多普勒效应对雷电源辐射定位的影响关系研究

定位过程中考虑雷电辐射源运动所产生的多普勒效应这一因素，有助于提高定位结果的准确程度. 基于电磁波多普勒效应和阵列信号的波束形成算法，本文建立了多普勒效应对接收信号和雷电辐射源定位的数学模型，研究了雷电源的运动速度、运动方向对定位结果的影响，总结了多普勒效应对定位结果产生影响的变化关系. 仿真结果表明:当雷电发展速度增加时，接收频率误差随之增加，尤其雷电源运动速度在107～108 m/s（箭式先导和回击阶段）产生的频率误差值呈现激增的趋势, 其相对误差在20%左右，雷电源辐射定位的准确度也急剧下降；雷电源运动方向与来波方向夹角α在180°～360°时接收频率误差的变化为先减小后增大，雷电源辐射定位的准确度有不同程度的下降. 该研究可为雷电精细化研究提供依据.     

多普勒效应对FMCW-SAR系统成像性能的影响分析

该文结合机载连续波合成孔径雷达(FMCW-SAR)系统的成像原理,讨论了FMCW-SAR成像系统与脉冲SAR成像系统的不同,分析了载机运动所带来的多普勒效应对FMCW-SAR成像系统性能的影响,指出多普勒效应会带来距离向与方位向信号的二次耦合,进而会影响图像在距离向和方位向的聚焦。然后,根据FMCW-SAR的回波特性给出了一种在回波信号方位向多普勒域对误差进行补偿的方法,并结合RD算法给出了整个成像系统的流程。最后给出了补偿前后算法仿真和验证的结果,可以看出对多普勒效应进行补偿之后能够消除距离向与方位向信号二次耦合带来的误差,提高成像质量。     

多普勒效应对FMCW-SAR系统成像性能的影响分析

该文结合机载连续波合成孔径雷达（FMCW-SAR）系统的成像原理,讨论了FMCW-SAR成像系统与脉冲SAR成像系统的不同,分析了载机运动所带来的多普勒效应对FMCW—SAR成像系统性能的影响,指出多普勒效应会带来距离向与方位向信号的二次耦合,进而会影响图像在距离向和方位向的聚焦。然后,根据FMCW-SAR的回波特性给出了一种在回波信号方位向多普勒域对误差进行补偿的方法,并结合RD算法给出了整个成像系统的流程。最后给出了补偿前后算法仿真和验证的结果,可以看出对多普勒效应进行补偿之后能够消除距离向与方位向信号二次耦合带来的误差,提高成像质量。     

姿态误差对机载激光多普勒三维速度测量精度的影响

激光多普勒测速系统可实现空中运动平台的速度测量,平台的姿态测量误差是影响其测速精度的重要因素。为实现运动平台三维速度的测量,以相干探测原理为基础,设计并搭建了全光纤三光束激光多普勒测速系统,建立了运动平台三维速度测量的数学物理模型,对系统测速相对误差进行了数值模拟研究。研究结果表明,姿态测量误差对测速精度的影响不可忽略;随着俯仰角度的不同,俯仰误差与旋转误差对测速精度的影响程度会发生变化;测速精度与旋转误差呈线性关系,而与俯仰误差存在着非线性关系。研究结果可为激光多普勒测速系统的设计以及速度修正提供理论依据。     

基于LFM的双波段雷达航迹起始方法

线性调频(LFM)信号是一种重要的脉冲压缩信号。由于其具有众多优良性能,在工程实践中得到广泛应用。在不同工作频率下,LFM信号具有不同的距离多普勒耦合系数,脉压后带来的不同测距误差给双波段雷达的航迹起始带来困难。针对该问题,首先分析了多普勒耦合系数对双波段雷达测距的影响,导出了双波段雷达的非线性量测方程组;然后,采用加权最小二乘(高斯-牛顿迭代)法对运动目标进行定位;最后,提出了双波段雷达下的航迹起始方法。蒙特卡洛仿真结果表明:该方法可以在不同波段测量模式下有效提高目标航迹起始的准确率。     

闪电定位仪实时时标获取的设计

闪电定位技术的研究对预防和减轻雷电对地面的影响具有重要意义,而闪电发生时的实时时标获取是该技术的关键因素.本文采用GPS导航模块,利用其秒脉冲作为同步信号,在可编程逻辑器件中产生精确实时时标,并将该时间戳打入数据中,使各测站拥有各自精确的时标信号,为实现闪电定位提供重要基准.通过验证,在触发信号超过阈值时,可采集到微秒级的实时闪电数据,为闪电定位提供重要的数据支撑.     

