基于AIS信号的低空大气波导监测试验分析

鉴于低空大气波导对海上工作的雷达、通信系统的显著影响,提出了基于实测船舶自动识别系统(automatic identification system, AIS)信号的海上低空大气波导遥感新方法.首先讨论了不同大气折射环境下的AIS信号传播特性,验证了低空大气波导尤其表面波导对海上实际VHF频段AIS信号的显著影响;然后给出了2018年4月20日以及22日岸基AIS接收机接收功率平面位置分布图结果,利用接收站附近探空站的修正大气折射率剖面验证了大气波导是形成AIS信号远距离传播的主要原因;最后给出了基于AIS信号反演低空大气波导的步骤,采用粒子群优化算法得到根据单一方位接收功率的反演结果.该方法具有被动接收、时空分辨率高的优点,是当前雷达海杂波、卫星导航信号遥感探测大气波导的有益补充.     

罗兰C信号传播中的ASF修正方法

罗兰C信号在传播过程中受到路径影响，传播速度不可预测，降低了接收机的定位精度。采取时间比对方法解决二次相位因子（ASF）修正问题，有效改善定位准确度。     

相位调制非线性对开环光纤陀螺工作点测量与信号解调的影响

在全光纤开环光纤陀螺中，利用压电陶瓷调制器可以为光纤陀螺提供互易性正弦相位偏置，但相位调制中的寄生非线性会对陀螺测量产生影响。从理论上给出了二倍频非线性相位调制情况下开环光纤陀螺输出信号的一、二、四次谐波表达式，分析了相位调制非线性对陀螺工作点测量与信号解调的影响，实验验证了相关结果。实验结果与理论分析表明在陀螺应用中必须采取措施抑制非线性相位调制的幅度。     

一种基于神经网络的罗兰CASF修正方法

影响罗兰 C 导航定位精度的主要因素为信号在传播过程中产生的 ASF(附加二次相位因子)传播时延,通过对 ASF 的修正可以提升罗兰 C 的定位精度。首先将罗兰 C 信号覆盖区域栅格化,通过对神经网络进行训练,找到大地电导率、大气折射率、温度、湿度与 ASF 修正量之间的关系。最后把得到的理论预测值与实际值进行对比,结果表明该方法有效。     

悬空波导环境下AIS信号超视距传播特性分析

大气波导可陷获无线电波信号,使其发生超视距传播现象,影响无线电系统信号传播预测和性能评估应用。本文针对由探空数据诊断的悬空波导个例,利用对流层电波传播确定性方法模拟岸-船自动识别系统(automatic identification system, AIS)传播链路,定量研究了不同悬空波导环境影响下AIS信号的超视距传播特性。结果表明：波导强度50 M单位且底高约7 m的悬空波导环境下,AIS信号发生明显超视距传播现象;波导底高约700 m且强度较大的悬空波导环境也会对AIS信号传播产生影响;相比于单一悬空波导模型,复合悬空波导(文中指两个悬空波导层结构组成)环境对AIS信号传播影响更大。本文研究成果可为大气波导监测反演、无线电系统设计、装备效应评估等应用提供重要理论参考。     

罗兰C信号传播中的ASF修正方法

罗兰C信号在传播过程中受到陆地导电率和地形等因素的影响,传播速度不可预测,使信号传播时延增加,引起附加二次相位因子(ASF),降低了接收机的定位精度,因此在精确定位解算之前,需要用ASF对实测的罗兰传播时延进行修正。介绍了采取时间比对方法,利用现场实测和理论预测相结合建立起ASF修正数据库,提供给用户使用,解决ASF修正问题,使定位准确度得到有效改善。     

径向运动对频率步进雷达目标距离像影响的新理解

在对运动目标距离像相位调制因子的物理意义深入理解的基础上,利用驻定相位原理得到了运动目标距离像的峰值位置和目标初始位置、速度、加速度的解析关系;对径向运动引起的二次相位干扰项、三次相位干扰项对距离像的影响给出了更准确的理解,详细给出了各调制项对应的偏移量和展宽量的理论表达式;通过分离各相位调制项的方法,实验验证了理论推导的正确性.该分析结果有助于理解运动目标距离像变化的真正原因,进而有助于针对不同的情况进行相应的后续处理.     

频率误差对双基地雷达改善因子的影响

收发相位同步是双基地雷达相参处理的前提,相位同步误差会对改善因子产生影响。首先建立了考虑相位同步误差的相参检波信号模型,在此基础上,导出了相位同步误差对改善因子影响的关系式,最后通过仿真分别给出了不同杂波类型,不同重复频率时相位同步误差对改善因子影响的结果。仿真结果表明,相位同步误差越大,对各类杂波改善因子的影响也越大,当误差为10 Hz时,地杂波改善因子下降十几分贝,且载波频率为1 GHz时,若要求MTI改善因子为50 dB,稳定本振的频率稳定度需满足10-8的数量级。     

基于抛物方程的电波相位预测方法

针对大气波导和不规则地形等复杂环境下的电波传播相位预测,研究了基于抛物方程(PE)的相位计算方法,并通过与理想导体平面上自由空间条件下几何光学双射线模型计算的传播相位对比,对该相位计算方法进行了验证.在此基础上,利用PE方法计算的幅度和相位,研究了大气波导对脉冲信号传播的影响.     

相位噪声对单/双基地SAR积累的影响

在相位噪声理论模型的基础上,推导出反映相位噪声导致的相参积累损失因子和信噪比.结合单/双基地合成孔径雷达(SAR)的信号收发关系,给出了单/双基地条件下回波相位噪声的关系式,并以典型机载SAR参数进行相噪对聚焦性能的仿真分析.结果表明,相位噪声对双基地SAR的影响明显大于单基地.该分析方法也可应用于其他类型相参雷达的积累性能分析.     

