雷达地面目标识别技术是空地导弹雷达导引头智能化和信息化的重要技术支撑手段。 近年来, 学者们对地面目标识别技术做了大量研究, 但是随着现代化战争攻防对抗日益激烈, 雷达地面目标识别技术的应用面临着诸多问题, 成为长期制约精确制导武器发展的瓶颈因素。 为了更好地使相关雷达从业者了解该领域的研究现状和未来的发展趋势, 本文介绍了雷达目标识别技术的概念, 总结了面向装备应用雷达地面目标识别存在的技术难点, 对国内外研究现状进行了概括, 最后对该技术的发展趋势进行了展望。

针对空天时敏目标识别问题, 提出了一种新的针对雷达高分辨距离像(HRRP)的序贯特征提取方法, 并设计了一种基于决策树和支持矢量描述(SVDD)方法的多分类器。 该方法首先基于时序HRRP估计目标的径向尺寸, 利用序贯脉冲积累对尺寸估计结果进行滑窗处理, 获取各个窗内径向尺寸的均值、 极差、 中值以及结尾均值四种统计特征; 然后, 将得到的四种特征进行拼接, 从而获取更加鲁棒的高维特征; 最后, 使用基于决策树的多分类SVDD方法(Multi-SVDD-DT)对获取的高维特征进行分类。 四类飞机的测量数据实验表明, 本文所提方法可以提取出目标的稳健特征, 能够有效完成空天时敏目标的识别任务。

在传统的雷达目标跟踪算法中, 目标通常作为点目标来进行跟踪滤波。 随着雷达传感器分辨率的不断提高, 一个目标可占据多个分辨单元, 雷达可以提供高分辨率的观测结果。 当目标变成扩展目标时, 由于单个目标多个量测的产生, 基于传统点目标假设的目标跟踪算法无法实现对扩展目标的稳定跟踪。 本文基于计算机视觉领域的相关滤波算法提出了一种雷达单扩展目标跟踪算法。 该算法首先对雷达回波数据进行归一化, 从而得到可视化的雷达距离-方位向图像, 然后将该图像从极坐标系转换到笛卡尔坐标系, 最后利用相关滤波器对扩展目标的外观进行精细化的在线学习, 并基于滤波器响应图实现目标跟踪。 基于实测数据的实验结果表明, 该算法可以得到每个时刻目标的位置和长度信息, 和传统跟踪滤波算法相比具有更加准确和鲁棒的跟踪性能。

深度卷积神经网络模型在很多计算机视觉应用中取得了非常出色的结果, 如何利用深度学习技术完成复杂战场环境下的辅助制导和瞄准点定位, 是我军赢得现代信息化战争的关键。 针对该问题, 本文提出了一种时敏目标的类型与瞄准点识别算法, 用于改善对时敏目标检测的质量, 并为后续模块提供作战军事资源各个部件的打击价值。 该算法对YOLOv3主干网络进行重新设计, 使用深度可分离卷积神经网络的残差块对输入图像进行特征提取, 然后将得到的特征图送入注意力模型, 为含有目标部件等重要语义信息的特征图赋予相应的权值, 最后将经注意力机制模型处理后的特征图送入回归网络进行时敏目标的类型与瞄准点识别。 在COCO与VOC数据集上的实验结果表明, 本文算法使用的特征提取网络与注意力模型有效提升了深度卷积神经网络对常见目标的检测精度(mAP); 在所建立的战场军事资源模型数据集上的实验结果表明, 本文算法可实现对非合作时敏目标的瞄准点精准识别。

针对基于传统块图像模型的红外弱小目标检测算法对背景杂波抑制能力不强的问题, 提出了一种联合γ-范数和全变分正则化与稀疏约束建模的红外弱小目标检测模型(γ-TSIPI)。首先, 将原始红外图像转化为红外块图像, 然后, 采用γ-范数和全变分正则化对背景块图像进行约束, 以更好地减少目标图像中的残留噪声, 同时保留图像的边缘信息, 避免恢复的背景图像过度光滑。此外, 考虑到传统红外块图像模型中的L₁范数会过度缩小弱小目标, 引入了加权的L₁范数, 以提升γ-TSIPI模型对目标图像的恢复能力。最后, 应用Lagrange乘子法求解γ-TSIPI模型。实验结果表明, 所提方法可以更好地抑制背景杂波, 降低虚警率, 有效地提高了检测性能。