基于相位校正的分布式光纤大探测孔径多维定位

分布式光纤多维定位对于周界安防、地震速报、目标跟踪等应用有着十分重要的意义。地震源或空气中声源波长与光纤探测孔径为同一量级,光纤传感通道无法对波场进行密集采样,难以实现精准定位。为了消除光纤大探测孔径对目标源多维定位的影响,提出了一种基于相位校正的分布式光纤大探测孔径多维定位方法。首先建立了光纤传感通道对目标源的响应模型,分析了光纤阵列相位误差来源,根据目标源预估计位置对光纤阵列采样信号进行相位校正;然后对校正后的信号进行空间谱估计并采用多次迭代降低定位误差。现场初步实验结果表明,所提方法能够有效实现对目标源的二维定位,定位结果与实际测量位置的误差为1.1 m。该方法可用于既有光缆,提高了分布式光纤传感系统在实际应用中的定位能力。     

高频单站定位误差特性分析及精度优化构想

从降低高频单站定位误差、提高系统整体性能角度出发,系统性地分析了高频单站定位误差源——电离层虚高、测量仰角和方位角——对定位误差影响的规律。基于误差特性分析结果,提出了优化定位精度的构想:一是通过选择合理的电离层模型,并基于探测数据进行实时修正来提高电离层虚高准确度;二是通过选择优质测向体制和天线场地、研究基于电离层斜向探测等技术的测向校正方法来提高测向准确度;三是应用迭代算法用以克服方法近似所带来的误差。通过方法可行性,论证了优化构想和电离层斜向探测技术对提高高频单站定位精度的重要意义。     

振动目标光学微多普勒信号的获取与处理研究

建立了一套工作于光波段的微多普勒效应探测系统,并开展了探测振动目标微多普勒效应的实验研究,成功获取了由目标微小振动引起的微多普勒信号。对信号进行了频谱分析和时-频域的联合分析,结果表明：时频分析方法适合于时变微多普勒信号的分析,应用该方法能够有效地提取出目标的运动特征。本研究为应用微多普勒效应实现目标的探测、分类和识别奠定了基础。     

深圳市闪电定位系统介绍及其数据应用

介绍了深圳市闪电定位系统的结构、探测原理、探测参量与指标,对数据存储结构及基础数据进行了说明。利用数据库查询功能从时间范围和空间范围内筛选出深圳市闪电定位的数据,采用ArcGis软件的Arcmap组件中的点密度分析功能对其进行分析,得出了深圳市的历年平均地闪密度分布图及雷灾点附近地闪定位图,并统计得出某一位置附近雷电流雷击概率,对雷电灾害风险评估、雷灾调查等领域的应用具有重要意义,如：合理选取地闪密度值、判断灾害是否由雷电引起以及可能引起雷灾的闪电位置及参数等。     

闪电声源定位系统研究

所研制的闪电声源定位系统由四元正方形麦克风声阵列、雷声信号传输系统和信号采集、记录与显示设备等部分组成.结合一次地闪雷声实测数据,采用广义互相关时延估计法计算了雷声信号到达不同麦克风的时间差,依据声光差定距法获得了声源点与麦克风阵列的距离,实现了雷电声源点的三维定位和闪电放电通道的三维重构.通过与同步观测到的雷电电磁脉冲场及大气电场进行对比,表明系统的定位效果较好.     

时频联合分析在闪电定位中的应用

为了揭示闪电甚高频（very high frequency,VHF）辐射源的时频特性,探索时频分析方法在闪电VHF辐射源定位中的应用,文中利用Wigner-Ville分布（Wigner-Ville distribution,WVD）对闪电宽带VHF辐射信号进行了时频分析,提出一种半二维相关（semi-two-dimensional correlation,STDC）时延算法来实现闪电VHF辐射源的定位,并通过数值模拟和人工引雷观测数据对定位算法进行了验证.时频分析结果揭示了在纳秒尺度上,先导宽带VHF辐射"倾斜状"的时频分布特征中高频辐射先于低频成分到达,典型的倾斜斜率约为-3 MHz/ns.提出的时频定位算法可以计算信号不同频率成分的时延,便于去除干扰点影响.利用本算法对一次人工引雷直窜先导进行了定位分析,通过舍去调频（frequency modulation,FM）干扰,能够清晰描绘先导VHF辐射源的发展过程,定位结果与高速摄像图像吻合,进一步丰富了短基线VHF的定位方式.     

