海面电磁散射回波的分形特性

本文引入时变分形Weistrass—Mandelbrot函数描述海面的局部动态特征，采用Kirchhoff解近似分析电磁散射场的时域分形特性，导出了海面电磁散射系数的分形模型。理论分析和试验结果表明，海面的散射回波信号保留了海面的一些分形特征，散射系数属于分形函数，其盒维数与海面的分形维数近似相等。     

海况对海面目标雷达回波的影响分析

海面自身随机多变的特性会对海面目标的雷达回波信号检测产生重要影响。文中利用分形方法对海面建模仿真, 模拟了五种不同的海况,基于雷达工作原理设计了一款雷达视频回波信号仿真软件,提高了仿真的逼真度和实时性。针对雷达散射截面(RCS)不同的舰船目标模拟仿真雷达回波,研究了海况对海面目标雷达回波的影响。结果表明:随海况等级的增加,海杂波噪声信号增强,RCS 相对较小目标的雷达回波会逐渐被海杂波淹没。海面目标雷达回波仿真软件既能用于分析海面及目标的电磁散射特性;同时,在目标检测与识别中会有重要应用价值。     

超电大尺寸海面电磁散射计算的混合面元法研究

针对超电大尺寸含有卷浪海面电磁散射回波计算度复杂、计算时间长和计算机资源消耗量大的问题,提出一种基于散射中心理论的混合面元法,从而实现高频率下含有卷浪海面电磁散射回波的快速准确计算。该方法依据斜率将海面面元分成2种,对于平滑区域海面面元采用SPM算法,而对于含浪部分面元采用IEM算法,雷达照射范围内的海面电磁散射回波则根据散射中心理论将所有面元的远区电场叠加得到。通过对含有卷浪海面的电磁回波仿真分析,表明该算法与传统双尺度算法相比能够在保证计算速度的前提下,提高计算精度。     

改进的一维时变海面模型及其分数阶功率谱研究

该文针对经典双尺度海面模型不能有效分析高海况和低掠射角条件下的非Bragg散射问题,在模型中引入调频率描述多普勒频率的变化,提出了一种更符合工程实际的1维时变海面散射模型。然后,通过计算改进模型的海面平均散射功率,得到了时变海面的角度散射特性。其次,研究了改进模型的分数阶功率谱(FPS)特性,得出在分数阶Fourier变换(FRFT)域,海面散射信号的功率谱由多分量冲激信号组成,其在FRFT域的位置可用于估计模型的频率参数。最后,采用X波段实测海面回波数据对改进模型进行验证,并讨论了入射波长和变换角对FPS的影响,仿真结果表明该模型适合分析和提取时变海面回波的频率变化及多普勒频移。     

基于目标电磁散射特征的雷达回波信号实时模拟系统的研制

结合SOPC(System on Programmable Chip)技术与虚拟仪器技术,采用能较真实地反映目标散射特征的三维多散射中心模型实时计算目标回波波形,实现了高分辨雷达接收系统反映目标散射特征及其动态变化的实时雷达信号回波模拟系统.重点介绍了基于目标电磁散射特征模拟的实时算法、模拟器的系统结构以及高速数模混合SOPC系统设计与实现的关键技术.SOPC系统采用V2p40,系统主频为300MHz可输出120MHz以下的中频信号.     

基于时域弹跳射线法的海面复合目标近场回波仿真

雷达回波信号的获取对研究动态目标识别和雷达成像具有十分重要的意义。提出了一种基于时域弹跳射线法(Time Domain Shooting and Bouncing Ray, TDSBR)的动态目标回波仿真模型,用于模拟海上电大目标的近场雷达回波。该模型采用TDSBR方法直接在时域计算弹载雷达照射下的目标与海面近场复合散射特性,并结合“stop-go”方法模拟雷达与目标之间的相对运动,实现了弹载雷达照射下海上运动舰船目标的回波信号仿真。仿真结果表明,该模型可以有效呈现海面与海上目标的耦合效应,实现对目标速度和距离的预测,具有良好的精度和较高的效率,在海洋环境中弹载雷达的回波预测和目标检测中具有广阔的应用前景。     