天基双通道AIS信号侦察系统方案设计与分析

天基AIS信号侦察系统可获取上千海里内船舶的AIS信号,形成国 家周边海域乃至全球海域的AIS态势信息。通过分析国内外相关研究成果,提出独特的天基 双通道AIS接收系统方案,并对关键参数进行论证比较,为研制通用性和平台适装性好的天 基AIS侦收系统提供理论参考。     

Frequency diversity effects of evaporation duct propagation

A comparison of 3, 9.6, and 18-GHz low-altitude over-the-horizon propagation (as influenced by the evaporation duct) is presented. Theoretical and experimental results are given for a 35-km over-water path, where the transmitters were located about 5 m above mean sea level and the receivers were located either 4-5 m or 18-19 m above sea level. Results are presented in terms of the one-way propagation factor in decibels at each frequency. Long-term cumulative frequency distributions of calculated and observed propagation factors are presented. Particular attention is given to the relative performance of each radio frequency to investigate frequency-diversity improvements that may be available on such paths. In most cases presented, there is a close agreement between theory and observations. It is concluded that substantial improvements in received signal levels are likely to be achieved in most areas of the world by a suitable choice of two frequencies in the 10-20-GHz range     

粗糙海面对电波传播的影响研究

蒸发波导能够部分陷获电磁波的传播,从而改变电磁波的传播特征,形成超视距传播,但是粗糙海面对电波传播的影响会削弱这种传播特性。基于抛物方程(PE)模型,采用包含粗糙海面阴影效应的反射系数来计算电波传播损耗,仿真结果略大于采用Miller-Brown模型做海面粗糙度修正的传播损耗值。表明当波长与浪高可比拟甚至远小于浪高时,粗糙海面的阴影效应对电波传播的影响不可忽略。     

On the fractal dimension of sea surface backscattered signal at low grazing angle

Fractal analysis of sea surface backscattering signal (sea clutter in radar terminology) represents a novel technique for the study of sea surface roughness. When Kirchhoff's assumption is satisfied, the fractal dimension of the signal is linearly related to the fractal dimension of the sea surface. Moreover, such a relationship is independent of transmitted frequency, polarization, time, space, sea wave propagation direction, incident angle (within the constraint of Kirchoff's assumption) and significant wave height. Nevertheless, for a low grazing angle, the Kirchhoff approximation does not hold and the behavior of the sea clutter fractal dimension cannot be theoretically predicted. The purpose of this paper is to investigate the fractal dimension of the sea clutter at low grazing angle, in order to extend the theoretical results. Moreover, the effects of the presence of a target on the sea surface are analyzed by means of the fractal dimension. Such an analysis is performed by using live recorded clutter data. In detail, the fractal dimension's dependence on space, time, sea wave propagation direction, sea wave height, transmitted polarization and presence of targets is investigated. A discussion on the use of the sea clutter fractal dimension for sea surface monitoring is addressed.     

低莱斯因子信道分集接收技术研究

由于低莱斯因子信道存在着多径传播,在信道上经多径传播后的接收信号是衰减和时延都随时间变化的各路径信号的合成,所以接收信号会发生衰落和产生码间干扰。针对低莱斯因子信道中衰落和码间干扰的影响,提出了带内三重频率分集接收实现方式,给出了采用带内三重频率分集的调制器和解调器的原理框图。最后对调制解调器进行了性能测试,并得到了比较理想的实验结果。     

海上激光低仰角大气传输研究

针对激光武器中的一些关键问题，研究了海上激光低仰角大气传输的特性。通过对海上激光大气传输特性的分析，计算了1．06μm激光的低仰角大气传输的大气透过率，并对强激光大气传输作了定性的分析，给出了激光大气传输的补偿技术。最后得出了关于1．06μm激光海上低仰角大气传输的数据和结论。这对激光武器的研究具有一定的参考价值。     

海上微波超视距传播试验研究

跨海微波超视距远距离传播深受探测和通信领域的重视,其机制分析和规律观测有重要意义. 本文对跨海微波超视距远距离传播的机制和有关原理进行了分析,对2019-09开展的C波段和X波段微波昼间跨海面超视距远距离传播试验进行了研究;利用试验测试记录和期间的气象站风观测数据,对试验期间观测到的C波段不同距离线路和X波段50 km线路上白昼的传播规律和机制做了总结分析. 本文结论可供对流层微波超视距远距离传播(大气波导传播和散射传播)研究或应用的系统设计、数据分析和机制研究等参考使用,特别是跨海的试验测试可以直接运用.     

基于FPGA的星载AIS信号处理器的设计

针对星载AIS(船舶自动识别系统)接收系统提出了实现信号有效接收的总体方案。重点提供星载AIS信号处理器的硬件电路设计和基于FPGA信号处理软件设计。以AIS接收机整机为测试平台,通过仿真和试验验证了星载AIS接收机整机设计的有效性和可行性,此信号处理器可以满足星载AIS接收机的需求。     

An estimation of sea surface influence on radar reflectivity ofships

A theoretical and numerical method is presented for the analysis of sea surface influence on the radar reflectivity of ships. The method of analysis is based on presentation of the field density scattered by the ship as a sum of echoes from different backscatterers located on the surface of the ship. The influence of sea surface is accounted for under the physical optics assumption. An analytical expression is obtained for the propagation factor with the ship in line-of-sight (LOS) range. Plots are illustrated for the dependence of the propagation factor on ship range for different heights of the radar antenna. The effect of microwave backscattering amplification from the ship is predicted for grazing angles of observation within LOS range