基于加权子空间拟合的声源定位与跟踪方法

麦克风阵列声源定位可为复杂环境下的说话人空间位置估计问题提供一种有效的解决方案。该文基于粒子滤波框架,提出了一种加权子空间拟合声源定位与跟踪方法。该方法将窄带子空间拟合算法的代价函数推广至宽带情形,构建了一种适用于宽带语音信号的似然函数,并结合说话人的运动模型估计声源的位置。计算机仿真与实测结果验证了该方法的有效性。     

基于FDTD的雷电脉冲对飞机介质舱体内干扰作用的研究

该文提出一种利用时域有限差分计算雷电磁脉冲对飞机碳纤维介质舱体内的干扰作用的分析方法。将雷电通道等效为垂直于无限大导体地面的线天线,利用天线场区划分的概念将雷电电磁场划分为近区场和远区场。在远场情况下,通过在舱体侧设置平面波源来分析雷电脉冲对舱内的干扰;在近场情况下,通过在舱体一侧设置延伸至完全匹配层(PML),并与PML外金属边界相接的线电流来模拟一段雷电通道,有效避免了传统设置线电流时的静电积累效应,并分析近距离雷电对舱体的干扰。计算结果与解析结果吻合较好。分析解决了雷电脉冲的近场和远场情况下飞机碳纤维舱体内的电场分布及变化情况,为飞机介质舱体的电磁加固提供依据。     

涡旋电磁波旋转多普勒效应研究进展

依据多普勒效应,传统雷达可以实现对运动目标探测,但是在对旋转目标的角向运动趋势感知存在检测盲区。涡旋电磁波的旋转多普勒效应的发现,因有助于解决直视下的旋转目标的角向运动趋势感知问题,引起了国内外研究人员的广泛关注。该文主要介绍了近年来涡旋电磁波旋转多普勒效应的研究进展,特别是微波波段的相关研究成果,包括目标在准轴和非准轴状况下的旋转多普勒效应研究,复杂运动条件下的径向多普勒、微多普勒和旋转多普勒效应的解耦合研究,以及旋转多普勒效应在雷达成像和测速中的应用研究。同时,该文也对该领域亟待解决的问题进行了总结分析,并对未来的研究方向及相关应用进行了展望。      

The complex Doppler effect in double negative media

The Doppler effect in doubly double negative acoustic media is theoretically investigated. The radiation spectra of a source moving relative to a medium are calculated with the help of the method of the Green’s functions. It is shown that several Doppler modes can be generated by a monochromatic source owing to the strong dependence of the wave number on frequency. The dependence of the width of the opacity band on the velocity of the relative motion of the source and medium is analyzed.     

基于统计的近场声源定位方法

基于麦克风阵列的声源定位技术可以广泛应用于音视频会议、说话人跟踪与识别以及助听器等众多场合中。根据语音信号的短时平稳特性,文中提出了一种改进的基于MUSIC算法进行声源二维定位的方法。该方法按帧交叉进行声源数估计和声源方位估计,最后对多帧信号的估计值进行统计、平均得到最终的方位估计和较准确的声源数估计。仿真结果表明,这种方法能有效解决由于声源数估计不准确导致的峰值搜索时偏差较大的问题,并且具有良好的抗噪性能。     

多普勒天气雷达雷电静电防护的技术路线

为解决多普勒雷达在工作中遭受雷电等过电压的侵害,在对雷达操作和控制系统低电压工作特性分析的基础上,提出雷达站雷电和静电防护的技术路线,从直击雷防护、设备仪器雷击防护、机房雷电电磁屏蔽等方面提出了接闪、引下、接地、分流、等电位处理等实际工程的设计方法和具体施工方法,在实践中得到实施和应用,收到显著的防护效果。     

Doppler Effect in the Acoustic Ultra Low Frequency Band for Wireless Underwater Networks

It is well known that communication is affected by the change in frequency of a signal for an observer that is moving relative to the source. As a result of the motion of either the source or the observer, successive waves are emitted from a position that may get closer or further to the observer. This phenomenon, known as Doppler effect, also affects underwater acoustic waves used for communications between Autonomous Underwater Vehicles (AUVs), Underwater Sensors (USs) and remote operators. There have been few studies on the impact of Doppler shift in underwater communications. Assuming underwater communications using acoustic waves, in this paper we study the Doppler effect in relation to the half-power bandwidth and distance in the Ultra Low Frequency (ULF) band (i.e., from 0.3 to 3 kHz). We investigate two specific issues. Firstly, the maximum shift that can be expected on underwater links in the ULF band. Secondly, the maximum frequency drift, and associated patterns, that can happen during the reception of data frames. Numeric simulations are conducted. The analysis is based on scenarios that show the existence of significant Doppler effect. More specifically, we show that Doppler effect, under narrow half-power bandwidth, is significant with respect to the half-power bandwidth in the ULF band, for long distance communications. Furthermore, we show that Doppler effect patterns are not necessarily linear.