超电大目标与分形海面复合散射研究

舰船与海面构成复合目标,其雷达散射截面(RCS)的研究一直是电磁计算领域中的重点和难点。文中建立了Weierstrass分形海面和目标三角面元的几何模型以及基于物理光学法(PO)和弹跳射线法(SBR)的海面目标的电磁散射模型。采用OpenGL图形编程技术与C++多线程处理技术设计了一款可视化目标电磁散射预估系统(ESEE)V1.0,对比典型目标体RCS 与商业软件FEKO 的计算结果,验证了ESEE的可靠性。通过计算不同海况的海面RCS 及超电大尺寸舰船与海面复合散射RCS,分析了海面散射以及超电大目标与海面复合散射特性。     

空间进动目标的宽带雷达特征信号研究

 本文将空间目标进动模型、宽带电磁散射计算模型以及线性调频(LFM)雷达回波信号模型相结合,提出了一种空间进动目标宽带雷达特征信号预测与高逼真度仿真的方法.利用进动目标的微波暗室测量数据,从雷达散射截面(RCS)和高分辨一维距离像时间序列两方面对模型的逼真度进行了验证,并在此基础上仿真了空间目标的动态宽带LFM雷达回波,分析了理想点散射体仿真进动目标特征信号的局限性和成对回波对雷达成像的影响.     

基于高频电磁散射理论的电大复杂目标宽带雷达回波快速计算方法

采用高频电磁散射理论,准确模拟复杂电大尺寸目标的大时宽大带宽雷达回波,计算量是非常庞大的。针对这一问题,提出一种将弹跳射线法和等效边缘电磁流方法与宽带雷达信号处理方法相结合,能够快速准确计算复杂目标宽时宽带雷达回波信号的新方法,并通过算例验证了方法的准确性和高效性。     

复杂动态海面与目标电磁散射及回波仿真研究现状与展望

海洋表面是一种高度不规则和时空不重复的复杂动态体系。海杂波是雷达电磁信号照射到海面产生的大量散射体回波的叠加,受风力、洋流、海浪等的影响呈现非均匀性和非平稳性。海杂波信号对海上目标的探测具有一定的干扰作用,尤其是高海情条件下,海浪起伏更加剧烈,目标信号极易淹没在强海杂波信号中,严重限制着雷达对海上目标的检测能力。海杂波及目标电磁散射特性研究是提升复杂海洋环境下目标检测能力的基础,以电磁波与实际复杂动态海面及目标电磁散射机理为基础,形成实际海洋环境下目标回波数据,对海杂波及目标雷达回波特征分析,实测数据集的补充,均存在重大意义。为了让更多相关研究者获得基于物理机理的复杂海环境与目标回波仿真方法近些年的发展和未来趋势,该文总结了回波仿真的3类方法,并针对海面与目标仿真场景特点,分析了3类方法的优劣和适应性,给出了部分仿真结果;还介绍了一些基于实测的回波数据集,可方便学者对回波特性进行分析;最后对复杂海面与目标回波仿真方法和特性研究的发展趋势进行了展望。      

天波超视距雷达海洋回波谱特性研究

根据高频电磁波与海面相互作用产生Bragg谐振散射的特性,首先对一阶和二阶海杂波的产生机理进行了理论分析,然后结合Barrick提出的一阶、二阶散射理论对海洋回波谱进行了模拟。最后详细地研究了洋流、海态、雷达工作参数、电离层等因素对海洋回波谱的影响,并在天波超视距雷达体制下,建立了其海洋回波谱多普勒频率模型,为全面研究海杂波及天波超视距雷达目标检测提供了理论依据。     

基于门控循环神经网络的海杂波幅度预测

海杂波是雷达在海洋表面采集到的海面电磁散射回波.受海洋环境要素（风速、风向、浪高、浪向等）和雷达参数的影响,其幅度随时间具有随机起伏性,海杂波的幅度预测精度的提高有助于增加目标检测准确度.本文结合海杂波非高斯非线性的特点,提出了基于门控循环神经网络的海杂波幅度预测方法.通过对IPIX雷达和P波段雷达海杂波实测数据的预测分析,结果表明,本文方法相对已有传统方法具有更高的预测精度.     

