LFMCW体制下基于TDPC-JDL的低空风切变风速估计方法

机载气象雷达下视探测低空风切变时目标信号会淹没在强杂波背景中,针对风场速度估计不准的问题,提出了一种线性调频连续波(linear frequency modulated continuous wave, LFMCW)体制下基于两维两脉冲对消-局域联合处理(two dimensional pulse-to-pulse canceller-joint domain localised, TDPC-JDL)的低空风切变风速估计方法。该方法首先利用载机速度和雷达工作参数设计TDPC预滤波器对回波数据进行预滤波,降低杂波功率;然后,利用局域联合处理对预滤波后的数据进行空时二维滤波;进而实现风场速度的准确估计。     

基于CMCAP的低空风切变风速估计方法

针对机载气象雷达在存在幅相误差影响时,杂波抑制性能下降,低空风切变风速估计不准确的问题,提出了基于组合空时主通道自适应处理(combined space-time main channel adaptive processing, CMCAP)的低空风切变风速估计方法。该方法首先对待测距离单元的雷达回波数据利用构造的降维联合空时变换矩阵进行自适应降维处理,然后构造降维处理器的最优权矢量对降维处理后的数据进行自适应滤波,进而在存在幅相误差的情况下实现风场速度的准确估计。后续仿真结果证明了所提方法的有效性。     

海杂波背景下基于MBMC的低空风切变风速估计方法

当机载气象雷达在海杂波背景下探测低空风切变时,海杂波信号会覆盖低空风切变信号,造成风速无法准确估计。针对上述问题,提出了一种在海杂波背景下基于多波束多级联(multi-beam multi-cascade, MBMC)的低空风切变风速估计方法。该方法首先利用空时插值算法矫正机载前视阵海杂波的距离依赖性,然后对空间多波束联合时域三次滑窗后的输出再级联多普勒滤波器,构造得到降维变换矩阵,执行空、时域联合自适应处理,最后通过构造代价函数估计得到风场速度。仿真结果表明,在海杂波背景下本文方法可以实现风场速度的准确估计,且具有较好的稳健性。     

海杂波背景下基于MBMC的低空风切变风速估计方法

当机载气象雷达在海杂波背景下探测低空风切变时,海杂波信号会覆盖低空风切变信号,造成风速无法准确估计。针对上述问题,提出了一种在海杂波背景下基于多波束多级联(multi-beam multi-cascade, MBMC)的低空风切变风速估计方法。该方法首先利用空时插值算法矫正机载前视阵海杂波的距离依赖性,然后对空间多波束联合时域三次滑窗后的输出再级联多普勒滤波器,构造得到降维变换矩阵,执行空、时域联合自适应处理,最后通过构造代价函数估计得到风场速度。仿真结果表明,在海杂波背景下本文方法可以实现风场速度的准确估计,且具有较好的稳健性。     

机载前视风切变雷达回波信号的一种仿真方法

风切变是造成目前空难事故的主要原因.针对对风切变研究的必要性,提出了一种机载前视风切变雷达回波信号模型和仿真方法,该模型表示了飞机在降落或起飞阶段中低空暴流雨回波和地杂波的回波谱特征,详细介绍了仿真方法的原理和仿真流程,给出了雨回波和地杂波的仿真结果,仿真结果表明的仿真方法合理、结果正确.     

基于PCA和相位差校正法的风切变预警算法

为了提高相干激光雷达风切变预警算法的预警率,提出一种基于主成分分析（principal component analysis,PCA）和相位差校正法的风切变预警算法。首先,利用PCA对雷达回波信号进行低阶主成分向量提取以实现信号重构,提高信噪比。其次,采用基于快速傅里叶变换的相位差校正法对回波信号峰值频率进行校正,降低回波信号能量泄露。然后,分别利用旋转电机实验数据和小型飞机实验数据对所提算法进行性能评估。结果表明,采用所提算法估计相干激光雷达回波信号峰值频率的平均绝对误差为0.26 MHz,对实际低空风切变的预警率为92.31%。所提算法可以有效降低相干激光雷达回波信号频率估计误差,实现低空风切变预警。     