针对传统目标跟踪的难点如目标与背景混淆及目标外观急剧变化等问题, 利用高光谱视频包含的二维空域信息和丰富的一维频谱信息, 提出一种快速鲁棒目标跟踪算法FRHT。 首先, 在传统的空域注意力机制上基于高光谱数据的特点引入频谱注意力机制, 设计了相关滤波框架下自适应更新学习的跟踪器; 其次, 手工设计高光谱运动目标特征以加快跟踪器运算速度; 最后, 提出一种运动目标异常检测机制, 以增强跟踪器对各种干扰的鲁棒性。 仿真结果表明, 在高光谱数据集上, 跟踪器FRHT的速度和精度显著优于KCF, SAMF和CSR-DCF等传统跟踪算法, 精度提升2%以上; 引入运动目标检测机制后, 算法鲁棒性得到改善。

针对三维点云时敏单目标跟踪问题, 提出了一种基于深度霍夫优化投票的深度学习算法。 首先, 采用PointNet++网络分别从模板点云和搜索点云中计算种子点、 提取几何特征, 并通过面向目标的特征提取方法将目标模板信息编码到搜索区域中。 其次, 通过种子点投票计算并筛选出具有高置信度的潜在目标中心。 最后, 通过目标中心点的采样、 聚集产生多个提议, 选取具有最高得分的提议生成三维目标框。 该算法能够有效避免耗时的三维全局搜索, 且对点云的无序性、 不规则性和稀疏性保持鲁棒。 为了验证该网络的有效性, 在公共数据集KITTI上进行测试。 实验结果表明, 该网络相较于当前最好的基于三维点云的方法, 准确度提高了约10%, 并可以在单个NVIDIA2080S图形处理器上以43.5 FPS运行。

体系化战场环境使得装备系统与作战体系间交互纷繁复杂, 在联合作战环境下的装备体系建设过程中, 体系工程的重要性日趋凸显。 美军经过长期积淀和摸索, 其体系工程不断成熟, 有力促进了其联合作战体系下的装备体系建设。 本文研究了美军体系工程的作用和应用, 结合NIFC-CA体系工程研制历程及美国国防部需求论证机制, 总结了美军体系工程建设的特点, 提出对国内武器装备体系建设的启示。

现代隐身飞机对雷达型空空导弹构成巨大挑战, 而红外成像制导技术在体制上具有良好的反隐身能力。 本文介绍了国内外空空导弹红外成像制导技术研究发展现状, 分析了红外成像导引头技术在未来反隐身超视距空空导弹上的应用前景, 提出了一种反隐身红外成像导引头的技术方案。 该导引头采用了中/长波双色成像探测技术, 能够满足发射后截获条件下探测隐身目标和抗红外诱饵干扰的要求。 分析研究表明红外双色成像导引头技术对于提高国内超视距空空导弹的反隐身性能具有重大意义。

针对空空导弹协同攻击高速机动目标问题, 提出一种带有攻击时间一致的多弹协同制导律。 首先, 在纵向平面内建立各导弹与目标交战几何模型, 分析视线径向、 法向制导律和速度法向加速度之间关系。 然后, 设计固定时间协同控制律, 并利用自适应律和积分滑模算法在视线方向动力学方程基础上建立攻击时间约束的鲁棒协同制导律, 保证多枚导弹同时击中机动目标。 通过数值仿真可得, 协同时间与脱靶量差异分别为0.001 s和0.01 m, 最终结果验证了固定时间协同制导律的有效性与合理性。

针对可模拟四、 五代先进战斗机高速高机动能力的固定翼靶机在有限靶场空间内进行实战训练的协同编队控制问题, 提出基于一致性理论的改进编队控制律。 首先, 进行靶机运动学建模; 其次, 在一致性理论的基础上, 将加速度引入编队控制律中, 设计了基于位置、 速度、 加速度反馈的编队控制律; 进一步, 考虑靶场空间限制, 提出一种基于路径最短的队形变换策略, 以实现快速队形变换。 仿真结果表明, 所提出的考虑加速度反馈的改进一致性编队控制律在进行编队成形与变换时, 能够使靶机编队状态快速收敛到期望值, 实现队形的快速调整与稳定保持。

