脉冲扫描成像激光雷达信号模拟器的研制

随着激光雷达技术的发展,对激光雷达信号模拟器提出了迫切的需求.文中首先分析了脉冲成像激光雷达的信号特点,以及各种模拟方法的优缺点,提出了采用数字与模拟相结合的方案来实现相干脉冲激光扫描成像雷达信号模拟器的研制.总体方案分为数字部分和模拟部分.数字部分通过软件建立仿真所需的目标,并根据MIT的统计噪声模型依据所要求的信噪比对仿真目标实时加噪,生成实时目标的强度像和距离像;模拟部分将此目标的强度像和距离像实时生成相干脉冲激光扫描成像雷达信号回波的时间序列,完成模拟回波信号的产生;最后,在激光成像雷达上进行了成像实验,初步验证了文中研制的激光雷达信号模拟器的可行性.     

基于目标稀疏性的雷达距离超分辨

雷达目标在观测空间中通常是稀疏的。当雷达发射线性调频信号时,目标回波的匹配滤波实际上是频域去斜脉压,回波信号在频域去斜后变成复正弦波。基于目标稀疏性和去斜回波的复正弦形式,可以构造多目标频域去斜回波的距离维稀疏信号模型,然后利用凸优化方法求解目标的距离,同时实现雷达距离超分辨。本文提出了一种基于目标稀疏性和频域去斜的距离超分辨方法,理论分析和仿真实验表明,该方法的距离分辨率超过了常规脉冲压缩技术,从而实现了雷达距离超分辨。     

一种超分辨OFDM雷达通信一体化设计方法

传统OFDM雷达通常不考虑传递通信信息,该文设计出一种新的基于OFDM的雷达发射方式以实现雷达和通信的一体化,并提出一种基于通信信息补偿的目标距离速度联合高分辨估计方法。所设计的雷达发射方式,采用脉冲发射,每个脉冲由多个OFDM符号构成,在脉冲内实现通信功能;在雷达相干处理时间内,对回波进行通信信息补偿和解相干处理后,采用子空间投影方法实现对目标距离和速度的联合超分辨估计。理论分析和仿真实验表明,所提方法能够在保证通信功能的条件下,可有效实现雷达目标距离和速度的联合超分辨估计。     

Keystone变换实现方法研究

在传统PD雷达里,当相干积累时间较长或信号带宽很大、目标运动速度很高时,回波会出现越距离单元走动,从而影响雷达探测目标的性能.Keystone变换是校正脉冲回波距离走动的常用方法.本文详细研究了Keystone变换的三种常用实现方法,对它们的运算量作了比较,指出Chirp-Z变换能较好地满足系统实时性的要求.仿真分析和...     

基于扩展目标的单脉冲多普勒雷达导引头相干干扰

传统两点源相干干扰是基于质点模型产生与回波相位相干的干扰信号, 相应地用于验证干扰效果的导引头仿真平台往往仅进行功能级仿真.然而, 当被掩护目标为扩展目标时, 利用质点模型无法产生与目标回波相干的信号导致干扰效果下降.针对该问题, 研究了基于扩展目标的相干干扰新方法, 基于被掩护目标电磁散射特性将入射信号与同频点相应姿态角下的目标散射函数进行卷积, 充分保留目标特性对信号相位的调制信息, 从而产生与扩展目标回波具有稳定相位关系的干扰信号.设计了脉冲多普勒(Pulse Doppler, PD)雷达导引头相干视频仿真模型及六自由度弹道模型, 以完成精确的闭环仿真试验评估.试验结果表明, 通过目标距离像特性近似目标散射函数来生成PD导引头相干干扰信号时, 角度诱偏效果相比传统干扰大幅度提高, 方位、俯仰的框架误差角可达到十度的量级.     

动目标检测与速度估计仿真研究

介绍了雷达信号处理技术中的脉冲压缩、动目标检测、脉冲多普勒处理和恒虚警检测技术,并对雷达发射波形、目标回波、动目标检测进行了Matlab仿真。对脉冲回波信号进行脉冲压缩与动目标显示得到动目标脉压信号。利用动目标显示和脉冲多普勒处理实现脉压信号的动目标检测,并得到脉冲多普勒数据块。在数据块的距离维上进行恒虚警检测,检测动目标的距离,然后提取对应距离门的多普勒数据,检测动目标的速度。通过仿真建立了雷达信号处理的基本框架,为雷达系统建模及其仿真的深入研究提供了仿真支持。     

高速运动目标的ISAR成像方法

针对高速目标的ISAR成像问题,该文提出基于运动参考解调频的运动补偿方法。该算法利用由雷达辅助测距信号测得的参考距离和对目标距离像包络对齐的结果拟合出目标运动轨迹,对回波进行以拟合轨迹为参考距离的解调频处理,完成回波的脉冲内速度补偿和相干化,最后通过Keystone变换消除目标的转动分量引起的越距离单元走动。给出了应用该方法的具体步骤,通过仿真实验证明该算法的有效性。     

