基于45°线极化的双极化HRRP地面目标识别方法研究

Exploiting polarization diversity and high resolution information holds great potentials in ground automatic target recognition(ATR). Dual polarization only captures partial polarimetric information. Alternate full polarization suffers from the rapid change of polarimetric matrix. Simultaneous full polarization is still in the prototype phase due to the hardware complexities. In the proposed project, we apply a dual polarization scheme based on 45° slant linear polarization (45° dual polarization) to ground ATR using high range resolution profiles (HRRP). The key problems lie on the signal/information processing methodologies and the effects of system imperfections. After examining the statistical model of ground clutter under the 45°-135° polarization basis, we propose to use a 'clustering after detection' method for spread target detection. Then, we propose a series of polarimetric features, e.g. local features using polarization similarities and global features using polarization decomposition. We also establish a system error model and analyze its influence on the above polarimetric features. Real data will be collected for various target to validate of proposed ATR scheme which is expected to promote the solution for the emerging demand of ground target recognition.

将目标极化散射信息与高分辨结构信息相结合是实现雷达地面目标识别的有效技术途径。传统双极化雷达的极化测量能力有限；分时全极化雷达无法适应目标极化散射特性存在快速起伏的情况；同时全极化雷达系统复杂，尚未进入实用阶段。本项目将基于45°线极化的双极化体制应用于雷达高分辨距离像（HRRP）地面目标识别中，针对该体制下信号与信息处理方法、非理想因素影响机理等关键问题开展研究：研究基于实测数据的“45°-135°极化基”下杂波统计建模方法，提出基于采样点检测与聚类的“空间-极化”域联合目标检测算法；提出基于散射点模型的极化相似度特征；提出基于极化分解的全局极化特征；建立系统误差模型，定量分析极化方向角误差与通道间串扰的影响机理及评估准则；最后结合外场试验，验证目标检测与特征提取方法的有效性。

将极化散射信息与高分辨信息相结合，是实现地面目标识别的有效途径。传统双极化雷达的极化测量能力有限；分时全极化雷达无法适应目标散射特性存在快速起伏的情况；同时全极化雷达系统复杂，尚未处于实用阶段。本项目提出将基于45°线极化的双极化体制应用于地面目标识别中，开展了45°双极化HRRP目标检测、极化特征提取、系统非理想因素分析与地面目标识别验证试验等内容研究。主要研究成果如下：.一、提出了复杂地面环境下45°双极化HRRP目标检测方法。采集了典型地面目标及杂波45°双极化HRRP数据，分析并构建了杂波与目标特性数据库，在此基础上提出基于采样点检测与聚类的“空间-极化”域联合目标检测算法，可实现复杂地面环境下扩展目标检测。.二、提出了45°双极化HRRP目标特征提取方法。针对高分辨与极化融合利用问题，提出基于极化分解与相似性度量方法的特征提取算法，可实现对常见地面目标中不同散射机理的分析与辨别。.三、完成了45°双极化雷达非理想因素的建模与影响分析。建立了由系统极化测量角度误差到目标特征误差的传递模型，推导了误差角度对目标特征提取结果的影响，得到了在实际应用中系统极化误差角度应小于±3°的结论，为实际应用提供了支撑。.四、完成了45°双极化雷达HRRP地面目标识别试验验证。设计了一种基于层次化分类结构的目标识别框架，并基于该框架进行了典型地面目标识别试验，验证了本项目研究内容的可行性以及研究结论的有效性。.本项目将基于45°线极化的双极化体制应用于高分辨距离像地面目标识别中，突破了45°双极化信号与信息处理方法以及非理想因素影响机理两点科学问题，阐明了45°双极化在雷达HRRP 地面目标识别中的方法与优势，为雷达地面目标识别的研究提供新途径，为雷达智能化对地探测提供技术支撑。