多飞行器编队的多重作业能力强、 可靠性高、 工作效率高, 是未来航空领域发展的重要趋势。 连续高精度的相对姿态信息对编队队形的保持或重构必不可少, 这对相对定姿的精度和连续性提出更高要求。 为了提高相对定姿精度和连续性, 设计了一种基于陀螺仪/BDS的相对定姿方案。 采用BDS差分技术消除了载波相位中的公共误差, 利用高精度双差载波相位进行量测更新, 提高了相对定姿的精度。 同时, 基于飞行器之间的相对姿态模型, 利用陀螺仪测得的角速度进行一步预测, 解决BDS不可用时无法得到相对定姿结果的问题, 提高了相对定姿的连续性。 仿真验证表明, 所设计方案不仅可以实现高精度相对定姿, 并且在可用星少于四颗时仍具备较高精度的相对定姿能力, 能够满足多飞行器编队对相对定姿精度和连续性的要求。

在超低空攻击巡航导弹的场景中, 由于脉冲多普勒引信存在距离模糊, 可能会出现虚警的现象。 本文对脉冲多普勒引信的模糊图及海面回波特性进行分析, 提出了随机脉位调制、 随机二相码调制和重复频率跳变三种距离副瓣解决措施, 并进行了对比分析。 结果表明重复频率跳变具有良好的抗距离副瓣性能。

为解决在复杂电磁环境中雷达辐射源个体识别准确率低的问题, 提出基于参数优化VMD和LightGBM的雷达辐射源个体识别技术。 首先对雷达辐射源的无意特征进行分析, 仿真添加了相位噪声作为雷达辐射源的指纹特征; 其次利用麻雀搜索算法(SSA)对变分模态分解(VMD)的分解参数进行自动寻优, 准确快速地得到最优分解参数组合为[2, 2 950]; 然后基于最优VMD分解参数对辐射源信号提取能量熵与样本熵作为特征向量; 最后将特征向量送入LightGBM分类器完成辐射源个体识别。 通过实测数据的验证, 信噪比在25 dB时识别率能够达到85%以上, 具有较为理想的识别结果。

为改善红外热成像图像的增强效果, 针对现有红外成像的特点, 本文提出了一种基于改进直方图的红外图像增强方法。 对于红外图像可能存在四周高亮的现象, 综合考虑图像亮度强度和对比度, 确定原始图像的裁剪区域, 在此基础上, 提出采用灰度级别均匀分布的方法来避免像素个数少的灰度级被合并导致图像细节丢失的问题。 实验表明, 本文提出的改进算法相比传统直方图均衡方法, 在熵值、 标准差、 模糊线性指数上分别有21.87%, 2.60%, 14.52%的改进量, 在提高图像对比度的同时增强了图像的关键细节, 印证了理论分析的正确性。

为了解决弹体在大滚转角速度BTT机动情况下通道间交叉耦合控制问题, 本文提出了一种解耦补偿控制器设计方法, 将耦合干扰量与测量输出量叠加后反馈至自动驾驶仪控制器的输入端, 改进了干扰传递函数的零点配置和干扰传递特性, 有效抑制了通道间干扰量对输出评价的影响。 通过极小化干扰传递函数在系统闭环极点处的传递增益, 获得了解耦补偿控制参数的数值解。 利用三通道交叉耦合模型对所设计的解耦补偿控制参数进行了数字仿真验证。 仿真结果表明, 所提出的解耦补偿控制器能够有效抑制弹体偏航通道攻角的峰值, 同时也提高了俯仰通道的响应品质。

自适应调零天线是导航系统抗干扰的主要手段, 其抗干扰性能受到多种因素的影响。 首先, 本文定性分析了自适应调零天线零陷、 天线方向图起伏和星座分布等因素对自适应调零导航系统抗干扰性能的影响。 然后, 利用数学仿真定量分析典型场景下自适应调零导航系统抗干扰性能。 最后, 设计了对装有自适应调零天线的GPS接收机的外场实验, 结合实验时段星座分布、 不同入射俯仰角下自适应调零导航接收机载噪比分析接收机抗干扰性能。 外场实验验证了理论分析的结果, 并得出一些与自适应调零天线零陷、 天线方向图和星座分布等因素有关的结论。