海上风电机雷达回波及其微多普勒特征

精确模拟海上风电机雷达回波并提取其微多普勒特征,是解决海上风电场对邻近雷达台站无源干扰的关键问题。由于现有算法将风电机所处的海面背景直接以平面良导体等效而过于简单,且传统的等间距散射点模型无法表征风电机叶片的三维异形曲面特征。为此,在回波求解时引入粗糙海面前向复反射系数,同时结合风电机的三维散射点等效模型,提出了基于时域回波电场的海上风电机雷达回波数值模拟算法。根据矩量法中RWG函数离散电场方程的思想,建立风电机三维散射点等效模型。考虑到电磁波作用在海面时的畸变效应,利用粗糙海面前向复反射系数推导出了时域回波电场求解公式,并获取了海上风电机雷达回波的模拟结果。最后,将风电机海面背景下的回波微多普勒特征与自由空间下的进行对比,证明海面背景不可忽略。进一步采用控制单一变量的方法分析了微多普勒频移的海况响应特性,即浪高的均方根与多普勒频移呈负相关。这也为后续海上风电机回波的识别与滤除提供理论参考。     

基于动态RCS的风电机叶片多普勒特性

风电机叶片动态旋转对雷达信号产生的多普勒效应,是邻近雷达台站识别风电场杂波的重要依据。现有研究手段由于难以获得精准的风电机叶片雷达回波仿真信号,进而无法获取准确的多普勒频谱。为此,避开风电机叶片雷达回波精准仿真的难题,通过叶片多普勒效应的产生机理研究,提出了一种通过叶片动态雷达散射截面(RCS)求解多普勒频谱的思想,即基于成熟的电大尺寸目标动态RCS精确求解技术,采用准静态法,运用物理光学法(PO)和等效电磁流法(ECM)构成的混合算法,获得叶片运动状态下的RCS时域曲线,最后利用短时傅里叶变换(STFT)得到叶片的多普勒频谱。基于该方法,计算并分析了风电机叶片在旋转、变矩、挥舞及倾斜等工况下的多普勒特性,为风电机雷达目标信号的识别、雷达散射截面的缩减,以及雷达侧风电场杂波的抑制提供参考。     

基于多视角属性散射中心的风电机动态叶片雷达回波模拟

模拟高保真的动态风电机叶片雷达回波并提取其多普勒特征,是解决风电场对雷达台站无源干扰的关键问题。针对现有算法均无法准确且实时模拟动态叶片回波的问题,突破采用单一视角的静态散射中心模拟叶片回波的传统思路,将雷达视线下叶片整个旋转周期大转角划分为多个子视角,提出一种基于多视角属性散射中心的动态风电机叶片雷达回波模拟算法。考虑叶片动态旋转中叶片空间姿态对散射中心参量的变化影响,引入属性散射中心模型,采用正交匹配追踪的贪婪算法,提取各雷达视角下动态叶片的属性散射中心;并建立散射中心与叶片运动特征在时间上的对应关系,重构出叶片旋转一周的散射电场,利用短时傅里叶变换,最终模拟出动态叶片的回波。以金风82/1500型风电机叶片为算例,与传统回波模拟方法以及实验测量得到的结果进行对比,结果表明,所提算法较散射中心的积分算法在精度上提高了34.7%,实现了动态叶片回波的实时模拟。     

基于奇异值分解的风电场杂波微动特征提取

风电场作为一种特殊的大型建筑物,会影响航管监视雷达对飞机目标的准确探测。同时,由于风电场通常分布在某一大面积区域,风轮机之间具有多径传输特性,进而会影响航管监视雷达对飞机目标的定位和测速。因而,分析风电场杂波的微动特征有助于检测和识别风电场杂波信号,提高雷达探测目标的准确性。基于航管监视雷达风电场回波信号模型,利用奇异值分解技术分析了风电场回波信号的微动特征,并构造相应的特征量实现其微动特征的提取。同时,在飞机目标存在背景下,提取了风电场回波的微动特征,并将其与飞机目标的多普勒特征进行对比分析,仿真结果证明了所提方法的有效性。     

基于自适应滤波器的地雷背景噪声抑制

作为一种新的探雷方法,探地雷达在探雷领域得到了广泛的应用。由于雷达回波信号包含有很多杂散信号,目标信号被强噪声信号所淹没,为了提高雷达回波信号的信噪比,有利于地雷的识别和检测,文章提出了一种基于自适应滤波器的背景噪声消除方法对回波信号进行杂波抑制。采用该方法对DeTeC的数据进行分析的结果表明,该方法能有效地去除直达波,抑制背景噪声,分离出目标信号。     

