含无人机机身的平动频

率分量，还可观测到旋翼产生的微多普勒分量。

关键词：无人机；微多普勒特征；时频分析；低分辨雷达中图分类号:TN957.51

文献标志码:A

fmmix

文章编号:2095-2945(2020)31-0005-04

Abstract :Small unmanned aerial vehicle (UAV)has the characteristics of small size,slow flight speed

防撞钢梁and low flight altitude.

Based on low-resolution radar,the echo signals contain limited target information under the condition of low range resolution and

short dwell time.Therefore,it is a challenging task to realize UAV classification by using low-resolution radar system.In this paper,we analyze the micro-Doppler signature of UAV target,including the echo modeling of single rotor and the micro-motion feature dis 鄄tribution of Doppler spectrum.The measured data analysis shows that the echo signal contains not only the translational frequency component generated by UAV fuselage,but also the micro-Doppler component by rotor.

商品电子防盗系统Keywords :UAV;micro-Doppler signature;Time-Frequency Analysis;low-resolution radar

作者简介：李秋菊（1968-），女，学士，高级工程师，军事代表，研究方向：微波雷达系统与技术；朱东方（1986-），男，硕士，工程师，军事代表，研究方向：工业生产自动化控制

。

5--

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