S波段雷达实测海杂波混沌分形特性分析

S波段海杂波信号表现了非线性和频谱时变性,传统的谱分析方法,无法反映该信号在时间上的演化规律。该文首先引入分形布朗运动模型,基于S波段雷达实测海杂波数据,计算了该分形模型的海杂波Hurst指数,进而求得了其分形维数。然后利用经典的Rosenstein方法,计算了S波段实测海杂波的最大Lyapunov指数,从而证实了S波段雷达海洋回波信号具有混沌分形特性。最后进行了计算机实验,验证了本文的结论。该文的工作为S波段海洋雷达的目标探测提供了一种新的途径。     

天波超视距雷达海杂波的混沌动态特性分析

利用替代数据法对实测回波信号进行非线性检验,Cao方法进行相空间重构、Rosenstein小数据量法计算最大Lyapunov指数、改进的格拉斯伯格-庞加莱算法(GPA)计算Kolmogorov熵以及局部可预测性检验研究了高频天波雷达(OTHR)海杂波的混沌动态特性。仿真计算表明:实测的高频天波雷达海杂波吸收子具有稳定收敛的关联维数、正的最大Lyapunov指数和正的Kolmogorov熵以及具有局部可预测的特性,验证了高频雷达海杂波确实来自于一个低维混沌系统。利用方差分析初步讨论了电离层对回波混沌特性的影响,研究表明:电离层将对回波混沌特性产生显著的影响。这些结论对高频雷达目标探测和海杂波建模研究都具有重要意义。     

适于目标检测的宽带回波信号去高频方法

运用变换的方法进行雷达回波信号压缩前,为了减少变换系数的数据量通常要对信号进行去高频处理.针对宽带雷达回波信号小波变换系数数据量大、传统小波算法去高频容易产生漏警和虚警的特点,分析了经验模式分解(EMD)中各内模函数的特性,提出了一种基于EMD算法的宽带数字信号去高频方法,并将其应用于雷达回波宽带数字信号去高频处理,运用脉冲压缩技术比较了该方法和传统小波方法去高频效果.实验表明,该方法不仅有利于宽带数字信号的数据压缩,而且在减少信号高频成分的同时,能较好地保留信号中的目标信息.     

宽波束高频雷达海洋回波的统计特性

高频(HF)雷达海洋探测是典型的粗糙面对电波的散射问题.从已有理论分析了宽波束高频地波雷达海洋回波的特点,再利用实验数据研究了回波谱的归一化标准差和杂波信号相关时间的变化规律及特性,建立了各谱区合适的统计模型并分析了某些模型参数随距离的变化规律,为优化海洋学实验设计、改进海态反演方法和低速移动目标检测提供了有力的依据.     

基于海洋回波的雷达阵列通道校准新方法

高频地波雷达(GWR)使用空间谱估计中的多信号分类(MUSIC)算法估计信号到达角时,阵列天线的互耦和接收通道幅相特性的不一致直接影响到达角的分辨率、估计精度和稳定性.本文提出一种基于海洋回波的雷达阵列通道校准方法,综合考虑阵元互耦和通道失配,无需辅助信号源,从实测海洋回波数据中通过最优化的手段,来获取通道幅相补偿信息和信号到达角估计.利用福建龙海雷达站的实测数据进行计算机模拟实验,证明该方法是可行的.     

舰载高频地波雷达(OTHR)平台运动对回波信号调制机理的研究

 本文基于高频地波舰载OTH(Over-The-Horizon)雷达后向散射回波信号的物理模型,在理论上分析并导出了揭示雷达平台运动、雷达系统参数、目标物理属性以及目标运动特性之间内在联系的舰载高频地波OTH雷达回波信号在Doppler域里的频谱展宽方程;深入分析了高频地波舰载OTH雷达平台运动对雷达回波信号高频相位的调制机理及平台运动对回波信号Doppler频谱结构的影响;推导了雷达平台运动与不同物理尺寸目标及不同运动状态目标相互作用的动态几何关系;给出了在雷达平台运动条件下静止面目标、静止点目标及运动面目标和运动点目标的回波信号频谱展宽表达式.这些基本关系式构成了在高频地波舰载OTH雷达系统中对海浪杂波特性和目标特性进行分析和研究及在展宽的一阶Bragg海浪谱中实现舰船目标分辨与检测的重要理论基础.文章最后通过对实测数据的分析与测量,证明了所得出的数学关系式的正确性.     

