一种角度与极化稳定的可调控电磁散射结构的设计与验证

通过调控成像雷达散射波的幅度、相位达到隐身伪装目的，是电子对抗领域发展的新方向.本文提出一种S波段角度与极化稳定的可调控电磁散射结构(electromagnetic scattering structure,ESS)，该结构正面为加载变容二极管的金属网栅及方形金属贴片，背面为过孔连接的馈电网栅.利用二极管电容加载、等效电感加强、背面馈电电感等设计，实现了ESS的宽带小型化，其单元尺寸为λ₀/10.通过改变外置调控电压，可实现1.98～3.91 GHz的连续调控，相对调控范围为69.5%.其中，在2.27～3.83 GHz反射波幅度调控深度大于15 dB，相位变化最大为269°.此外，整体性能在±60°入射、TE/TM极化下保持稳定，在雷达成像干扰领域具有良好应用前景.     

基于旋转角反射器的ISAR干扰新方法

根据旋转角反射器的雷达回波特点,提出一种新的ISAR干扰方法.该方法利用角反射器的旋转控制产生的微多普勒效应对ISAR回波进行有效的调制,在方位向上形成干扰条带,同时利用旋转角反射器的距离向布阵实现距离维的压制干扰,从而达到遮盖ISAR目标的目的.对旋转角反射器的干扰建模、旋转角反射器的关键参数选择和布阵策略进行了详细的分析,对该干扰方法的工程实现具有一定的参考价值.最后,仿真数据和实测数据的处理结果验证了该方法的有效性.     

二维分形海面的全极化散射模型

采用二维分形海面模型模拟海面状态,根据惠根斯原理,把海面近似为无数克希霍夫散射面,并根据驻相原理导出散射面法线的方向导数,推导出笛卡儿坐标系下椭圆极化入射时海面的散射场和局部坐标系下的散射系数矩阵,建立了二维分形海面的全极化双站雷达散射模型,并数值计算了全极化海面雷达截面.与经典单极化散射模型相比,该模型不仅保留共极化(HH极化VV极化)散射信息,还包含了多极化SAR海浪谱反演过程中必不可少的交叉极化(VH极化HV极化)信息.数值结果表明用该模型计算的共极化雷达截面与其他文献计算的结果能很好的吻合.同时给出了二维分形海面的不同接收方位雷达截面的数值模拟结果.     

基于极化分解的舰船和角反射器鉴别方法

使用角反射器是舰船电子对抗中常用的一种无源干扰方式,它在时域、频域和空域上与舰船的雷达回波都没有显著差异,因此传统单极化雷达很难有效鉴别舰船和角反射器。分析了舰船和角反射器在极化回波上的特性差异,并基于Krogager极化分解提取了单频点和多频点情况下的特征矢量,通过支持矢量机对舰船和角反射器进行了鉴别。电磁计算数据表明：该方法可以较好地对二者进行鉴别,且对单角反射器和阵列角反射器都有效,为解决舰船和角反射器的鉴别问题提供了一个可行的思路。     

新型多维电磁特性可调控雷达角反射器设计方法研究

为了提高雷达角反射器的电磁特性模拟灵活度,提出了两种新型电磁特性可调控雷达角反射器设计：一种通过引入幅度调控结构加载电阻阻值随电压变化的PIN二极管改变反射系数幅度;另一种通过引入相位调控结构加载电容随偏置电压变化的变容二极管改变反射系数相位.以正方形三面角反射器为例进行仿真验证,通过对幅度调控结构进行空间调制实现雷达散射截面积（radar cross section, RCS）变化,且变化范围在30dBsm以上;通过对相位调控结构进行时间调制实现二维像偏移,在设定的成像场景下产生1.875 m的偏移距离.理论分析结果与全波仿真结果吻合较好,表明了本文分析方法的可行性.该研究方法将时空调制理论应用于雷达角反射器上模拟RCS可变、距离可变的目标,为其应用提供了更广阔的应用思路和背景支持.     

极化阵列雷达单脉冲测角方法研究

极化阵列雷达兼具阵列雷达的优势和极化信息处理能力,是当前先进体制雷达研究的热点。研究了极化阵列雷达单脉冲测角的问题。在明确雷达采用的天线结构的基础上,建立了极化阵列雷达接收信号模型,提出了基于极化并联的单脉冲测角方法,分析了该方法测角性能,给出了测角性能与SNR及回波极化角的关系。通过仿真验证了方法的有效性,研究表明:极化阵列雷达单脉冲测角性能优于任意单(同)极化阵列雷达,且测角性能与回波极化状态无关。     

多级旋转式角反射器阵列电磁散射特性分析

为了提升对地面重要目标的末端防护能力及战场生存能力,本文给出了一种雷达散射截面（radar cross section, RCS）特性可调的新型角反射器结构,并基于此完成了多级旋转式角反射器阵列设计.此阵列由多个双层叠加的阵列单元组成,其中每个角反射器可绕中心轴进行旋转,并且内部反射叶片也可进行旋转,从而实现对角反射器及阵列不同角度RCS特性的调节.基于CST软件对典型线性及圆形两种阵列形式的RCS特性进行了建模及仿真分析,并针对阵列不同布设间隔以及俯仰角度情况的周向RCS特性进行了寻优分析,仿真结果验证了多级旋转式角反射器阵列RCS灵活多变的特性,为地面重要目标的末端防护提供了一种思路.     

