涡旋电磁波雷达锥体目标旋转多普勒探测

涡旋电磁波具有独特螺旋状波前结构,其受目标横向微动调制产生的旋转多普勒效应,有望为雷达目标探测技术的发展提供一个新途径。在涡旋电磁波照射下,利用锥体微动对回波瞬时频率的周期性调制特性,可以有效反演出锥体目标的微动参数和几何特征。该文重点研究了雷达前视条件下的锥体目标参数估计。首先,基于涡旋电磁波雷达目标旋转多普勒探测原理,推导了涡旋电磁波锥体目标回波数学方程,建立了锥体目标回波旋转多普勒模型。其次,提出了前视条件下的锥体目标参数估计方法,利用锥顶散射点和锥底散射点两维的旋转多普勒信息,可以对锥体目标微动参数和几何特征参数进行有效估计,仿真结果验证了该文所提方法的有效性及抗噪声鲁棒性。      

基于涡旋电磁波的雷达应用研究进展

携带轨道角动量的涡旋电磁波,相比于传统平面波有着独特的螺旋相位结构与模态正交特性,因而能获取更多信息,在雷达探测中受到广泛关注。轨道角动量调制带来的升维信息为新体制雷达成像提供了条件;另外,利用涡旋电磁波观测到的旋转多普勒效应,可获得平面波难以探测的垂直于距离向的运动信息,弥补了平面波雷达探测的缺陷。文中首先介绍了涡旋电磁波的基本概念、特点及常见的产生方法;然后,介绍了基于均匀圆阵的涡旋电磁波成像基本原理,简单推导了利用涡旋波进行旋转多普勒检测的基本原理,梳理了涡旋波在雷达成像和旋转多普勒检测两个应用领域的研究进展;最后,对未来的研究趋势进行了展望。     

涡旋电磁波及其在雷达中应用研究进展

涡旋电磁波因携带有轨道角动量信息,相比于传统电磁波有着更高维度的信息调制自由度,在雷达目标检测和成像领域具有很大的应用潜力.本文首先介绍了涡旋电磁波基本概念和线极化条件下的辐射场分布特点.然后给出利用涡旋电磁波进行雷达目标成像和旋转目标检测的工作原理,分析总结了其相对于传统雷达探测技术展现出来的性能优势.接着综述了电磁涡旋成像和旋转多普勒检测的发展历程与研究现状,特别地,面向雷达目标探测需求对涡旋电磁波产生技术进行较为全面的总结和概括.最后,展望涡旋电磁波在雷达中应用的发展前景,指出未来发展中的若干关键科学问题.     

基于角多普勒效应的自旋目标微动特征提取

携带有轨道角动量(OAM)的涡旋电磁(EM)波在雷达应用领域已经受到了广泛关注,利用涡旋电磁波,不仅可以观测到目标的线多普勒频移,还能够获取角多普勒频移信息。基于角多普勒效应,涡旋电磁波雷达具有检测垂直于径向运动分量的能力,可以实现对自旋目标微动特征的提取。首先,该文建立直角坐标系下角多普勒频移的参数化模型,给出了涡旋电磁波雷达、目标运动参数与角多普勒频移之间的定量关系描述。其次,当目标自旋轨迹垂直雷达视线(LOS)方向时,对获取的角多普勒频移信息进行分析,并提取了自旋目标微动特征。最后,通过仿真实验验证了所提方法的有效性和分析的准确性。     

基于角多普勒效应的自旋目标微动特征提取

携带有轨道角动量(OAM)的涡旋电磁(EM)波在雷达应用领域已经受到了广泛关注,利用涡旋电磁波,不仅可以观测到目标的线多普勒频移,还能够获取角多普勒频移信息.基于角多普勒效应,涡旋电磁波雷达具有检测垂直于径向运动分量的能力,可以实现对自旋目标微动特征的提取.首先,该文建立直角坐标系下角多普勒频移的参数化模型,给出了涡旋电磁波雷达、目标运动参数与角多普勒频移之间的定量关系描述.其次,当目标自旋轨迹垂直雷达视线(LOS)方向时,对获取的角多普勒频移信息进行分析,并提取了自旋目标微动特征.最后,通过仿真实验验证了所提方法的有效性和分析的准确性.     

涡旋雷达成像技术研究进展

涡旋电磁波,因携带有轨道角动量(OAM),从而具有螺旋状的波前结构。相比于平面波,涡旋电磁波在进行雷达成像时,回波信号中将包含有目标的方位向信息,所以这种电磁波在雷达探测和成像领域中展现出了巨大的应用潜力,有望成为新体制雷达的发展方向。该文主要介绍近年来涡旋雷达成像技术的研究进展,首先介绍了涡旋电磁波的特征和使用均匀圆形阵列进行雷达成像的原理,然后按照涡旋雷达成像模型、涡旋雷达凝视成像算法和涡旋雷达运动成像3种研究方向综述了涡旋雷达成像技术的发展历程和研究现状。最后,对涡旋电磁波在雷达成像中的发展前景进行了展望,并指出未来涡旋雷达成像发展的一些关键的科学问题和趋势。      

OFD-LFM MIMO雷达中旋转目标微多普勒效应分析及三维微动特征提取

该文将微多普勒效应引入到多输入多输出(MIMO)雷达技术研究,以旋转运动目标为例,分析了雷达辐射正交频分线性调频信号(OFD-LFM)时目标的微多普勒效应,给出了其参数化表达。在此基础上,进一步将微多普勒理论从目前的雷达视线方向上的微动分量提取扩展到微动部件3维运动和结构特征提取,利用MIMO雷达的多视角特性,提出了构建多元非线性方程组求解旋转部件的3维运动参数的算法,实现了目标3维微动特征的提取。仿真实验验证了算法的有效性和鲁棒性。     

