星载合成孔径雷达指纹识别技术研究

Space-borne synthetic aperture radar is playing an important role in earth observation and intelligence reconnaissance. So, it is a serious topic to extract the fingerprint features of space-borne SAR, accumulate the database of fingerprint features which can be used in the future war. This topic is not only the need of natinal defense, but a difficult issue in information engineering. Firstly, this project will build the phase noise model to explore the production mechanism of fingerprint of space-borne SAR by analyzing the structure of transmitter and considering the modulation of atmospheric propagation and receiver. Secondly, combining the diffusion maps and bispectrum theory, the feature selection and extraction method based on diffusion-maps-bispectrum is brought forward to obtain the optimal feature subset. Finally, the fingerprint identification algorithm based on incremental FSVM will be designed to overcome the difficulty in lacking data and radar parameter library. Through the studies above, the production mechanism of fingerprint of space-borne SAR is expected to be revealed and the key technologies in fingerprint identification technique of space-borne SAR solved in theory. Meanwhile, the achievement will promote the techniques of fingerprint identification of space-borne SAR to be practical and enhance our ability in spatial information acquiring and countermeasure in application.

星载合成孔径雷达在对地观测和侦察监视领域发挥着重要作用，如何有效提取其指纹特征，积累指纹特征数据库，以期在未来战争中准确识别星载SAR个体，是国防建设的急需，也是信息科学领域研究的前沿难点问题。从分析星载SAR发射机的结构出发，综合考虑大气信道、接收机对SAR信号的调制作用，以小波变换的理论和方法，建立星载SAR信号相位噪声模型，探索其指纹特征的产生机理；将扩散映射与循环双谱理论相结合，提出基于扩散映射循环双谱的星载SAR指纹特征提取和选择方法，获取最优特征子集；针对样本数据不足，雷达参数库不完备的问题，提出基于增量模糊支持向量机的星载SAR指纹识别算法。通过本项目的研究，可望在理论上揭示星载SAR指纹特征的产生机理，解决其指纹识别中的关键科学技术；在应用上，推进星载SAR指纹识别技术的工程化和实用化，提升我国空间信息获取和对抗能力，满足国家安全的迫切需求。

针对星载合成孔径雷达的侦察特点、工作原理，以及对其指纹识别的重大需求，结合应用实际，对星载SAR指纹特征产生机理、指纹特征提取与选择、识别算法等内容进行了深入的研究，取得了一系列创新性成果，具体如下：.1、研究了锁相式频率源中各组成部件的结构特点，建立了各组件的相位噪声模型，结合系统环路传递特性，建立了星载SAR发射机整体相位噪声模型，揭示了星载SAR指纹特征的产生机理。.2、提出了一种基于DE-MP时频分析的星载SAR指纹特征提取和选择方法，采用匹配追踪算法实现最佳时频原子的搜索，引入了差分进化优化算法实现对最佳原子的快速获取，解决了算法的复杂度问题，提取了Gabor首原子相似度、最佳原子中心频率方差、Chirplet首原子相似度三个主要特征。.3、提出了一种基于增量模糊支持向量机的星载SAR指纹识别算法，利用增量模糊学习算法对已知雷达参数库样本进行训练，寻找最小超球体，给出待识别目标的归类属性，开展了仿真实验和实测数据验证试验，研制开发了星载SAR指纹识别系统软件系统，解决了海量实测数据的快速处理问题。.发表学术论文12篇，EI检索6篇，公开出版学术专著1部、编著1部，申请并授权软件著作权3项；协助培养博士2名、硕士1名、本科生毕业设计4名；两次参与部队信号实测工作，获取了12颗在轨卫星信号18000余批次，数据记录3000余万条，数据量达16T，完成了4份分析处理报告，相关研究成果获军队科技进步二等奖1项、三等奖1项。星载SAR指纹识别是雷达辐射源识别中的热点研究课题，本项目利用先进的信号处理理论与技术，解决了其中涉及的部分关键科学问题，实现了从一般的类型识别到个体识别的转变，具有重要的现实意义和应用价值。