基于LTE移动通信信号的外辐射源雷达低空目标微多普勒特征提取技术研究

With the gradual opening of low-altitude airspace, the classification and recognition of low-altitude targets has become an urgent demand for monitoring of low-altitude airspace. Passive radar is an important means of detecting low-altitude targets; and the passive radar composed of networked base stations of Long Term Evolution (LTE) mobile communication system has the advantages of different frequencies, multi-aspect and wide-distribution. Micro-Doppler (m-D) is a unique characteristic of radar targets with micro-motion, which can be used as an important reference for classification of low-altitude targets. In the project, the extraction techniques of m-D signatures of low-altitude targets will be researched under passive radar based on LTE signal. By establishing the echo modeling of low-altitude targets based on LTE signal, the parameterized expressions of m-D can be obtained for different low-altitude targets; then the extraction methods of m-D signature of low-altitude targets can be proposed under single base station in strong clutter background; furthermore, based on that, the reconstruction method of 3D micro-motion signatures can be put forward for low-altitude targets under multi-base stations, which would offer signatures with more abundant information for classification of low-altitude targets. Oriented to the concrete application of classification of low-altitude targets, the project would explore a new way of monitoring of low-altitude targets, the prospective achievements can be expected to have wide applications in the fields of flight regulation of low-altitude airspace and security of national air defense, etc.

随着我国低空空域的逐步开放，低空目标的分类识别已成为低空监视的迫切需求。外辐射源雷达是低空目标探测的重要手段，利用LTE移动通信（4G）基站组网而成的外辐射源雷达具有多频段、多方位、布局广的优势；而微多普勒是雷达目标微动的独特特征，可作为低空目标分类的重要依据。本项目拟研究基于LTE移动通信信号的外辐射源雷达低空目标微多普勒特征提取技术。通过建立基于LTE信号的低空目标回波模型，完成不同低空目标的微多普勒参数化表征，提出强杂波背景下基于单通信基站LTE信号的低空目标微多普勒特征提取方法，并在此基础上进一步提出基于多通信基站LTE信号的低空目标三维微动特征重构方法，为低空目标分类提供更加丰富的特征信息。本项目面向低空目标分类的具体应用展开研究，为低空目标监视探索新的技术途径，预期研究结果在低空飞行管制与国土防空安全等领域具有广泛的应用前景。

本项目将雷达成像、微多普勒特征提取引入低空目标探测与识别领域，通过建立基于LTE信号的低空目标回波模型，推导了低空旋翼类目标的微多普勒参数化表征，提出基于单通信基站LTE信号的低空目标微多普勒特征提取系列方法，并在此基础上提出基于多通信基站LTE信号的低空目标三维微动特征重构方法，得到了低空目标的瞬时三维像，为低空目标的探测与分类识别提供了更加丰富的特征信息，为基于外辐射源雷达的低空目标探测与识别进行了有意义的研究探索。项目主要取得了以下理论研究成果：（1）分析了LTE信号的时频域特征，验证了LTE信号作为外辐射源的可行性；针对LTE信号的频分复用和时分复用两种工作模式，分别基于等效OFDM信号模型，建立了LTE外辐射源雷达微动目标回波模型，推导了无人机类旋翼目标微多普勒效应的数学表达式；推导了基于PC-OFDM信号的外辐射源低空目标微多普勒参数化表达；（2）在低空目标回波建模与微多普勒特征分析的基础上，提出多种适合OFDM信号外辐射源雷达的低空旋翼类目标微动特征提取技术，实现了低信噪比、数据缺损条件下低空目标微多普勒特征的有效提取，并进一步扩展应用于弹箭类目标的微多普勒特征提取；（3）针对多基站外辐射源雷达低空目标微多普勒特征提取，提出基于多基站多视角的低空旋翼目标三维成像与三维微动重构方法。基于目标旋转时各散射中心的微多普勒信息特征实现了不同基站回波数据的关联，获得了能够反映旋转目标真实尺寸的三维像。项目共发表（录用）学术论文29篇，其中SCI检索期刊论文6篇（2篇已录用），EI检索期刊论文3篇（1篇已录用），EI检索会议论文13篇，中文核心期刊论文5篇（1篇已录用），其他会议论文2篇。项目组成员参加国内、国际会议20余人次，出国参加学术会议2人次。申请国防/国家发明专利15项，获授权专利9项，完成了相应计算、仿真和分析程序的开发。培养博士后2名，博士研究生2名、硕士研究生5名。本项目面向低空目标分类的具体应用展开研究，项目成果拓展了微多普勒理论的应用领域，促进了雷达探测与识别技术的发展，为低空目标监视探索了新的技术途径，对于提升我国低空飞行管制、国土防空安全及要地安防能力都具有较为重要的理论意义和实用价值。