飞机尾流的脉冲多普勒雷达探测性能分析

针对晴空、降雨条件下飞机尾流的脉冲多普勒雷达探测问题,研究了飞机尾流RCS和多普勒速度谱特性,导出了飞机尾流探测的雷达方程及其可检测性因子的解析表达式。在此基础上研究了X、C、S、L波段雷达的飞机尾流探测性能,并与隐身飞机的雷达探测性能进行了比较研究。结果表明：对于散射率为-90 dBsm/m~-70 dBsm/m的飞机尾流,其探测距离可从十几千米到100千米以上;在雷达反射率因子为10 dBZ~40 dBZ的降雨环境中,尾流探测性能一般优于隐身飞机探测,其探测距离可达到隐身飞机探测距离的2倍以上。     

论飞机尾流散射特性的度量方法

由于航空安全的推动,飞机尾流的雷达探测成为雷达技术领域的新兴前沿课题。作为一类极为特殊的时变、非均匀、分布式、弱散射介质目标,飞机尾流的散射特性极具理论研究价值,同时对尾流的雷达探测技术研究具有重要指导意义。在尾流散射特性研究领域,尾流散射能力的度量存在体散射率、线散射率和雷达散射截面(RCS)直接度量三种方法。然而,目前尚未见这三种度量方法的物理基础、特点、内在关系、相互转换关系的分析。对上述问题进行了讨论,为以后的飞机尾流电磁散射特性研究和工程应用提供参考。     

晴空飞机尾流的雷达探测性能分析

该文分析了晴空飞机尾流RCS(雷达截面积)的频域特性和时变特性,导出了相参多普勒雷达探测飞机尾流的LMP(局部最大势)检测器及其检测概率、虚警概率的解析表达式,在此基础上导出了尾流探测的雷达方程。仿真分析结果表明:垂直入射的尾流探测性能一般优于斜入射探测;当雷达观测时间较长时,斜入射探测性能随雷达距离分辨单元的增大而改善;对于单位长度RCS为-80~-60 dBm2/m的飞机尾流,其雷达探测距离可达30~100 km。     

降雨条件下飞机尾流多普勒特性研究

根据不同直径雨滴的散射特性,分别计算了尾流中不同雷达分辨单元内雨滴的多普勒谱和雷达反射率因子与雨滴速度之间的关系,发现了雨滴独特的多普勒变化规律;并对比分析了多普勒谱和雷达反射率因子两条曲线,结果表明两种方法一致性很好。     

潮湿大气中飞机尾流的多普勒特性分析

飞机尾流探测技术是航空安全等领域的重要研究课题.处于潮湿大气中的飞机尾流具有较强的雷达散射截面,但易受气象杂波的影响,需要根据其多普勒谱特性来提高脉冲多普勒雷达对尾流的可探测性.本文根据尾流的速度分布特性,获得了飞机尾流的径向速度谱.仿真表明,湿性尾流速度谱具有较明显的多普勒展宽特性,大飞机尾流的速度分布的标准差在几米每秒的量级.径向速度谱特性对于我们研究潮湿大气中飞机尾流的雷达探测具有指导意义.     

尾流气泡群的激光多普勒检测方法

提出了一种基于气泡群后向散射光多普勒频移谱特性的舰船尾流检测方法。利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法对尾流区运动气泡群后向散射激光多普勒频移谱进行了理论模拟,分析了气泡数密度和速率分布对后向散射光信号多普勒频移谱特性的影响。在此基础上,利用差动型激光多普勒探测方法,实验研究了模拟尾流气泡群后向散射光多普勒频移谱特性,实验结果与理论模拟基本符合。研究表明,随着尾流中气泡数密度和速率分布范围的增大,后向散射光信号的多普勒频移谱的幅度、截止频移也随之增大。这证明了激光后向散射多普勒频移谱特性分析法可作为一种有效的尾流检测方法。     

晴空状态下飞机尾流的雷达散射截面分析

假设飞机对大气扰动产生的尾流系统是熵恒定的,可认为尾流边界与周围大气没有冷热交换,由折射系数与大气参数的关系和理想气体状态方程得到了尾流大气的径向密度分布特性.结合湍流理论和流体力学中的举力线理论给出了一种计算尾流湍流RCS特性的计算方法,并分析得到飞机尾流的位折射系数、介电常数分布及雷达体反射率等重要特性参数,进而得到了尾流RCS随入射波频率变化及雷达距离变化的关系,这可为机场雷达实时探测和定位飞机尾流提供理论数据支持.     

