复杂动态海面与目标电磁散射及回波仿真研究现状与展望

海洋表面是一种高度不规则和时空不重复的复杂动态体系。海杂波是雷达电磁信号照射到海面产生的大量散射体回波的叠加,受风力、洋流、海浪等的影响呈现非均匀性和非平稳性。海杂波信号对海上目标的探测具有一定的干扰作用,尤其是高海情条件下,海浪起伏更加剧烈,目标信号极易淹没在强海杂波信号中,严重限制着雷达对海上目标的检测能力。海杂波及目标电磁散射特性研究是提升复杂海洋环境下目标检测能力的基础,以电磁波与实际复杂动态海面及目标电磁散射机理为基础,形成实际海洋环境下目标回波数据,对海杂波及目标雷达回波特征分析,实测数据集的补充,均存在重大意义。为了让更多相关研究者获得基于物理机理的复杂海环境与目标回波仿真方法近些年的发展和未来趋势,该文总结了回波仿真的3类方法,并针对海面与目标仿真场景特点,分析了3类方法的优劣和适应性,给出了部分仿真结果;还介绍了一些基于实测的回波数据集,可方便学者对回波特性进行分析;最后对复杂海面与目标回波仿真方法和特性研究的发展趋势进行了展望。     

船舶导航雷达的海杂波自适应抑制算法

船舶导航雷达的海杂波抑制技术是提高海面目标检测性能的关键和难点技术,具有很高的军事和民用价值。文中基于数理统计理论,提出了多模型选择的海杂波自适应抑制方法,通过对雷达多次扫描的回波数据建立海杂波模型库,统计、估算各模型相应参数选择与雷达回波数据最佳匹配的模型,作抑制海杂波的对消处理。计算机仿真及实测数据处理,都验证该方法的有效性和可行性。     

海况对海面目标雷达回波的影响分析

海面自身随机多变的特性会对海面目标的雷达回波信号检测产生重要影响。文中利用分形方法对海面建模仿真, 模拟了五种不同的海况,基于雷达工作原理设计了一款雷达视频回波信号仿真软件,提高了仿真的逼真度和实时性。针对雷达散射截面(RCS)不同的舰船目标模拟仿真雷达回波,研究了海况对海面目标雷达回波的影响。结果表明:随海况等级的增加,海杂波噪声信号增强,RCS 相对较小目标的雷达回波会逐渐被海杂波淹没。海面目标雷达回波仿真软件既能用于分析海面及目标的电磁散射特性;同时,在目标检测与识别中会有重要应用价值。     

基于频域多通道图特征感知的海面小目标检测

海洋物理环境和电磁环境日趋复杂,海杂波背景下的微弱慢速小目标检测始终是一个研究难点和重点。海面小目标的雷达散射截面积小、回波能量低,传统基于能量的检测方法存在性能瓶颈。基于特征的检测方法聚焦于提取纯杂波和目标回波的差异性特征来实现目标检测,且有效提升了检测性能。该文利用回波数据间频域中幅度的关联性,将图论的方法引入到特征检测中。首先将实测数据进行块白化处理,对海杂波进行一定的抑制,然后在频域提取各多普勒通道下的数据,借助图的处理方法,构建所提取数据的距离邻接矩阵,再转换为拉普拉斯矩阵。该方法计算不同时间序列下拉普拉斯矩阵的最大特征值,并将其与刻画频域能量信息的相对多普勒峰高进行融合,得到新的检验统计量来区分纯杂波和含有目标的回波。通过全相参的X波段(IPIX)实测数据验证,该文所提方法的检测性能更为优越。     

基于高斯短时分数阶Fourier变换 的海面微动目标检测方法

海上目标随海面颠簸导致姿态变化,引起回波功率调制效应,导致回波多普勒体现时变和非平稳特性.为此,本文将微多普勒理论应用于海杂波中弱目标检测,提出一种基于高斯短时分数阶Fourier变换(GSTFRFT)的海面微动目标检测方法.首先,建立海面目标的平动和三维转动回波模型;然后,基于海尖峰判别方法对回波信号进行数据筛选,改善信杂比,并采用GSTFRFT对微动信号进行增强处理,利用海面目标与海杂波的微动特征差异设计恒虚警检测方法;最后,通过GSTFRFT域滤波,提取信号的微动特征并得到瞬时频率.实测雷达数据仿真结果验证了算法的有效性,具有在强海杂波中检测微弱目标的能力.     

