本来研究生工作是做FPGA上做增量学习的,但是研究生导师做雷达微动,毕业开题定的与这两项有关。所以就来了解一下微动,用在文献综述中的背景介绍。

当雷达发射电磁信号到目标,信号与目标相互作用并返回雷达。回波信号的变化反映了目标的特性。当目标匀速运动时,回波的载波信号将会产生频移。这就是多普勒效应。

对于一个单站雷达而言,发射机和接收机在同一个地点,往返电磁波传播距离是发射器和接收器的两倍。多普勒频移是由电磁波的波长与雷达和目标之间的相对速度决定的:

$f_D = -2\lambda V$,在这里 $\lambda=c/f$是波长,V代表相对速度。如果雷达是静止的,相对速度 $V$就是目标沿雷达视线的速度,也就是径向速度。当目标远离雷达时,速度被定义为正,因此多普勒频移是负值。

如果目标或者目标上的任何结构有除了平移还有机械振动或者旋转,这都可能会引起回波信号的频率调制,从而产生关于目标多普勒频移的边带。这被称为微多普勒效应。雷达信号从谐振或者旋转结构返回,比如固定翼飞机的螺旋桨,直升机的螺旋桨或者发动机压缩机或者喷气式飞机的叶片组件。这些结构具有微多普勒特性。微多普勒效应让我们可以决定目标的动态特性,并且目标特征分析提供了一种新的方法。

微多普勒特性可以为已经对于能被现有方法探测到的特性做一个补充。微多普勒效应可以被用于鉴定特定的车辆并且判定它们发动机的运动和速度。汽车发动机表面产生的振动可以被雷达信号所探测到。可以通过发动机振动信号产生的多普勒调制分辨它是坦克的燃气涡轮发动机,还是公交车的柴油发动机。

微多普勒效应最初被用于相干激光系统。一个相干激光雷达系统将电信号在光频段发射,并且从目标接受后向散射光波。一个相干系统保留散射波相对于的相位信息。并且任何相位信息都有了更高的灵敏度。因为半波长的路程变化会导致相位360°的变化。对于一个 $\lambda=2\mu m$的相干雷达系统,$1\mu m$的路程变化会导致360°的相移。

在很多情况下,一个目标或者结构会有多个微动。对于一个纯周期振动,微动会产生关于多普勒频移中心载波频率的边带多普勒频移。微动会在目标特征中产生新的特征,这些特征有别于没有微动时的特征。

为了分析时变多普勒频移特性,傅里叶变换因为无法提供时间频率信息是所以不适合。分析时变频率特征的一种有效方法是采用高分辨率时频变换。

本篇论文的工作如下:

  1. 建立了一个微多普勒频移的模型
  2. 通过集中典型的微动导出了微多普勒调制的数学公式并且通过了仿真验证
  3. 使用高分辨率时频变换而不是传统傅里叶变换去分析时变微多普勒特性
  4. 用真实雷达数据证实了微多普勒特性

经洁宝指点,其实懂下面这个公式就好,微多普勒频移就是2f/c乘上雷达到目标的向量对时间求导。得出来就是一个物体运动的速度加上微动产生的时变频移。

$f_{D}=\frac{1}{2 \pi} \frac{d \Phi(t)}{d t}=\frac{2 f}{c} \frac{d}{d t} r(t)$

Last modification:November 3, 2021
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