基于改进Kalmus滤波的悬停无人机检测技术

针对复杂杂波环境下悬停无人机检测问题，提出了一种改进的Kalmus滤波 剩余回波时域均值相消 自适应CFAR联合处理算法，对无人机微多普勒检测，实现空管监视目的。通过改进的Kalmus滤波器进行频域滤波，同时对目标回波高频信号和零频信号抑制，并提高零频附近微多普勒信号增益。采用剩余回波均值相消进行二次滤波，提高无人机高速旋翼的多普勒特征信号信噪比，采用短时傅里叶算法检测目标区域多普勒变化，最后通过恒虚警处理，进一步抑制杂波，提取微多普勒信息。试验结果表明本文算法可以对悬停无人机的旋翼多普勒特征进行有效检测，目标多普勒信号幅值提升了约20 dB，实现低空监视管控目的。     

海面SAR时域回波信号可视化仿真计算

利用计算机来模拟合成孔径雷达回波信号是雷达系统仿真中重要的一部分。借助雷达目标的高频电磁散射特性,运用图形电磁计算方法,开发了可快速、有效地获取合成孔径雷达回波信号的方法,可为合成孔径雷达成像提供原始的雷达回波数据。以起浪海面为目标实例,利用海浪频谱构建海面的几何模型,针对此海面模型,运用高频散射机理,实时可视化地计算其电磁波回波场强以及模拟出时域回波信号。利用条带式合成孔径雷达成像方法,通过该回波信号仿真出海浪面的合成孔径图像,验证了该方法有效性。     

基于S-Method分布的微多普勒特征分析

微多普勒特征是雷达目标所具有的独特特征之一,对目标的分类、识别具有特殊的意义.研究高精度时频分析方法在分析目标微动特性中的作用,可以为后续目标识别提供很好的支撑.S-Method分布作为一种新型的时频分析方法,它基于短时傅里叶变换来实现,减少了分析过程中的运算量,同时能较好地解决交叉项问题.首先对弹道导弹弹头的微动模型进行建模,推导得到微动模型的理论微多普勒频率,然后采用S-Method分布对回波信号进行时频分析仿真实验,获得弹头目标章动的高精度的时间-微多普勒频率图.通过比较其在分析过程中的时频分辨率、交叉项,具体阐述S-Method分布在时频分析中的优势.因此可以将S-Method分布应用于雷达目标微多普勒分析中,分析实时变化的微多普勒频率特征.     

二维距离-多普勒海杂波信号模拟与实现方法

对满足K分布的距离-多普勒二维海杂波建模和快速模拟方法进行了研究。利用距离-多普勒分辨单元对海面进行划分,分析计算了海杂波功率谱密度,并采用球不变随机过程方法得到二维相参K分布海杂波模型。利用电磁仿真软件分析了海面的电磁散射系数,计算得到了海面一维距离像和模拟信号。设计了海杂波信号模拟系统,利用仿真得到的数据可实时产生雷达二维海杂波信号。     

CW波多普勒信号运放电路的设计与实现

针对微波探测旋翼无人机多普勒回波信号微弱的问题,通过对目标多普勒效应及微多普勒效应的分析,设计了一种微波探测模块后端的信号运算放大电路。结合目标运动特性,制定回波信号处理电路设计指标,选用LM2904运算放大器构成二级运算放大电路,并确定外围电路参数。运放电路在不同频率下,产生不同放大倍数,实现对目标多普勒回波信号的准确放大。仿真及实验结果表明,该信号处理电路具有良好的频率响应,有利于提高微波收发模块的探测精度。     

基于LabVIEW的进动目标暗室测量实验软件设计

空间进动目标的电磁散射数据是研究进动特征识别问题的基础,而外场实验方法和传统的计算机仿真方法或由于实验条件苛刻难以满足或由于模型不能充分反映目标特性而使数据过于理想化。提出了一种用模拟的雷达系统探测进动目标散射特性的半实物仿真实验方案,设计了一种可以实时采集目标电磁散射特性的软件,该软件实现了基于LabVIEW的数据连续采集技术和波形存储技术。采用此软件进行了仿真实验,通过数据处理的结果与理论分析的比较证明了所设计的仿真软件的有效性。     

阵列式射频仿真系统中目标全极化回波模拟方法研究

本文主要针对反舰导弹末制导雷达极化抗干扰试验需求,开展阵列式射频仿真试验系统可变极化模拟方法研究。提出了一种目标全极化回波模拟方法,该方法充分考虑目标运动对其极化特性影响,准确描述导弹、飞机等目标高速运动状态下的极化散射特性。根据该方法,采用Simulink进行了典型舰船目标全极化回波仿真,仿真结果表明水平\垂直极化通道回波变化规律同实测数据变化规律保持一致,说明该方法的正确性。研究成果可直接应用于靶场装备建设和试验工作中,为装备建设和导引头试验提供理论基础和技术支撑。     

金属球电磁散射特性FDTD并行计算及性能分析

研究金属球电磁散射特性及其FDTD并行计算,可为金属目标和结构更为复杂的其他目标的电磁散射特性及复杂算法的研究提供理论依据与方法借鉴.采用时域有限差分（FDTD）法分析了自由空间中金属球远区散射电场分布情况,得到了电磁波远场区电场分量和雷达散射截面（RCS）的波形曲线,与现有实验数据作了比对,利用OpenMP＋细粒度方式实现了FDTD算法并行化,并对该并行方法进行了并行性能分析与正确性验证.实验表明,计算结果与现有金属球远场区散射场数据非常吻合,并证明了该并行算法的正确性和有效性.     