Duffing振子在低信噪比雷达目标微动特征提取中的应用

雷达目标部件的旋转运动引起的微多普勒效应为目标精确识别提供了新的技术途径,近年来获得了广泛研究。该文以含旋转部件目标为例,提出了一种利用Duffing振子在低信噪比条件下提取雷达目标微动特征的方法。由于经参考信号共轭相乘后的旋转散射点回波信号是由多个正弦分量组成的,因此采用Duffing振子系统对回波信号中的正弦分量进行检测,并对该正弦分量频率所对应的距离单元在距离-慢时间平面上进行能量增强,最后结合Hough变换完成对雷达目标微动特征的提取。仿真实验验证了该方法的有效性。     

外辐射源雷达目标旋转部件微动参数估计

大多数飞机目标具有旋转部件, 对其微动参数进行估计可为雷达目标分类识别提供重要信息.外辐射源雷达因其体制上的特点, 在微多普勒效应探测及其利用等方面具有独特优势.文中结合压缩感知理论提出了一种目标旋转部件微动参数估计新方法, 该方法基于微多普勒信号内在特性来构造字典矩阵, 将常规的微动参数估计问题转化为稀疏信号恢复问题.仿真与实测数据处理结果验证了所提方法的有效性和鲁棒性.     

基于高阶矩函数的宽带雷达微动特征提取

雷达目标部件的旋转运动引起的微多普勒效应为目标精确识别提供了新的技术途径,近年来获得了广泛研究。该文以含旋转部件目标为例,提出一种基于高阶矩函数的宽带雷达微动特征快速提取方法。首先对经参考信号共轭相乘后的旋转散射点回波信号进行了分析,并得到了其关于不同快时间及慢时间的高阶矩函数,然后,通过检测该函数虚部傅里叶变换累积结果的峰值位置,实现了目标部件微动特征的快速提取。仿真实验验证了该方法的有效性。     

涡旋光束制备及其在惯性测量领域的研究进展（特邀）

涡旋光束是一种携带轨道角动量且具有螺旋波振面的新型结构光场。自1992年Allen等首次证明了近轴条件下带有螺旋相位因子的光场具有轨道角动量以来,涡旋光束因其在光操控、光通信、光学测量和遥感等领域中的广泛应用而备受关注,特别是近年来涡旋光束在惯性测量领域的应用吸引了诸多学者的研究兴趣。文中主要涉及三个方面的内容:涡旋光束制备方法研究进展;涡旋光束在惯性测量领域中的关键应用,具体为基于涡旋光的旋转多普勒效应和量子陀螺;最后还就惯性测量对涡旋光束制备提出的新要求进行了讨论。     

等离子体中的涡旋电磁波传播研究

目前对涡旋电磁波的产生方法及应用已经有很多理论及实验上的研究,但对于其传播过程的研究还非常缺乏,尤其是在电离层等离子体中的传播过程的研究.本文建立了柱坐标系下的时域有限差分方法模型,推导了柱坐标系下的边界吸收方法,在此基础上计算了涡旋电磁波在真空及等离子体中的传播过程,同时模拟了等离子体密度在涡旋电磁波作用下的时空演化过程.模拟结果表明：通过阵列天线模型产生的涡旋电磁波在真空中传播时涡旋的形状不会改变;在等离子体介质中,涡旋波的传播依然遵循线性理论,当涡旋电磁波遇到截止频率的等离子体时也会有明显的反射,并产生驻波;同时,在等离子体中涡旋波依然可以保持涡旋形态;涡旋波对等离子体的线性作用使得等离子体也呈现出涡旋态,与实验中的观测相符.以上的模拟结果能为涡旋电磁波加热电离层的实验以及未来在短波通信方面的应用提供理论支持.本文建立的涡旋波在等离子体中的传播模型也为进一步研究涡旋波与等离子体的非线性相互作用打下了基础.     

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。     

军用雷达技术在现代战争中的应用

军用雷达是用于军事目标的雷达,是一种利用电磁波探测目标的军事设备,它通过发射电磁信号并接收从目标反射回来的信号测量目标的位置参数、运动参数并提取目标的有关技术。随着雷达技术应用广泛性的提高,对雷达在军事上发挥作用的要求进一步提高,对雷达采取的抑制手段越来越复杂,可以预测将来的雷达除应满足一般要求外,还应进一步满足更多方面的需求和应用。     

大气波导对舰载及岸基雷达的影响

大气波导是海洋大气环境的一种常见现象,这种现象使电磁波的传播超出了地球曲率的限制,从而使岸基雷达及舰载雷达受到大量的杂波干扰。针对舰载雷达及架设高度较低的岸基雷达,本文分析了大气波导现象对其探测水面及空中目标的影响,并给出了利用大气波导现象实现雷达超视距探测的基本方法。     

Phenomenological and electron-theoretical study of the electrodynamics of rotating systems

A phenomenological and electron-theoretical study of the electrodynamics of rotating systems is developed in the three-dimensional form. In the former part of the present paper, the electromagnetic field equations in an isotropic and homogeneous medium performing arbitrary accelerated motion relative to an inertial reference frame are derived from the phenomenological viewpoint, under the assumptions that the observer is at rest in the inertial or rotating reference frame and that the macroscopic properties of the material medium are not changed by the acceleration acting upon it. With the aid of the classical electron theory, the latter part of the present paper discusses the electromagnetic field equations in rotating media as viewed from the inertial or rotating frame, presenting an electron-theoretical basis for the electrodynamics of rotating media. In addition, the electromagnetic effects caused by the inertial forces accompanying the rotational motion, i.e., the centrifugal and Coriolis forces, are investigated in detail.