调制状态下目标超分辨成像研究

给出了一种调制状态下目标的超分辨逆合成孔径雷达成像方法,不仅解决了调制等因素对目标成像的影响,而且还提高了对目标的二维分辨能力.首先,利用复数经验模态分解算法将雷达回波分解,并弃除影响成像的调制成份,同时重构目标刚体回波;其次,利用回归模型和Burg算法对目标回波建模和估计;再次,基于估计的回归模型,对刚体回波的距离向和方位向外推来提高对目标的二维分辨能力;最后,利用经典的距离多普勒算法对目标稳健成像.基于仿真和实测数据,给出了文中方法与其他方法的成像结果.     

海杂波背景下的非相干积累目标检测

海杂波具有强的时间和空间相关性,在海杂波的去相关时间内,海杂波是相关的。本文根据海杂波的时间相关性特点,提出了对雷达回波进行非相干积累的目标检测方法。由于海杂波是相关的,目标回波是不相关的,对雷达回波进行非相干积累,可以在保证目标回波能量不变的情况下,削弱海杂波的能量,从而提高目标检测性能。实验结果表明,海杂波背景下的非相干积累目标检测方法是可行的。     

基于巴克码调制的非相干探测激光雷达系统设计与仿真

目前,许多学者对提高激光雷达信噪比进行了大量的研究,主要方法为在相干探测体制下利用脉冲压缩技术提高雷达信噪比与距离分辨率,效果显著,但相对成本较高,且光学系统复杂。提出了改进非相干探测激光雷达发射信号及相应的雷达系统,该系统实现成本较低,雷达回波信号经数字脉冲压缩处理后可有效提高信噪比。在所涉及雷达系统基础上,综合考虑激光雷达距离方程、大气衰减、背景光干扰与噪声等因素,对回波信号进行建模与仿真,并对回波信号进行数字脉压处理与恒虚警检测。仿真结果表明,所设计系统相比矩形波激光雷达系统性能提升明显。     

一种复杂地物目标近垂直后向散射系数反演方法

复杂地物目标的近垂直后向散射特征是影响雷达高度表回波波形的重要因素之一。对近垂直后向散射系数的获取主要采用基于参数模型的实测数据拟合方法,但一般只适用于地势平坦且介质相对单一的地海面目标。本文基于机载雷达高度表,针对复杂地物目标的距离-多普勒图像仿真实验数据和实测数据,利用距离-多普勒域和地球空间域的映射关系,提出一种后向散射系数的反演算法,并对得到的后向散射系数进行定量分析。实验验证了提出的反演算法具有一定的适用性和参考性。     

一种复杂场景雷达图像实时仿真方法

雷达图像计算机仿真技术是解决多参数雷达图像数据源匮乏的有效途径,其核心是对地表场景电磁物理模型的建模.文中提出了一种利用待仿真场景地物的先验信息和数字高程信息,对待仿真场景进行雷达成像的电磁物理特性建模,进而实现雷达图像仿真的方法.仿真结果表明,该方法可以实时地对地表复杂大场景进行多模式、多参数变化的雷达成像仿真.     

一次伴随雷达异常地物回波的超视距探测成因分析与数值模拟研究

大气波导对电磁波的陷获作用可以通过雷达超视距探测和异常地物回波等现象被直观感知和捕获. 文中基于欧洲中期数值预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF) ERA5再分析资料、葵花卫星云图和WRF4.2模式,对福建中南部及粤东沿海天气雷达探测到的一次伴随异常地物回波的超视距探测现象开展成因分析和数值模拟研究. 研究结果表明:此次大范围异常地物回波的出现与台湾海峡持续存在的显著大气波导过程有关. 台湾海峡受高空槽后下沉运动与低空暖脊共同影响,存在逆温层结与强烈的湿度随高度锐减层,有利于大气波导形成;模拟时段中后期,台湾海峡几乎被顶高200~600 m的表面波导全覆盖,且波导强度持续增强,最终整体强度达到40 M 单位以上. 进一步利用WRF模式模拟预报的气象雷达传播路径上非均匀大气波导廓线,输入电磁波传播模型,结果与雷达实测回波的主体结构吻合,证实了利用中尺度模式开展大气波导预报与传播应用的良好前景.     