微波三维成像离散点目标回波数据模拟

成像雷达一般可分为合成孔径雷达(SAR)和逆合成孔径雷达(ISAR).研究目标的RCS特性当前普遍应用ISAR成像技术,而这些目标的成像能力都依赖于目标的回波信号.在ISAR三维成像理论的基础上,模拟离散点目标的回波信号,为三维成像软件提供三维空间的模拟数据,用来验证成像软件的正确性.基于已有的一维和二维成像软件对模拟数据进行了分析.从三维数据中提取出一维和二维数据,成像结果证明了模拟数据在一维和二维的有效性,从而保证了模拟数据三维成像可靠性.     

基于压缩感知的雷达目标辨识

针对弹道导弹中段飞行过程中产生的自旋和进动特征,首先建立了目标的微动和回波模型,分析了自旋和进动两种运动模式,详细推导了微动产生的微多普勒频率的数学公式,获得的二维时频图与理论上一致,验证了模型的正确性.然后针对低脉冲重复频率(LPRF)可能产生的微多普勒模糊,利用压缩感知,重构了信号微多普勒,解决了模糊问题,由此减小了雷达处理信号压力.并在此基础上求取了不同运动方式下,自旋和进动的运动周期.实验结果表明,本方法获得了较好效果以及在目标识别运用上的有效性.     

基于隐马尔可夫模型的MIMO雷达目标检测

MIMO雷达是一种新体制雷达,相对于传统雷达在目标检测及参数估计性能都有很大提高。本文针对MIMO雷达的发射信号特点及天线阵元布置特点,分析了雷达目标和杂波的散射特点。目标回波的各向异性比杂波更强。因此可以用隐马尔可夫模型（HMM）对目标和杂波分别建模,实现目标和杂波的分离。在检测过程中,首先用样本模型对HMM进行训练,得出它的参数。然后用训练好的HMMs分别对待检测信号进行归类,分别计算它属于杂波和目标的概率,计算概率比值,大于门限判断有目标。仿真实验表明,本文方法的检测性能优于传统的检测方法。本方法在检测时候的计算量很小,有利于信号的实时处理。     

脉冲多普勒雷达地杂波仿真与系统实现

针对脉冲多普勒雷达,首先介绍了雷达杂波模拟器中地杂波的仿真模型,并对地杂波采用零记忆非线性变换(ZMNL)的方法进行仿真.同时给出了雷达信号模拟器的总体结构和硬件系统实现方案,本文构成通用的脉冲多普勒雷达信号模拟器可应用于对脉冲多普勒雷达信号的模拟,并取得了较好的效果.     

一种基于数字解调模式的无线超声多普勒胎儿监护仪系统的设计及实现

传统超声多普勒胎儿监护仪均采用模拟解调进行胎儿心率的分析,由于该模式下的解调信号为单路信号,无法进行矢量分析,因此在实际应用过程中,存在着对二尖瓣的正负向运动的重复识别,造成心率翻倍现象.设计并实现了一种基于数字解调模式的无线超声多普勒胎儿监护系统,其采用时域加窗方式对超声回波信号进行数字解调处理,并根据计算所得到的矢...     

毫米波雷达海雾观测数据中的舰船杂波分析

海雾探测雷达由于架设高度低、观测仰角低,会受到众多来源的杂波干扰,这些杂波的分析是改善海雾探测效果的基础。本文针对毫米波海雾探测雷达数据中的舰船杂波,统计了舰船所造成杂波的时域及频域特性,提出了舰船杂波提取算法,实现了舰船信号和气象回波的分离。在此基础上,通过剔除舰船信号后的功率谱二次识别,实现了海雾观测数据中舰船信息的抑制,提升了毫米波雷达测雾数据的质量。更进一步,通过挖掘杂波中蕴含的信息,成功提取出舰船的长度、航速、航向等多重信息。初步探究了气象雷达在舰船监测方面的应用潜力。     

金属球电磁散射特性FDTD混合并行算法研究

研究金属球电磁散射特性与MPI OpenMP混合并行FDTD算法,可为金属目标和其他复杂介质目标的电磁散射特性及大数据计算提供一定的理论依据和方法借鉴。采用FDTD方法分析了自由空间中金属球的电磁特性,利用Fortran软件实现了金属球数据建模,得到了远场区电场分量和雷达散射截面的波形曲线,实现了MPI OpenMP混合并行FDTD计算。实验表明,计算结果与现有实验数据非常吻合,且该并行方法是正确的,具有良好的加速比和效率。