强杂波下基于压缩感知的低空风切变速度解模糊

毫米波线性调频连续波(linear frequency modulated continuous wave, LFMCW)雷达进行低空风切变检测时, 会严重受到地杂波信号干扰, 并且风速估值模糊。针对该问题, 本文提出强杂波背景下利用压缩感知实现低空风切变速度解模糊。该方法依据多重频脉组参差方式下雷达回波的非均匀欠采样特性在角度-多普勒域中构建无模糊冗余字典(感知矩阵), 之后利用压缩感知技术提取杂波谱主要分量, 估计杂波能量支撑区, 建立杂波抑制矩阵, 接着基于加权的最小l₁范数优化模型实现杂波抑制并恢复出低空风切变在角度-多普勒域中不模糊的稀疏向量, 得到风场无模糊多普勒信息, 最终求得准确的速度值。     

机载气象雷达的三维湍流模型和探测仿真方法

对湍流等复杂气象目标的探测仿真是研究复杂气象目标的有效方法,为了提高机载气象雷达对湍流目标的探测仿真系统的精度,提出一种新的基于蒙特卡罗原理的大气湍流三维建模方法。基于相关函数矩阵生成了Von Karman湍流模型,将该模型应用到机载气象雷达湍流目标检测系统中,通过该数学模型生成湍流的雷达回波模型,对湍流目标的多普勒速度和谱宽进行估计和分析。仿真结果表明,该模型可以满足机载气象雷达湍流目标仿真时对湍流风场数值的要求,通过理论分析与仿真数值的相关性检验对比,证明所提仿真模型符合理论模型特征且具有较高的仿真精度,满足大气湍流的统计特性。通过与Dryden模型在湍流探测仿真结果进行对比,所提模型更接近于真实风场特点。     

用于实时弹道仿真的低空风切变复合模型

风切变是一种形成概率高、危害范围广的气象现象,对弹箭飞行具有较大影响。针对几种典型低空风切变的流动特点,基于位势流动理论,分别建立了微下击暴流涡环模型、过山气流圆柱绕流模型和低空急流平面壁面射流模型。在此基础上,以发射坐标系为基准,提出一种考虑天气和地形的低空风切变复合模型。以某122 mm火箭弹为例,进行算例仿真。仿真结果表明:所建立的低空风切变复合模型具有良好的三维特性,能够合理描述典型风切变现象的气体流动特点。应用于实时弹道仿真中,可有效反映出复杂环境下不同种类低空风切变对弹箭飞行的影响规律。     

基于同伦稀疏STAP的低空风切变风速估计

在机载气象雷达前视阵下,由于杂波的距离依赖性导致独立同分布(independent identically distributed, IID)训练样本严重不足,传统的空时自适应处理(space-time adaptive processing, STAP)算法性能下降,风场速度估计不准。针对此问题,提出一种基于同伦稀疏STAP的低空风切变风速估计方法,该方法仅需少量IID训练样本就能够达到较好的风场速度估计效果。首先,利用同伦稀疏恢复算法估计杂波协方差矩阵,从而重构出高分辨率的杂波空时二维谱。然后,通过求解STAP处理器的最优权矢量自适应滤除杂波。最后,实现对风场风速的准确估计。仿真结果证明所提方法的有效性。     

基于改进MAP方法的气象雷达风电场杂波抑制

雷达波束覆盖区域内风电场后向散射引起的杂波与气象目标回波具有类似的特性,进而影响气象目标参数估计的稳健性,导致气象雷达产生误检测与误识别。利用气象雷达二次产品(Level-II)实测数据,基于最大后验概率(maximum a posteriori,MAP)算法实现风电场杂波抑制。在传统MAP算法基础上,考虑气象雷达和风电场位置、地形等因素对雷达波束的影响,并将其作为先验信息来选取有效的气象雷达高仰角扫描数据,以此来改善风电场杂波的抑制效果。针对高扫及低扫区域内径向速度变化较为剧烈所导致的MAP杂波抑制算法性能下降的问题,基于气象目标参数随距离均匀分布特性,用风电场周围未污染气象目标的径向速度作为先验信息,对传统MAP算法抑制后的径向速度进行修正。为定量评价风电场抑制算法的性能,给出了定量评价风电场杂波抑制效果的性能指标,并利用气象雷达不同体扫模式VCP(volume cover pattern)下的Level-II数据对本文提出算法的有效性进行了验证。     