基于RCS静态宽带数据的雷达目标成像算法

利用宽带雷达目标电磁散射特性数据可以实现雷达目标的一维距离像,在二维像实现过程中,传统做法需要利用雷达目标电磁回波的多普勒频率以实现雷达目标的方位像.探讨了基于宽带雷达散射截面(RCS)静态数据(没有多普勒频率)的二维成像算法,突破了传统需要多普勒频移数据才能实现二维雷达像的限制.最后探讨了调整成像算法若干参数的不同成...     

云雾中飞机尾流的环量估计

结合典型的稳定段尾流空气动力学模型和电磁散射模型,仿真分析了尾流的毫米波雷达多普勒特性;进而利用网格映射的方法,提出了一种基于双部毫米波雷达探测的尾流速度场反演和环量估计技术。结果表明,双部多普勒雷达可有效估计垂直于航向截面上的尾流二维速度场特征,据此可以得到航空安全领域非常关注的尾流环量特征。     

基于0.14 THz成像雷达的RCS测量

介绍了一种在菲涅耳区测量雷达散射截面(RCS)的方法。通过近-远场变换,利用目标的一维距离像、二维逆合成孔径雷达(ISAR)像数据估计目标RCS,避免了太赫兹(THz)频段RCS测量不容易满足远场条件的困难。采用强散射点提取技术剔除支架等背景噪声对测量结果的影响,提高了RCS估计精确度。利用该方法对0.14 THz雷达缩比测量数据进行处理,获得了典型目标在P波段的RCS估计值。     

云雾中飞机尾流毫米波雷达多普勒特性研究

构建了尾流中云雾滴运动微分方程,通过求解运动方程得到了尾流中云雾滴的运动轨迹、速度分布等特性.分析了尾流中云雾滴的密度分布特性,并以典型的W波段雷达为例,分析了云雾中尾流的探测距离.在此基础上,提出了一种云雾中尾流雷达多普勒特性模拟方法,得到了典型毫米波雷达空间分辨率和观测视角下云雾中尾流的多普勒特性.研究结果表明,云雾中尾流毫米波雷达回波调制了丰富的尾流速度场信息,可为航空安全提供特征支撑.     

湿性大气中飞机尾流的雷达探测性能

飞机尾流的雷达探测在民航安全、飞机目标探测与识别等领域具有重要的研究价值。针对雨、雾等湿性大气环境中飞机尾流的雷达探测问题,导出了尾流回波的多普勒速度谱、尾流探测的雷达方程及其可检测性因子的解析表达式。仿真研究了L、S、C、X和Ka波段雷达对雨、雾中飞机尾流的探测性能。结果表明,在全程雨、雾衰减的条件下,尾流的雷达探测距离可从数千米到大于200km;Ka、S波段雷达分别在近距离和远距离尾流探测中具有优势。     

飞机尾流的雷达回波Doppler特性分析

尾流的形状大小及强度等主要由飞机飞行重量、飞行速度及机翼结构等参数决定.在湿性大气条件下,尾流对电磁波的散射主要是由尾流系统中微粒的Bayleigh散射造成的,通过分析尾流粒子模型的速度谱,得到了尾涡速度谱与Doppler速度之间的关系,这一特性与大气环境中湍流的特性有明显区别,可为飞机尾流的雷达探测和定位问题提供理论依据,并可指导雷达设计,从而引导飞行器规避飞机尾流,减少飞行事故的发生.     

