基于微波感应的动态目标探测技术研究

发布时间：2020-06-09 03:18

【摘要】：复杂环境下的目标探测与识别是武器装备及工业自主无人系统的核心技术,现实中单一探测体制已经无法满足强干扰条件下的目标探测要求。由于微波探测技术已广泛应用于工业和军事领域,其对沙尘、雨雪、云雾等自然环境干扰不敏感,可以通过多源复合探测的方式有效解决激光、红外等光学探测抗自然环境干扰不足的问题,有效提高目标识别可靠性。目前军事领域对动态目标的无线电探测已经进行了长期且深入的研究,形成了多种波段的雷达、无线电引信等装备产品。在近场探测中,军用装备较为昂贵,然而民品中广泛应用的微波感应开关具有成本低廉、体积小、可靠性高等诸多优点,如何有效地发挥该民品技术的应用潜力,研究其在近场探测军事装备中的应用价值,具有重要的军民融合意义。本文以5.8GHz微波感应开关为研究对象,分析了基于多普勒效应的微波感应探测实现原理,确定了微波探测技术方案,研究了该型微波开关对战场模拟动态目标的探测性能。首先,对基于多普勒微波目标探测系统进行了总体设计,完成了微波发射与接收模块的研究、多普勒信号处理模块的设计,并经过仿真与实验验证,搭建了硬件实验平台。然后,通过对小目标、离散破片目标、平面目标、体目标、模拟雨场干扰和沙尘干扰等不同目标及干扰在不同距离、速度、交会方式时的情况进行理论分析及实际测试,获得了不同目标的回波波形,提取了多种目标回波特性。最后,根据模拟体目标、离散破片和沙尘干扰的傅里叶频谱特征,提取了基于傅里叶频谱峰值的三个特征参量,研究了基于支持向量机的微波目标识别算法。仿真及调试验证了多普勒信号处理电路能将微弱的目标回波信号放大与滤波,为动态多目标的探测奠定了硬件基础。实验测试表明车辆目标、离散破片和沙尘干扰的多普勒回波频谱具有显著差异,同时雨场等自然环境干扰对微波不敏感。统计结果显示,基于频谱峰值比值的三个特征参量用来区分目标和两种干扰是可行的。算法仿真及试验表明,目标分类识别准确率约为85%,因此该方法可以有效地剔除沙尘和离散破片等自然及战场环境中的虚假干扰,提高战场目标识别准确性。
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光电探测装置

微波属于无线电波的一种，无线电波按波长和频率 f 可分为长波（ >1000m，30 kHz < f<300kHz）、中波（ 100 m < <1000m， 300 kHz < f<3000kHz）、短波（ 10 m < <100m， 3 MHz < f<30MHz）、超短波（ 1m < <10m， 30 MHz < f<300MHz,或称其为甚高频（VHF）波、米波）以及微波。微波的波长范围在 1mm～1m 之间，它是一种高频电磁波，频率范围在 300MHz～300GHz 之间。微波具有其独特的性质，如似光性、似声性、穿透性、宽频带特性、抗低频干扰特性等。21 世纪以来，微波技术正朝着更高频段、宽频带、高功率、高稳定性、数字化和小型化等方向发展。由于微波具有上述诸多特点，因此得到了广泛应用，本文的微波感应探测技术就是基于多普勒效应原理，根据不同目标的微波反射特性进行目标识别与抗干扰研究[1]。常见的近感探测方式主要有光电探测、微波探测等，它们都具有各自的优缺点和适用场合。光电探测技术在航天、航空、煤矿、工业建筑与交通领域等方面应用较为广泛，主要包括红外和激光探测技术。图 1.1（a）为无线红外广角探测器，其水平方向的探测角度为±55°、垂直方向为±30°，图 1.1（b）为单站激光目标探测系统。

原理图,微波探测,产品,原理

（a）雷达式微波探测模块（b）多普勒效应原理图 1.2 微波探测产品及原理微波探测技术有很多优点，在抗烟尘和雨雪干扰方面其优势更为明显，主要表现在：a）微波最易被金属材质的物体反射，而战场中的目标大多由金属制成，因此微波探测的军事应用价值巨大；b）微波探测的准确率高，，能基本满足探测技术精准度的要求；c）微波探测的全天候探测能力强，而且在恶劣的气候条件下其性能更加出色；d）与红外探测、激光探测不同，微波探测抗烟尘能力强；e）微波探测装置体积小、功耗低，而且微波可以穿透塑料，所以易于被安装及隐藏。然而，微波探测也有其缺点，主要体现在对信号的处理上，因此在信号处理方面需要加深研究。红外、激光与微波三种探测方式的总体性能比较如表 1.1 所示，分析对比不同探测方式的优缺点有助于更好地了解它们的综合应用价值，为多源复合探测提供基础。
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN015;E933

【参考文献】