基于模型转换频率估计的低空目标分类

为解决传统机械扫描预警雷达的低空目标分类问题, 提出一种利用模型转换频率估计的飞鸟与无人机目标分类方法。首先, 建立可能的无人机和飞鸟目标运动模型, 进而对目标轨迹进行多模型滤波和平滑处理。然后, 通过估计目标的模型转换频率实现目标分类。仿真结果验证了所提方法的鲁棒性和有效性, 证明经过平滑处理的目标分类结果优于仅经过滤波处理。针对低空预警雷达在机场和海岸环境中采集的真实数据, 在无人机频繁改变飞行方向模拟飞鸟机动性特征的情况下, 所提方法仍然可以较好地跟踪和区分无人机与飞鸟目标, 大幅降低了雷达系统的虚警率。     

用于飞行实时仿真的微下击暴流建模研究

分析了微下击暴流的特征和用于飞行实时仿真中的建模需求。基于流体力学的涡环原理构建三维微下击暴流的参数化模型,并对涡环法建模进行了深入改进。基于流体力学方法解决了涡环法模型的中心轴处和涡核内的奇异问题。针对真实微下击暴流风场的特点,设计了倾斜涡环模型和多涡环模型,从而高逼真度地模拟复杂的微下击暴流风场。简要讨论了该模型在飞行实时仿真中的应用方法。该建模方法灵活性高,可重配置,不仅可用于变化风场中的飞行实时仿真,还可用于对实际风场测量数据进行辨识建模和再现研究。     

三坐标数字电视外辐射源雷达实验研究

论述了利用新近研制的二维阵列开展基于数字电视信号的三坐标外辐射源探测实验的研究结果。结合数字电视信号的电波覆盖特征,首先论证了低空目标三坐标定位情况下仰角测量的必要性,接着阐述了接收阵列设计的原理和方案,并讨论了相应的仰角和方位角的估计策略及转换方法,最后重点介绍了实验开展的情况,包括系统配置、空中目标探测典型结果及分析,从实验角度验证了该三坐标数字电视外辐射源雷达方案的性能。     

沿岸建筑物对VTS雷达的遮蔽建模与仿真

为研究沿岸建筑物对VTS (vessel traffic service)雷达的遮蔽影响程度,提出雷达遮蔽盲区的数学表达模型,基于表达模型和几何关系计算得出遮蔽盲区的范围和高度;提出一种三维建模和仿真方法来研究雷达遮蔽区域。以太子湾邮轮母港建筑对蛇口雷达的影响为例,将遮蔽盲区的计算结果、仿真结果和实船试验进行对比,验证了仿真方法的正确性和工程实用性。本文的研究可用于评估建筑物对现有VTS雷达站的影响,还可为海事部门的补充监管措施以及拟建VTS雷达站选址提供重要参考。     

机动平台俯冲大斜视SAR脉冲重复频率设计

在机动平台俯冲段大斜视合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)成像中,传统脉冲重复频率(pulse repetition frequency, PRF)设计方法存在下限值过高导致数据录取量增加,且PRF值无法根据高度变化实时调整的缺陷。针对上述问题,首先构建机动平台俯冲大斜视SAR成像模型;然后提出一种新的基于等距离环的方位带宽计算方法,得到考虑运动及系统误差情况下的PRF下限值;最后提出分高度段动态选取PRF的新方法,根据平台位置动态调整较少次数的PRF值即可实现波束覆盖区内回波数据录取,解决了PRF值无法随高度变化实时调整的难题。