基于数据同化的飞机尾流行为预测

飞机尾流是飞机飞行时在其后方产生的一对反向旋转的强烈湍流,对后续飞机飞行以及机场安全起降影响极大,其演化趋势的预测已成为空中交通安全管制的瓶颈,亟需发展基于实时探测数据的飞机尾流行为预测技术。在雷达探测反演得到的尾流涡心位置和速度环量等特征参数基础上,开展飞机尾流行为预测分析,能够预知飞机尾流危害区域,为机场安全起降动态间隔标准制定提供技术支撑。该文结合风场线性切变和最小二乘拟合方法构建了参数化尾流行为预测模型,解决了经典尾流预测模型气象环境参数未随时间演化实时调整的问题。该文根据复杂风场非线性演化特点,设计了基于无迹卡尔曼滤波的数据同化模型,利用雷达探测数据对尾流行为预测进行实时修正。数值仿真验证和实测数据验证结果表明,基于数据同化的飞机尾流行为预测方法能够根据实时探测数据对尾流行为预测轨迹进行修正,得到更加贴近实测的飞机尾流行为预测轨迹。      

Remote sensing of atmospheric wind velocities using solid-state andCO2 coherent laser systems

Coherent lidar/laser radar systems have been used for the remote measurement of atmospheric wind velocity since 1966. Both CW and pulsed coherent lidars have been developed and applied to a variety of ground-based and airborne applications. In recent years, most efforts have concentrated on pulsed CO₂ and solid-state Doppler lidars for the remote measurement of atmospheric wind velocities. Issues associated with the design and application of coherent lidars to atmospheric wind measurement are discussed. Coherent lidar/laser radar systems have been applied to detection and tracking of aircraft wake vortices, measurement of atmospheric wind fields during the space shuttle takeoff and landing, airborne windshear detection, ground-based airport microburst windshear monitoring, meteorological research, and environmental monitoring. Numerous examples of measurement results are presented. An assessment of the status of coherent lidar technology as practical devices for operational and research uses is addressed     

基于激光雷达探测的飞机尾流特征参数反演系统

飞机尾流是飞机飞行时在其后方产生的一对反向旋转的强烈湍流,对后续飞机飞行安全具有重大影响,其探测已成为制约机场容量增长和影响空中交通安全管理的瓶颈,亟需发展飞机尾流雷达探测和监视的技术与系统。该文构建了基于激光雷达探测的飞机尾流特征参数反演系统,可基于实测数据反演得到尾流涡心位置和速度环量等特征参数。同时构建了尾流动力学、散射特性与雷达回波仿真模块,可实现参数反演算法的性能评估。该系统的参数反演性能优良,运行稳定,可为机场安全管控提供有效技术手段,为飞机尾流的短时行为预测、危害评估和动态间隔标准制定等提供基础支撑。      

分布式软目标雷达特性与感知技术述评

分布式软目标是指分布范围较大、具有时变的空间分布或内部相对运动的非刚性目标或目标群,是当前雷达领域较为关注的一类目标,其特性与感知研究是一个多学科交叉的问题。为便于雷达科技工作者较好地理解相关技术,该文从正问题和逆问题两个角度,分连续型和离散型两种情况,对这类目标的运动、电磁散射/传输、雷达特征、探测与参数反演等技术的现状进行了梳理,并分析了发展趋势。以飞机尾流为例,对这类目标的雷达特性与感知技术进行了阐述,为相关雷达探测技术发展提供重要参考。      

The simulation of the SAR image of a ship wake

A computer simulation of L-band SAR (synthetic aperture radar) images of surface-ship wakes is described, and the simulation results are compared to actual Seasat, satellite-borne SAR imagery. The model used in the simulation accounts for both the disturbance produced in the water by the moving ship and the influence of the background sea. The radar scatter from the wake is modeled using the Bragg mechanism. A two-scale model of the sea surface is employed in which it is assumed that the small-wavelength Bragg waves are modulated by the larger-scale ambient sea and wake fluctuations. The larger-scale fluctuations are important because they can alter the local angle of incidence and thus cause a tilt modulation in the scattering coefficient. Several components of the wake are modeled: the ambient waves, the Kelvin wake, and the turbulent wake. The model can produce long turbulent wakes, which may be bright or dark, depending on the geometry of the ship, radar, and wind, and it can produce Kelvin wakes