基于宽带雷达信息的中段弹道目标群耦合型认知机理与方法

The research on cognitive mechanism and approaches to ballistic midcourse target group have great scientific significance and application value. While the target detection, tracking and recognition are three closely coupled problems, they are always treated separately in the receiver end for its clear logics and module convenience. This manner can deteriorate the cognitive performance when encountered closely spaced midcourse target group. Furthermore, a closed loop can be set up between the receiver and the transmitter in cognitive radar, while most currently research focus on an independent task, such as target detection, tracking or recognition alone. The integrated cognitive performance cannot be guaranteed by an optimal solution for a single task. This project will commit itself to mine their coupled information between the target detection, tracking and recognition. Moreover, a coupling closed loop can be designed to the cognition of ballistic midcourse target group for wideband radar. It will pay special attention to the following directions: 1) to uncover the coupling cognitive mechanism in the echo signal layer of wideband radar, and achieve intelligent signal processing in the receiver end; 2) to set up the coupling relation between the integrated cognitive performance measure and the transmitted waveform of wideband radar, and establish the adaptively adjust mechanism in the transmission end.

中段弹道目标群认知机理和方法研究具有重大的科学意义和应用价值。传统雷达为便于模块化设计和实现，接收端信号处理往往将相互耦合的目标检测、跟踪与识别问题分开处理，对密集中段弹道目标群的认知性能不够稳健。认知雷达能够建立接收端信号处理和发射端波形设计的闭环反馈，但当前也主要孤立地面向目标检测、跟踪或识别任务，并不能保证综合认知性能的最优化。本项目致力于充分挖掘目标检测、跟踪与识别间的耦合信息，并面向目标联合检测、跟踪与识别任务，建立一个完整的耦合型认知闭环。重点包括以下两方面科学问题：一是面向宽带雷达回波信号层数据，研究目标检测、跟踪与识别任务间的耦合型认知机理，实现认知雷达接收端的智能信息处理；二是研究联合目标检测、跟踪与识别任务的综合性能与雷达发射波形间的耦合关系表征，建立认知雷达发射端的自适应调整机制。

本课题在前期面向雷达点迹数据的联合检测、跟踪与分类技术和空间目标群状态估计理论研究基础上，进一步面向雷达回波数据，深入研究空天目标群的耦合型认知机理与方法，提升雷达综合感知性能。.课题组全面调研了国内外研究现状，围绕基于宽带雷达回波数据的空天目标群联合检测、跟踪与识别机理和联合检测、跟踪与识别性能与雷达发射波形间的耦合关系表征两大关键科学问题，重点开展了空天目标宽带雷达回波信号建模，联合目标检测、跟踪与识别算法开发及认知雷达波形优化设计等三方面工作。主要成果包括：.一是围绕空天目标宽带雷达回波信号建模，建立宽带雷达进动椎体目标微动模型，仿真生成了进动椎体目标的宽带雷达回波数据；其次，分析了不同运动状态下飞机目标微动特性，从时域、频域和时频域三个维度分析验证了三类飞机的宽带雷达回波信号及其微动特性规律，为后续联合算法开发及波形优化设计奠定了理论基础并输出相关数据集。.二是围绕联合检测、跟踪与识别算法开发，建立了基于宽带信息的空天目标联合检测、跟踪与特性反演框架和联合检测与跟踪算法，并对低信噪比条件下的非合作目标反演结果提出了鲁棒识别算法。联合处理框架及相关算法的建立，实现了认知雷达接收端的智能信息处理，通过在单/多目标监视场景的实验分析，证实了一体化的雷达回波信号与信息处理手段获得了较理想的检测、跟踪与识别性能。.三是围绕面向联合任务的认知雷达波形优化设计，在全面总结现有认知波形设计现状基础上，分别针对传统注水波形设计方法存在的有效带宽过窄导致分辨率极差的问题，提出了一种联合能量与有效带宽约束的最优注水波形设计方法，最大程度地释放了注水波形的有效带宽控制自由度；针对稀疏约束条件下的低旁瓣波形设计问题，建立了帕雷托最优化模型，提出了一种低复杂度最优波形设计方法。上述低复杂度的波形设计方案，形成了两种典型认知雷达发射端自适应调整机制，为认知雷达闭环的构建奠定较好的模型基础。