面向海面目标检测的陆海分离和海面分区算法研究

自适应检测技术可有效提升岸对海警戒雷达海面目标探测性能,但海岛和陆地会导致成片或离散强杂波点,污染协方差矩阵估计的样本,海杂波的复杂性使得整片海杂波难以采用单一模型描述。为解决海面目标自适应检测时面临的非均匀样本参与协方差矩阵估计时杂波抑制性能严重下降问题和海杂波建模准确性不高的问题,该文提出一种面向海面目标检测的陆海分离和海面分区算法。首先,根据陆地回波序列的相位之间具有强相关性,而海洋回波序列为随机值这一特性,区分陆地杂波和海杂波;然后,根据擦地角对海杂波分区,拟合出每个分区的最优分布后选择合适的检测器进行自适应检测;最后,基于某S波段雷达实测数据验证该算法,检测结果与性能分析表明该算法相对传统算法可有效提高海面目标的检测率。      

分形模型在海上雷达目标检测中的应用

在海杂波背景下进行了有效的海上目标检测是相当困难的。本文研究了海上目标雷达问波与海杂波的分维特性，提出了一种基于海面散射分维特性的检测方法。该方法以处处连续而不可导的非平稳不规则信号模型－分数布朗运动作为数学模型，提取出海杂波与目标回波的多种分维参数，并利用其固的差异进行检测。该方法用于仿真的舰船雷达弱目标的回波，取得了较好的检测效果。     

地球自转对天基雷达杂波特性影响分析

与机载平台雷达探测时的空时二维耦合杂波特性不同,天基平台雷达探测时地球自转对杂波的多普勒谱调制影响,导致杂波频谱进一步展宽,杂波抑制变得更加复杂。文中主要研究地球自转对PD体制天基平台雷达杂波回波特性的影响,并进行了仿真,首次得到PD体制下天基平台杂波回波的距离多普勒谱图,为天基雷达杂波抑制和目标检测提供理论基础和依据。     

基于多模型参数选择的雷达海杂波自适应抑制处理

海杂波的存在严重干扰了雷达对目标的检测识别能力,且由于海面环境的多变,在不同情况下,杂波服从不同的模型概率密度分布.本文在现有的海杂波模型基础上,对给定的仿真回波数据进行统计分析,估计多个海杂波模型的相应参数,选择适合的参数建立杂波模型,对其进行杂波对消的抑制处理.仿真实验表明该方法的有效性,对实际工程中的海杂波抑制研究有一定的价值和指导意义.     

一种舰载雷达海杂波抑制方法

舰载雷达在探测海面目标时由于强海杂波环境的影响,降低了雷达对海面目标的检测和定位跟踪性能。为了有效抑制海杂波、凸显有用目标,文中对海杂波的概率密度分布、时间相关性和频率相关性等特性进行了分析,并提出了雷达系统设计、自适应CFAR、扫描圈间积累和频率捷变等几种抑制海杂波的方法。实录雷达数据处理结果表明,文中的方法能显著提高舰载雷达的海面目标检测能力。     

对海雷达多维图像特征融合智能检测方法

海面目标检测是雷达信号处理中的重要内容,在军事、民用领域内都有重要应用价值。在海面目标雷达信号处理中,海杂波的存在对检测算法的性能有很大影响,传统的雷达信号处理方法多基于统计理论,对于复杂环境条件和多样的目标特性检测性能下降明显。近年来深度学习技术发展迅速,为可靠的海面目标的检测方法提供了技术支持。本文对近年来目标检测算法、深度学习方法的发展进行总结,从雷达信号数据结构和维度出发,采用深度学习理论,分别提出了基于二维图像、三维视频雷达信号、多维雷达信号多通道融合的智能处理框架,并以导航雷达图像海上目标智能检测为例,提出一种Precise ROI?Faster R?CNN雷达图像检测算法,通过构建的导航雷达数据集训练和测试,相比经典恒虚警检测和Faster R?CNN检测方法有更高的检测精确度和更好的泛化能力,从而为对海雷达智能导航和目标检测提供了有效的技术途径。     

