基于电磁散射模型的宽带雷达海杂波特性分析

宽带雷达在抗干扰、目标识别与跟踪等方面具有独特优势。基于粗糙面电磁散射模型对宽带雷达海杂波特性进行了分析。首先利用PM谱函数建立二维海洋粗糙面,引入锥形入射波来克服粗糙面的边缘衍射;然后利用物理光学电磁散射模型,并结合子带合成法,得到宽带条件下散射单元的杂波幅度;最后对宽带雷达杂波回波信号进行建模与仿真,得到海面环境杂波的频谱特性和一维距离像,进而分析了雷达工作带宽、入射擦地角和海面风速对海杂波特性的影响。仿真结果表明:雷达工作带宽增加,入射擦地角减小,海杂波回波幅值均有明显下降,而海面风速对海杂波幅值影响不太明显。     

一维线性海面弱流场对雷达后向散射系数的影响

基于谱扰动理论，分析了一维线性海面弱流场与微尺度表面波之间的相互作用及由此产生的海浪谱扰动。根据布拉格散射模型讨论了谱扰动对雷达后向散射系数的影响，并进行了数值模拟。针对辐聚、辐散流分别给出了不同流速梯度和不同雷达波长情况下雷达散射系数的影响。从而定量地描述了海面弱流场对雷达后向散射系数的影响。     

基于PM谱的二维各向异性海面电磁散射的微扰法研究

运用微扰法研究了基于PM谱的二维各向异性海面电磁散射问题,结合其功率谱推导出了平面电磁波入射时的散射系数表达式。通过数值计算得到了HH极化下双站散射系数随散射角变化的曲线,讨论了摩擦风速、风区范围、海面上方10 m高度处的风速、观察方向与逆风方向之间夹角和入射波频率对双站散射系数的影响,得到了基于PM谱的二维各向异性海面电磁散射的基本特征、分区特征和随频率变化的特征。     

海面杂波与目标雷达回波的的数值模拟

提出了一种将广义前后向迭代方法与谱加速算法结合的快速迭代数值方法,计算了电场水平极化与电场垂直极化锥形波入射到有船目标存在的粗糙海面上时海面散射杂波与目标回波,研究了雷达散射回波与某些重要的物理参数如极化、视角(特别是低掠角)和海面风速等因素的关系,给出了相应的计算结果.     

海面浪高参数的数值模拟与反演

为了获取海面浪高参数信息,引入一定海浪谱下的窄波束雷达一阶、二阶截面方程;利用双站雷达解决单站雷达只能提供模糊的海浪方向信息这一问题;设定海风速度、雷达工作频率以及2部雷达波束和风向的夹角,使用窄波束的雷达截面方程模拟归一化的海面回波Doppler谱;用其反演的幅度谱,借助有效浪高概念,计算出有效浪高。模拟结果显示,双站雷达可以减小因风向不同而带来的误差。     

海面杂波与目标雷达回波的数值模拟

提出了一种广义前后向迭代方法与谱加速算法结合的快速迭代数值方法,计算了电场水平极化与电场垂直极化锥形波入射到有船目标存在的粗糙海面上时海面散射杂波与目标回波,研究了雷达散射回波与某些重要的物理参数如极化、视角（特别是低掠角）和海面风速等因素的关系,给出了相应的计算结果。     

基于船舶运动的微波多普勒海面回波模拟与分析

根据船载雷达探测海面时的工作特点,深入研究走航状态下微波段电磁波与海表面的作用机理.根据线性波浪理论和船舶运动规律,建立了基于时变海面的船舶运动模型,并通过与实测数据对比验证了模型的有效性.采用小斜率近似法计算海面的电磁散射,仿真得到走航状态下微波段海面散射回波,并分析了不同船舶运动方式对回波多普勒谱的影响.通过采用空间海浪反演算法验证仿真结果,证明了回波模拟算法的正确性.结果表明船舶运动导致回波统计特征发生明显变化,该结论为船载平台下海面后向散射回波研究与海浪反演算法改进提供了先验信息与理论模型.     

基于小波变换的天波雷达舰船目标检测方案

针对天波超视距雷达(OTHR)舰船目标自适应检测的难题,提出一种基于修正的峰值信噪比(MPSNR)-离散小波变换(DWT)的方案.首先在预处理过程中拼接接收数据各通道中当前监视区域的距离多普勒谱,然后通过令MPSNR最大化实现海杂波的自适应抑制,最后利用排序统计-恒虚警率检测器进行舰船目标检测.理论上本方案中的MPSNR较已有方案中的峰值信噪比对海杂波被抑制的程度更为敏感,因此本方案较已有方案对海杂波的抑制更为充分,进而可以改善目标检测性能.仿真数据和实测数据的结果表明本方案对舰船目标的信杂噪比提升了2.6 dB.     

天波雷达子空间分解类海杂波抑制方法评估

构建了基于子空间分解的天波超视距雷达海杂波抑制方法统一模型,并在该模型下阐释了基于特征值分解、奇异值分解和高阶奇异值分解三种典型方法的机理,给出了模型预设参数的选取方法,结合信杂比改善因子比较分析了三种方法在不同数据条件下的性能,并讨论比较了实现复杂度.最后通过对实测海杂波数据的处理分析验证了三种典型方法在存在低可探测舰船目标下的有效性和鲁棒性,试验表明:基于高阶奇异值分解的海杂波抑制方法的有效性和鲁棒性较优.     