高频地波雷达电离层干扰抑制研究

高频地波雷达探测海洋状况和跟踪移动目标时,电离层干扰严重影响了雷达的工作性能.阐述了电离层干扰的来源,分析了电离层干扰的时间和空间特性,指出其在雷达相干积累时间之内在空间上具有稳定性,结合高频地波雷达OSMAR系统的阵列结构,采用分段自适应旁瓣对消的处理方法来抑制电离层干扰.对实测数据处理的结果表明该方法能够有效地抑制电离层干扰,改善海洋回波一阶峰的信噪比,从而提高了雷达对海洋的探测性能.     

基于分数傅里叶极化估计的高频雷达电台干扰抑制

目标探测高频雷达工作在短波波段的低频段(3~15 MHz), 该波段内密集的短波电台对高频雷达的目标探测能力造成严重影响, 必须对电台干扰加以抑制才能保证高频雷达全天候正常工作.极化滤波是抑制高频雷达中短波电台干扰的有效方法, 但需要对干扰和目标信号的极化参数进行精确估计.文章在基于分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform, FrFT)准确估计目标和干扰极化参数的基础上, 利用估计的目标和干扰极化参数来构建极化子空间, 通过极化斜投影算子对高频雷达中的电台干扰进行抑制.实测数据处理结果表明, 基于FrFT的估计方法能准确估计出回波信号中电台干扰的极化状态, 在此基础上进行的斜投影极化滤波能有效抑制高频雷达电台干扰, 提高雷达探测性能.     

垂直入射大地回波特性测量方法与实验

针对垂直入射区雷达大地回波的特性,利用S波段和8 mm波段线性调频连续波雷达散射计,开展了农田和沙地2种地形的回波测量实验,获取了2种地形在S波段和8mm波段的垂直入射区回波数据,给出了地面反射系数和散射系数的计算方法,并利用该方法由测量回波数据得出了2种地形在S波段和8 mm波段的反射和散射系数.该结果为雷达高度表和微波遥感等系统提供了设计依据.     

直升机信号的采集和分析

首先在Ｘ波段对直升机旋翼回波信号进行了仿真,给出了其信号特征,然后介绍了用Ｘ波段连续波雷达进行直升机回波信号采集试验情况,最后用时频分布方法对采集到的信号进行了分析并给出了结论。     

短时间序列的混沌检测方法及其在高频地波雷达海杂波混沌特性研究中的应用

重点讨论了两种鉴别时间序列混沌特性的方法:改进的伪最邻近点法和非线性预测法。数值实验证明了他们处理采样数较少的时间序列的有效性。同时利用这两种方法对高频地波雷达海杂波的混沌特性进行了研究。     

海面散射仿真中不同波浪谱和松弛率模型选取的对比研究

海面微波散射仿真对于实孔径、合成孔径雷达海洋遥感应用研究以及海洋监测雷达系统设计和信号处理都有很重要的意义,目前的海面散射仿真方法主要是基于复合表面模型来进行的,这些仿真方法都要用到海浪谱和松弛率模型。由于海浪谱、松弛率尤其是小尺度部分难以精确测量,不同的实验和拟合方法得到的模型有较大的差别,从而导致仿真海面散射结果往往相差较大,常常让人不知如何选取。该文比较了几种典型的海浪谱和松弛率模型的海面散射仿真结果与实测数据的差异,结果表明Romeiser提出的波浪谱在L-Ku波段,2-20 m/s风速范围内较其他波浪谱更好。而两种主要的松弛率模型的仿真结果差异不大。该结果可作为海面散射仿真中选取波浪谱和松弛率模型的参考。     

高频地波雷达浪高参数提取的一种新算法

从Howell深水无表面流情况下的二阶窄波束雷达截面方程出发,提出了一种变换积分对象、不等分积分区间构成稀疏矩阵方程来反演无向浪高谱的新算法.在不同信噪比和不同海况条件下进行数值仿真,当信噪比高于35dB时,该算法有较高的反演精度.并将该方法应用于"高频地波雷达现场对比验证试验",反演结果与观测船输出结果比较,有效浪高的平均绝对误差为0.32m,并与Barrick法和Howell法进行了比较.模拟结果和实测结果都表明该反演算法的正确性和可行性.     

