恭喜電子科技大學張瑛獲國家專利權
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龍圖騰網恭喜電子科技大學申請的專利一種基于超寬帶信號的運動目標長度估計方法獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN116413673B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-05-16發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202310247340.3,技術領域涉及:G01S7/41;該發明授權一種基于超寬帶信號的運動目標長度估計方法是由張瑛;文雨農;梁博軒;丁汀;胡亞捷設計研發完成,并于2023-03-15向國家知識產權局提交的專利申請。
本一種基于超寬帶信號的運動目標長度估計方法在說明書摘要公布了:本發明屬于雷達識別技術領域,具體涉及一種基于超寬帶信號的運動目標長度估計方法。本發明提出一種基于超寬帶電磁散射特征的對同時進行微動和高速運動目標的長度估計方法,充分利用已知信息實現對目標結構信息更加精確的估計。與現有的只考慮目標高速運動或者只考慮目標進行微運動的模型相比,該方法中的目標運動模型同時考慮目標進行微運動和高速運動的狀態,實現更貼近實際的目標長度估計,同時能驗證該估計方法相比實際情況中忽略目標高速運動具有更好的準確性。
本發明授權一種基于超寬帶信號的運動目標長度估計方法在權利要求書中公布了:1.一種基于超寬帶信號的運動目標長度估計方法,其特征在于,包括以下步驟:步驟1:對已知進動角和微動周期的運動目標建立運動模型,得到一個微動周期內目標上散射中心在雷達視線上相對距離變化情況;具體方法為:步驟11:建立目標微動模型:定義雷達坐標系為U,V,W,原點即雷達所在位置為Q;與雷達坐標系U,V,W平行的參考坐標系為X,Y,Z,只隨目標進行平動,原點為錐體底圓的中心S,描述目標上各點信息的目標坐標系為x,y,z,原點為質心O,錐體以底面S為中心,SN為進動軸,角速度ωc做錐旋運動,同時以Oz為自旋軸,自旋角速度ωs開始進行微動;記S點在目標坐標系中的坐標為0,0,z0,則錐體上任一散射點Px,y,z在參考坐標系中的初始位置表示為: 其中R為目標坐標系轉換到參考坐標系的變換矩陣,由初始歐拉角確定,分別為x軸與X軸夾角,y與Y軸夾角,z與Z軸夾角: 在t時刻,散射點Px,y,z到雷達的徑向距離為: 其中Rω為微動矩陣,為雷達視線單位矢量;將彈頭類目標的自旋角速度視為0,錐旋運動是散射中心位置變化如下:在t時刻,由目標錐旋引起的變換矩陣表示為: 其中,為角速度變化矢量,為某一單位方向矢量的反對稱矩陣,即 根據Rodrigues繞矢量旋轉方程可知: 其中,I為3階單位矩陣,Ω為旋轉角速度,為錐旋單位方向矢量,目標錐旋變換矩陣得到的反對稱矩陣為: αN,βN分別代表錐旋軸SN在參考坐標系中的方位角和俯仰角;在t時刻,散射點P的位置在參考坐標系中表示為: 步驟12:將高速運動表示為目標在某一方向以速度vx,vy,vz的運動,目標底面中心S在t時刻的P在雷達坐標系的位置表示為x0vxt,y0vyt,z0vzt,其中x0,y0,z0表示P在雷達坐標系的初始時刻坐標位置,該運動會帶來雷達視線角的變化;步驟13:將同時考慮微運動與高速運動的目標上一點散射中心P在雷達視線上的相對位置表示為其中表示t時刻雷達視線單位向量;步驟2:基于步驟1中建立的運動模型,根據不同波段的雷達的發射信號以及觀測目標的運動信息,建立寬帶雷達的目標基于幾何繞射的回波信號模型獲得子帶回波信號: 其中y是雷達散射回波,rm代表第m個散射中心與參考點的相對距離,f為回波信號頻率,f=f0n·Δf,f0為信號起始頻率,Δf表示頻率間隔,n為采樣點數,M代表模型的階數,也就是散射中心的數目,Am表示幅度,為第m個散射中心的強度系數,αm表示頻率依賴因子,也就是第m個散射中心的幾何類型參數,c是空間中電磁波傳播速度,V代表加性復高斯白噪聲;步驟3:在目標速度范圍vmin~vmax,以設定步進值vstep求出用速度補償后的目標一維距離像熵,并在所獲得的目標一維距離像熵中搜索出最小熵值,最小熵值所對應的速度就是估計速度其中vmin,vmax分別是目標速度取值的上下限;所述目標一維距離像熵為: 其中為采樣點的幅度分布,Yi={Yih′|h′=1,2,...,n′}是yifi通過逆快速傅里葉變換得到的一維距離像,yifi為補償后的回波信號,fi=f0′+niΔfi,f0′表示全頻帶的起始頻率,Δfi為第i部雷達的頻率采樣間隔,n1=0,...,N1-1,n2=N′-N2,...,N′,N1、N2表示頻率步進數,N′為全頻帶的頻率采樣點的個數,i=1,2,h=1,2,...,L,l=1,2,...,L,L是速度取值區間的長度,補償相位即: 其中,為估計的速度,Ki為調頻斜率,fci為頻率間隔,Rm為散射中心相對位置;步驟4:對步驟3中獲得的回波信號進行逆傅里葉變換即可得到HRRP;步驟5:從步驟4中獲取的HRRP中獲得目標散射中心相對距離變化曲線,提取HRRP中目標散射中心長度使用門限閾值判斷方法:假設用于篩選散射中心的門限閾值為η,則目標散射中心在采樣點中區別于噪聲的判決準則如下|Xk|η,k=0,1,...,N″-1其中,Xk表示HRRP各采樣點幅度,共有N″個采樣點,令矢量p={k||Xk|≥η,k=0,1,...,N″-1},Δf表示頻率間隔,c是光速,獲取目標長度的估計值如下: 步驟6:遍歷一周期內目標存在的初始姿態角,并加上步驟3中的估計速度影響,結合步驟5中獲得的距離變化曲線尋找到目標的真實姿態角,獲得目標估計長度。
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