Ku波段散射计近场海浪标定探测的多参量自动采集与处理系统

近场海浪后散射的标定探测，研究海况特征要素，目前仍是无线电海洋学界十分关注的课题。近场标定探测存在多信道参量信号同步采集与处理的难题。本文在分析近场海浪后散射统计特征的基础上，提出适于近场的散射计、Ｃ／ＦＭ波高计和测风计同步采集和相关处理的新方法，发现这些数据群有强相关统计特征的谱密分布和准高斯分布，并为海表统计散射特征反演海表波场和风场提供颇有价值的数据。     

一维带限Weierstrass分形粗糙海面电磁后向散射的微扰法研究

运用微扰法研究了平面电磁波入射随机粗糙海面的后向散射问题,结合一维带限Weier-strass分形粗糙海面的功率谱,导出了一维带限Weierstrass分形粗糙海面后向散射截面的数学表达式,进一步得出了不同极化状态下后向散射系数的计算公式。通过数值计算得到了两种情形下后向散射系数随入射角的变化曲线,讨论了粗糙面高度起伏均方根、分维、空间基频、标度区间、海水温度、入射波频率对后向散射系数的影响。得到了一维带限Weierstrass分形粗糙海面后向散射系数的基本特征、分形特征、随频率变化特征。     

驻相近似下二维海面后向散射增强效应研究

基于驻相近似下得到的考虑遮蔽效应时的粗糙面散射一、二阶基尔霍夫公式,研究了满足半经验海谱分布的二维介质粗糙海面的电磁散射,分析了海面散射出现后向增强效应的条件,计算了不同极化状态的散射系数角分布,并进行了比较,详细讨论了二阶散射系数角分布及后向增强效应随风速、入射频率和入射角的变化规律.     

基于物理模型的动态海面电磁仿真方法研究

针对微波海洋遥感中复杂海面电磁环境难以准确建模的问题,给出了粗糙海面及目标的电磁仿真方法。通过海浪谱模型建立了与实际情况相符的三维海面,设置相应的电磁参数,准确复现海洋环境。采用时域有限差分方法(FDTD),将空间和时间离散化并进行迭代运算,计算动态实时的电磁分布状态。最后通过仿真对海面模型进行验证,并给出了相应的电磁分布状态。结果表明,该方法能够有效实现完整的海洋电磁散射仿真系统。     

星载激光测高仪海面回波的仿真与分析

星载激光测高仪发射的1 064 nm波长激光被波动海洋表面反射,系统接收的时间波形与瞬时海面波浪分布相关。而海面波浪又直接受海面风速影响,因此可以通过观测激光测高仪回波变化监测不同风速下海态变化。本文依据激光雷达方程,利用蒙特卡洛法模拟不同风速下的海面波浪分布,通过光线追击建立海面回波波形仿真器;以地球科学激光测高系统(geo-science laser altimeter system,GLAS)参数为输入,仿真得到不同风速下的海面回波:发现当海面风速在3~10 m/s之间时,回波呈单峰高斯波形,与GLAS发布的实际回波相符;且回波脉宽,以及有效能量反射率(即有效回波能量与发射能量之比)与实测参数误差小于10%。进一步分析可知,回波特征参数与海面风速之间存在显著关联,为利用激光测高仪大规模精确反演海洋表面风速奠定了基础。     

一维带限Weierstrass分形海面电磁散射的矩量法研究

采用一维带限Weierstrass分形函数来模拟实际的分形海面,依据海水的介电特性,运用矩量法研究了锥形波入射一维带限Weierstrass分形海面的电磁散射特性。通过数值计算得到了散射系数随散射角的变化曲线,讨论了风速、分维、海水盐含量、入射波频率对散射系数的影响,得到了一维带限Weierstrass分形海面散射系数的基本特征、分形特征和随频率变化特征。结果表明,风速、分维和入射波频率对散射系数有显著影响,而海水盐含量对散射系数的影响较小。     

海面干扰信号的研究及仿真

海面对引信的干扰很大,易造成引信弹道早炸。为了加强引信的抗干扰性,该文研究了海面干扰信号的平均功率,海面有效反射系数的特性,海面干扰信号的幅度分布特性和功率谱特性。根据干扰信号的分布特性,采用随机信号产生理论,仿真出不同海情时的海面干扰信号,可用来检验引信的抗干扰性。     

紧凑型地波超视距雷达海杂波区目标检测影响因素研究

针对紧凑型地波超视距雷达海杂波周边及区域内目标难以检测问题，通过相关影响因素的理论及实测数据统计分析，对系统信号积累时间选取、目标航行状态与海杂波区的关联以及实测数据的联合域展开研究,分析结果为雷达相干积累时间的选取制定了取值范围。研究表明海杂波区内远距离非机动目标潜在驻留时间超过雷达积累时间，且导致的回波多普勒变化量有限，但海杂波和目标在时空及极化域具有相对较大的差异，可作为海杂波区目标检测的重要依据。