雷达变极化接收的仿真研究

针对雷达变极化接收，分析了接收机对信号极化的影响，通过对极化接收过程中，不同幅度、相位、频率的变化对合成极化状态的影响进行了仿真分析，同时对雷达目标回波的极化状态受各种干扰信号的影响以及不同变极化接收处理方式进行了仿真，经过分析和研究，给出了相应结论。     

空间两点源的单脉冲测角极化响应研究

从雷达极化的角度分析了空间多散射/辐射源的极化敏感性,为消除空间多散射/辐射源对单脉冲雷达在角度测量上带来的严重影响提供可能的解决方向。首先分析了单脉冲雷达的测角原理,建立了空间两点源在单脉冲测角系统中的极化响应模型,之后系统研究了目标散射矩阵、目标回波幅度比和目标起伏特性对单脉冲测角的影响,得到了空间多散射/辐射源对极化有显著敏感性的结论。对提高雷达导引头抗干扰性能以及对抗拖曳式诱饵具有较大参考价值。     

超表面加载极化可重构双极化微带天线设计

基于超表面结构设计了一种2.555~2.655 GHz频段的极化可重构双极化微带天线。首先根据微带天线理论设计了缝隙耦合正交馈电的双极化微带贴片天线,然后提出并设计了一种方形切角的新型超表面结构,并将该超表面放置在双极化微带天线上,通过机械方式旋转超表面,实现了左、右旋圆极化和水平、垂直线极化之间的极化转换。利用HFSS仿真软件对该超表面加载微带双极化天线进行了仿真。结果表明,该双极化天线能够便捷地实现极化转换,且在两种极化状态下,天线在工作频带内的回波损耗小于–10 dB,隔离度大于20 dB,圆极化工作状态下的轴比小于3 dB,天线的整体性能良好。     

系统误差对分布目标极化散射测量的影响

首先统一推广了现有极化定标模型.系统地评估了极化通道幅相不平衡、天线串扰、法拉第旋转、地形坡度导致的极化角度偏转、干扰和系统环境噪声等因素对分布目标全极化散射测量的影响.在此基础上,结合应用需求对上述因素的约束条件,通过仿真得到了一些对极化合成孔径雷达系统设计和极化定标有参考价值的结论.     

基于超构表面的高效宽带交叉极化转换器设计

基于近年来利用超构表面在调控电磁波极化状态方面的热度,应用超构表面设计了一种适用于微波频段的新型极化转换器,可以在比较宽的带宽内,将入射的线极化波高效地转换为其交叉极化的反射波,在四个频点附近转换效率甚至达到100%。在整个工作频带内,仿真和测试结果基本吻合,仿真得到极化转换效率高于90%,频带宽度为7. 88-20. 70 GHz,相对带宽达到了89. 7%。理论上给出了极化转换器的设计原理,仿真确定了转换器谐振点的位置,分析了极化转换器工作的物理原理,实验验证了极化转换器的效果。所设计的极化转换超构表面在极化选择控制方面有重要应用。     

一种基于旋转角反射器的双基地前视SAR干扰方法

收发分离的双基地前视SAR侦察范围广、隐蔽性强,有源干扰实施困难。针对该问题,将旋转角反射器用于双基地前视SAR干扰,建立了旋转角反射器的回波信号模型,利用级数反演法推导了成像结果。分析可知,单个旋转角反射器由于旋转运动对SAR回波的多普勒调制,在方位向上形成条带状干扰点阵。为了形成面状干扰,有效遮蔽重点区域,提出了三角形布阵方法。仿真结果表明,三角形布阵的旋转角反射器可在双基地前视SAR图像中形成大片遮挡,且能够干扰不同构型的双基地前视SAR。     

一种度量目标散射随机性的新参数

针对现有目标散射随机性度量参数运算量偏大、度量不合理等问题,本文提出了一种基于目标散射回波极化度的度量目标散射随机性的新参数——散射随机系数。在分析散射回波极化度与散射随机性之间的相互关系的基础上,首先给出了基于散射回波极化度的散射随机系数定义。然后通过分析新参数随着目标各向异性和散射阶次的变化情况,阐明新参数在度量目标散射随机性方面是合理的。最后结合San Francisco和Flevoland两地区的实测极化数据验证了新参数在度量目标散射随机性方面的有效性,与极化散射熵的对比实验结果表明了在大数据量的POLSAR图像散射分类应用中新参数运算效率更高。      