高频返回散射台风跟踪技术实验研究

高频返回散射海面回波Doppler谱中存在着两个明显的峰（称之为一阶Bragg峰）,研究表明两个峰值的大小与海面风向有关,根据这种关系对反演海面风向以及台风位置作了研究,利用中国电波传播研究所高频返回散射探测站的固定频率探测数据进行实验,绘制出了2007年9月台风“韦帕”的风向场图与路径图,并与气象部门实际台风数据进行比较,较好地反映出了海面风向场、台风中心位置与台风经历的路线,表明高频返回散射探测系统可以应用于海洋气象监测中。     

A numerical study of the separation wavenumber in the two-scalescattering approximation [ocean surface radar backscatter]

The modeling of radar backscatter from the ocean uses the two-scale scattering approximation. This approximation assumes that the continuous spectrum of the ocean can be separated at some wavenumber into large- and small-scale surfaces, allowing use of physical optics and small perturbation methods. The authors investigate the choice of the separation wavenumber by comparing two-scale calculations and exact numerical calculations for a randomly rough surface with a power law spectrum     

Mapping of North Atlantic winds by HF radar sea backscatter interpretation

This work presents preliminary results on attempts to map winds of a storm at long range (500 to 1000 nmi) over a large area (10^{5}mi²) in the North Atlantic from the U. S. Naval Research Laboratory, HF radar research facilities at Chesapeake Beach, Md. [1] It appears that the short time response of the sea surface to local winds can be mapped by the analysis of a matrix of range-azimuth records containing frequency power spectra of HF radar signals backscattered from the sea surface via the ionosphere. This paper presents such a map based upon the ratio of the strengths of the first-order contributions to the backscatter spectrum (the approach-recede first-order Bragg lines) and is compared qualitatively with a U. S. Weather Bureau map of the area.     

超高频雷达海洋表面流的探测结果与分析

近岸海域地形、海流复杂, 而超高频雷达系统具有较高距离分辨率、小发射功率的特点, 波长介于高频电磁波和微波之间, 能同时提取海浪毛细波与重力波信息, 与波浪作用比较敏感, 能实现近海海洋动力参数的精细测量.不同于高频雷达回波谱, 超高频雷达回波中一阶峰、二阶峰展宽严重并混叠在一起, 难以划分一阶峰区域, 因此, 文中系统设计采用数字波束形成进行流速方位提取.雷达反演的流速结果与浮标数据的相关系数为0.88, 但是均方根误差很大.通过分析, 得出海洋表面流速不仅受到潮汐效应、地球自转的影响, 当地风速在很大程度上也会影响表面流速的结论.     

高频海洋回波谱电离层污染及实验研究

根据电离层对高频天波海洋回波Doppler谱影响的研究,结合高频天波返回散射探测站获得的海洋回波谱,对观测到的高频海洋回波谱Doppler频移、多Bragg峰及Doppler展宽等现象进行研究,阐明了电离层运动、电波传播模式、多径、电波相位路径的非线性变化与高频海洋回波谱之间的关系.初步验证了造成高频海洋回波谱污染的原因.     

Measurement of oceanic wind speed from HF sea scatter by skywave radar

Remote measurements of the spatial mean ocean wind speeds were obtained using Doppler spectra resolved to 0.08 Hz from high-resolution HF skywave-radar backscatter measurements of the ocean surface. A standard deviation of 2.4 m/s resulted from the correlation of observed winds over the ocean and the broadening of the Doppler spectra in the vicinity of the higher first-order Bragg line. This broadening, for Doppler spectra unperturbed by the ionospheric propagation, is proportional to the increase in power caused by higher order hydrodynamic and electromagnetic effects in the vicinity of the Bragg line and inversely proportional to the square root of the radio frequency. A lower bound on the measure of wind speed was established at 5 m/s by the low resolution spectral processing and low second-order power. An upper limit is suggested by the steep slope in the region of the sea backscatter spectrum outside the square root of two times the first-order Bragg line Doppler.