雷达探鸟技术发展与应用综述

探鸟雷达已成为机场鸟击防范、风力发电场鸟击风险评估、鸟类自然保护区鸟情观测与科学研究的重要工具。文中首先论述了探鸟雷达的主要组成部分。然后,分析了地面杂波、空域杂波和其他无关目标对探鸟雷达探测效果的影响,进而介绍了传统的杂波抑制方法和相参雷达杂波抑制技术,以及先进的探鸟雷达采用的目标检测、目标跟踪、目标显示、数据记录和雷达组网等数据处理技术。接着,给出了当前的探鸟雷达能够获取的目标轨迹、回波大小、回波强度、信号波动、飞行速度、飞行高度等反映飞鸟目标特性的主要指标。最后,描述了国内外四种典型雷达探鸟系统,并针对雷达探鸟技术的未来发展提出了一些思考及可行性建议。     

降低船用连续波雷达虚警概率的海杂波抑制方法

为了解决海杂波引起的船用连续波雷达虚警概率增大,以及海杂波抑制算法工程应用难度大的问题,提出了一种工程实用的海杂波抑制方法。首先,通过双参数删除型CFAR检测算法和统计检测算法进行二次检测;然后,依据邻近帧之间目标回波相关性较强和片状海杂波相关性较弱的特点进行帧间处理。仿真和海上实验均表明,应用该方法的船用连续波雷达可以降低不同强度的海杂波背景下的虚警概率。     

国外航海雷达现状及发展趋势

航海雷达是船舶航行必备的电子设备,其性能直接关系到船舶的航行安全。对国外航海雷达的技术现状及发展情况进行了综述,并对其发展趋势展开了讨论。通过运用多种新体制、新技术,能够有效提升雷达设备可靠性,增强其在雨雪杂波、海杂波下的目标发现能力。航海雷达将会从现有的单一磁控管脉冲体制,发展为固态化、多频段配合使用的多功能航海雷达系统。     

X波段雷达对海探测试验与数据获取

针对雷达对海上目标探测技术研究的数据需求以及目前公开的雷达对海探测数据缺乏的问题,该文提出一项“雷达对海探测数据共享计划”,旨在利用X波段固态全相参雷达等多型雷达开展对海探测试验,获取不同海况、分辨率、擦地角条件下目标和海杂波数据,并同步获取海洋气象水文数据、目标位置与轨迹的真实数据,实现雷达实测数据的标准化、规范化管理,推进数据集公开共享,服务于海杂波特性研究,有力地支持海杂波抑制和目标检测技术研究。      

微机程控通用雷达目标模拟器

雷达目标模拟器是一种用来产生模拟的目标回波信号的装置,在雷达设备的研究、维护和使用等领域广泛的用途。本文介绍一种通用雷达目标模拟器,这种目标模拟器由微机进行控制,可以用程序设定信号的特性,从而可以产生具有复杂特性的目标回波信号,例如具有多个运动目标、有一定的杂波背景等等。而且,这种目标模拟器可以与不同型号雷达的方位和定时脉冲实现同步, 生相应的雷达回波信号,因而具有广泛的用途。     

多通道复杂海杂波模拟器设计

对海作战装备雷达系统在目标探测过程中接收到的回波信号既包含目标回波信号,也包含来自海面的反射信号,即海杂波信号.海杂波信号的存在严重限制了雷达系统对目标探测和识别能力,为正确评价雷达系统的相关性能,为雷达信号处理方案的选择提供理论依据,对海杂波信号的精确模拟与仿真已成为雷达信号处理领域中的重要课题,对提高对海作战雷达系...     

采用改进型时频滤波的海杂波抑制方法

海洋环境下，海杂波具有明显的非平稳、非高斯特性，海杂波谱中心频率不固定、谱宽较宽，严重影响了雷达对海面目标的检测。传统的频域滤波器难以对复杂多变的海杂波进行有效抑制。本文通过分析海杂波的时频谱频率变化特征，定量计算各距离单元时频谱的中心频率平滑度，提出了采用基于时频谱能量分布的改进型时频滤波方法进行海杂波抑制。通过实测海杂波数据对杂波抑制效果进行分析，验证了该算法能够有效滤除海杂波信号和保护低速目标信号能量，提高目标信杂噪比，对提升雷达检测能力具有重要的作用。