电离层Faraday效应对远程预警雷达性能的影响

在对近地空间目标进行预警跟踪时,雷达发射的电磁波会在电离层中传播,电离层作为磁化等离子体,会导致电磁波产生Faraday旋转,从而对雷达探测性能造成影响。通过数值计算的方式,仿真了Faraday旋转效应导致的雷达极化失配损耗,并对仿真结果进行了分析。通过仿真结果可以看出:太阳活动高年,Faraday旋转角比太阳活动低年大;雷达工作频率越高,受Faraday旋转影响越小;目标仰角较低时,线极化失配损耗较小;椭圆极化方式下,极化失配损耗随椭圆轴比增大而增大;用圆极化方式可以最大程度地减小由Faraday旋转导致的雷达探测性能降低。     

基于简缩极化干涉SAR数据的森林垂直参数反演

森林区域竖直结构参数的反演是极化干涉雷达的一个重要应用,基于RVoG模型,运用全极化干涉数据可成功获得森林区域的地形估计及树高反演。该文将基于单基线简缩极化干涉SAR(C-PolInSAR)数据对森林区域进行林下地形估计及树高反演。推导单基线简缩极化干涉相干系数及相干区域,根据相干区域进行直线拟合,提出简缩极化干涉数据下的地形相位判别准则及体散射去相干估计方法,然后完成树高反演。通过L, P波段仿真数据以及实测机载数据对上述方法进行验证,获得正确地形及树高。简缩极化发射波极化状态不唯一,因此该文详细分析不同参数的椭圆极化对地形及树高等参数估计的影响,研究表明地形树高受椭圆极化波影响较小,也验证了估计方法的稳定性。     

人造目标圆极化SAR成像特性研究

本文推导了椭圆极化雷达散射矩阵与线极化散射矩阵之间的变换公式,分析计算了目标圆极化散射特性随目标定向角和轴比变化曲线。分析了三面角、二面角、偶极子（线状体）、圆柱体等目标的圆极化雷达散射特性,确认圆极化散射矩阵中各极化分量散射幅值（绝对值）均不随目标定向角变化,偶极子（线状体）目标圆极化散射矩阵各极化分量具有均衡的散射特性;三面角与二面角反射器圆极化散射能量呈现互补关系,三面角交叉极化强,二面角同极化强;圆柱体圆极化雷达散射交叉极化散射能量较大。对公路斜拉桥、舰船、圆柱铁桶等目标圆极化SAR图像进行分析判读,各目标圆极化SAR成像结果与圆极化雷达散射特性分析结果一致,揭示了圆极化SAR固有的目标成像特性。     

人造目标散射结构的零极化辨识与应用

目标最优极化是雷达极化问题研究的重要理论基础. 目标零极化又称共极化零点,是目标最优极化的重要组成部分. 通过目标零极化可以推导出目标的其他最优极化状态,其广泛应用于目标极化匹配接收、目标对比增强等领域. 文中从目标结构辨识角度首次揭示了零极化理论方法在人造目标散射结构辨识方面具有独特优势,并基于人造目标典型散射结构从理论上推导出典型散射结构的零极化矢量. 将复极化比平面的极化表征方法与极化响应特征相结合,提出了零极化三维响应特征图可视化表征方法,揭示了典型散射结构的零极化差异,得到了零极化响应特征矢量. 在此基础上提出了一种人造目标散射结构的零极化辨识方法,通过提取极化雷达图像中人造目标的强散射中心,将散射中心的零极化响应特征矢量与典型散射结构进行匹配,从而确定散射中心的散射结构类型,实现人造目标结构辨识. 结合车辆和无人机等典型人造目标的电磁计算数据,开展了目标结构辨识对比实验. 与Cameron分解方法相比,本文提出的零极化散射结构辨识方法能够准确识别出散射中心的散射结构类型. 特别对结构对称型人造目标,本文方法识别结果呈现的对称性更准确,更符合目标实际的散射特性.     

一种新的无源压制性SAR干扰方法

该文针对SAR成像的特性,提出了一种基于旋转角反射器的无源SAR压制性干扰新方法,该方法利用旋转角反射器所产生的微多普勒调制,在方位上形成干扰条带,利用旋转角反射器的排列形成距离向压制干扰,这样可以有效地遮盖所保护的目标。同时,文中详细地论述旋转角反射器关键参数的选择方法,并在此基础上提出一种最佳旋转角反射器布阵方案。仿真和实测数据的处理结果证明该方法的有效性。     

基于方位散射熵的建筑物特征提取方法

在超宽带穿墙雷达成像领域,交叉极化雷达能有效识别建筑物角散射中心,而交叉极化接收到的回波信号较弱,成像中的耦合信号得到增强,角散射信号不易识别。对此提出一种基于方位散射熵的建筑物特征提取方法。该方法首先利用散射体交叉极化相关性对交叉极化成像结果进行加权提取角散射中心,然后通过方位散射熵滤除墙体杂波影响、增强墙角散射幅度,最后使用循环迭代的中心定位算法得到精确的墙角散射中心。仿真和实验数据结果表明,该方法通过角散射体的极化特性和方位角属性可以准确地提取建筑物角散射中心。