DRM外辐射源雷达多普勒扩展杂波抑制算法研究

数字调幅广播(DRM)外辐射源雷达面临严重的多径杂波问题,其中不仅包含静止地面散射物引起的无多普勒频移多径杂波,还有经运动海面等散射引起的具有多普勒频移扩展的多径杂波。扩展相消杂波抑制类(ECA)算法常被用于无源雷达杂波抑制,但均仅针对无多普勒频移的多径杂波。文中建立了考虑多普勒频移扩展杂波的该无源雷达信号模型,结合信号波形特点提出了载波域ECA算法(ECA-C)的扩展算法,深入分析了扩展ECA-C算法的多径杂波抑制机理。该方法通过对各载波信号组成进行分析,构造相应的杂波子空间,利用子空间正交投影可同时对静止的和具有多普勒频移的多径杂波进行抑制,提高了系统的杂波抑制能力,进而改善了弱目标检测能力。理论分析和实测数据处理结果表明了该算法的优越性。     

随机粗糙海面的多路径海杂波频谱数值模拟

海杂波干扰影响雷达制导性能,对各海况物理条件下海杂波的数值模拟可用于实验室海杂波仿真、制导雷达的设计、监测性能的分析等.本文采用一种海面起伏双尺度近似模型进行多路径海杂波频谱的数值模拟,通过谱拟合模拟时变随机粗糙海面,计算收发高度和间距给定条件下海面多路径有效散射面积,计算接收点电场强度、雷达双站散射系数以及接收点功率谱密度(海杂波频谱).     

低掠射微波雷达的海杂波多方位幅度特性分析

雷达处于低掠射角探测时,干涉、衍射以及遮挡等效应导致电磁波与海面的相互作用更加复杂,海杂波的非均匀、非高斯、非线性特性明显,使得海杂波建模难度大,同时,雷达海杂波在多方位下的特性是否存在差异也是一个问题,进一步增大了低掠射条件下海杂波的认知难度。为了提高海杂波的建模精度和多方位特性的认知,亟需开展低掠射雷达海杂波的多方位幅度特性分析。本文利用低掠射机载雷达数据,围绕雷达的低掠射和多方位两个特点,开展了多方位海杂波的幅度特性差异分析,在此基础上,利用多个海杂波模型对低掠射、多方位下的海杂波进行拟合优度分析。实现了低掠射角条件下海杂波的多方位特性差异认知,包括不同方位下的带宽、功率和最优海杂波模型。实验结果表明,雷达前视状态带宽最窄,侧视最宽;右侧视时的海杂波功率大于左侧视,且正侧视时最大;对于多方位下的最优海杂波拟合,雷达前视时推荐G0分布,而侧视模式下,海杂波更接近K和GΓD分布。      

星载SAR海面场景回波仿真

利用分形海面模型、Kirchhoff近似电磁散射模型和基于时序的动态场景回波仿真模型得到星载SAR海面场景回波.给出理想单色波海浪和分形海面回波仿真实例,回波成像结果符合倾斜调制、速度聚束调制和实际海面SAR图像的统计特性,表明该方法有效.仿真得到的回波数据可为星载SAR海面顺轨干涉(ATl-SAR)测洋流、海洋全极化探测、反演海谱等仿真研究提供源数据.     

海洋环境对雷达海杂波后向散射特性影响分析

为分析海洋环境对雷达海杂波后向散射特性的影响,建立了一种基于修正复合模型方法的雷达海杂波后向散射关系模型。雷达入射余角较大时,主要散射形式为镜面散射;入射余角较小时,主要散射形式为Bragg散射。考虑了逆顺风条件下后向散射系数的差异性,改进了原有模型Bragg散射的方向海谱部分,增加了风向因子。利用模型对不同入射角条件下海洋环境因素与后向散射系数的关系进行了仿真计算。计算结果表明,当海面作为雷达波的反射面时,雷达后向散射特性十分复杂,风速、风向、海浪、降水、海面油污等海洋环境因素都会对其产生影响。其中,风速和有效波高对海面后向散射的影响最大,风向次之,降水再次之,而海面油污的影响最小。      

实测海杂波数据的多重分形特性分析

为充分描述海杂波时变特性和局部奇异性,将多重分形理论应用到雷达海杂波特性分析中,理论分析了海杂波的多重分形参数,并进一步分析了实测海杂波数据的多重分形谱、质量指数和奇异指数,结果表明海杂波具有明显的多重分形特性,该分析方法可以很好地解释海杂波内在非线性特性,并比传统的统计特性分析方法更加能确切地描述杂波的产生机理,为基于多重分形特性的雷达目标检测提供了依据。