Millimeter wave backscatter measurements in support of collision avoidance applications

Millimeter-wave short range radar systems have unique advantages in surface navigation applications, such as military vehicle mobility, aircraft landing assistance, and automotive collision avoidance. In collision avoidance applications, characterization of clutter due to terrain and roadside objects is necessary in order to maximize the signal-to-clutter ratio (SCR) and to minimize false alarms. The results of two types of radar cross section (RCS) measurements at 95 GHz are reported in this paper. The first set of measurements presents data on the normalized RCS (NRCS) as well as clutter distributions of various terrain types at low grazing angles of 5° and 7.5°. The second set of measurements presents RCS data and statistics on various types of roadside objects, such as metallic and wooden sign posts. These results are expected to be useful for designers of short-range millimeter-wave collision avoidance radar systems.     

一种基于数字地形的雷达模拟器设计

雷达图像仿真是雷达系统模拟的一个重要方面,以数字地形为基础产生逼真的雷达图像,是雷达图像仿真的一个热点研究领域。探讨了一种基于软件化的以数字地形为基础的雷达图像仿真方案,通过在预处理阶段对数字地形格式和地形纹理进行转换,有效提高了运行时的数据加载速度和图像生成逼真度,并详细论述了模拟器的结构及软件的设计方法。仿真表明,该方法产生的图像逼真,实时性好,为工程实践提供了一种新的可行的雷达图像仿真方法。     

不同气象条件下雷达能量覆盖范围研究

基于实际地形和气象条件,通过插值技术实现从三维数字地球生成地形路径上高精确度的高程数据,结合大气折射率模型和抛物方程模型,计算电磁波在地形剖面上的传播损耗。通过方位角扫描,计算出单站雷达在空间特定高度的能量覆盖范围。仿真结果表明,该方法可同时考虑气象和地理因素对雷达能量覆盖范围的影响,与人眼视觉范围对比更能体现电磁波的传播效应,为有效预测复杂气象地理环境下雷达能量覆盖范围提供了一种可靠的技术途径。     

Backscatter from snow and ice surfaces at near incident angles

The radar backscatter of natural snow surfaces was measured at 10 GHz and 35 GHz and at grazing angles from1degto0.3deg. For horizontal polarized radiation the terrain clutter per unit area (m²) at 10 GHz of a flat snow terrain decreases from -50 dB at1degto -70 dB at0.4deg. The return is approximately 10 dB lower for vertical polarized radiation. The terrain clutter was found to depend on the free water content of the snow. The radar cross sections of ice blocks placed on the snow surface is roughly proportional to the square of the area of the ice block facing the radar at 10 and 35 GHz and is approximately 20 dBsm below the return expected for a perfectly reflecting plane surface. At 95 GHz the ice blocks become diffuse reflectors.     

基于LiDAR点云的地理电磁环境建模及仿真研究

在复杂地理环境中,不规则的地形和多样化的地表覆盖物会给电波的传播造成较大的影响.针对数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）电磁建模缺少地表覆盖物信息的不足,研究了基于LiDAR点云的地理电磁环境的建模.采用数学形态学方法对格网化后的LiDAR点云数据进行处理,从点云数据中先后提取了地物、地形的信息,在此基础上,对各种地物赋予其相匹配的电磁参数,得到了更为准确的地理电磁环境的模型,并采用抛物方程模型对有真实地表覆盖物环境下的电波传播特性进行了仿真分析.相较于传统的基于DEM的电磁建模,该电磁建模方法能够获取到地形、地物的信息,更全面地考虑到地物对电波传播特性的影响,预测结果也将更加准确有效.     

基于数字地形的雷达图像仿真系统设计

基于数字地形的雷达图像仿真是目前雷达仿真领域的一个新的发展方向.以数字地形在雷达图像仿真中的应用特点为牵引,讨论了雷达图像仿真框架设计中各种工具的实现方法和相互间的作用关系.同时对系统实现中的地形数据转换、雷达散射特性库、纹理映射及雷达地物回波仿真框架等关键技术进行了详细的探讨.     

海面散射仿真中不同波浪谱和松弛率模型选取的对比研究

海面微波散射仿真对于实孔径、合成孔径雷达海洋遥感应用研究以及海洋监测雷达系统设计和信号处理都有很重要的意义,目前的海面散射仿真方法主要是基于复合表面模型来进行的,这些仿真方法都要用到海浪谱和松弛率模型。由于海浪谱、松弛率尤其是小尺度部分难以精确测量,不同的实验和拟合方法得到的模型有较大的差别,从而导致仿真海面散射结果往往相差较大,常常让人不知如何选取。该文比较了几种典型的海浪谱和松弛率模型的海面散射仿真结果与实测数据的差异,结果表明Romeiser提出的波浪谱在L-Ku波段,2-20 m/s风速范围内较其他波浪谱更好。而两种主要的松弛率模型的仿真结果差异不大。该结果可作为海面散射仿真中选取波浪谱和松弛率模型的参考。