一种高效的高精度相控阵雷达工程测角方法

相控阵雷达波束宽度随着扫描角的增加而展宽,导致和差波束法测角精度降低,同时,为了解决雷达数据处理芯片存储空间小的限制,本文提出了一种高效的高精度相控阵雷达工程测角方法。该方法以频率值、S曲线系数等信息为输入,进行相应修正处理,查询参数表,求出波束内偏角量,结合波束中心指向,输出天线坐标系下的角度信息;再根据天线罩修正参数表,通过二维线性插值,计算由于天线罩折射引起的角度误差,输出最终修正后天线坐标系下的角度信息。通过仿真分析及暗室测试数据处理验证了工程测角方法的有效性。     

Sparse recovery method for far-field and near-field sources localization using oblique projection

In this paper, we propose a novel source localization method to estimate parameters of arbitrary field sources, which may lie in near-field region or far-field region of array aperture. The proposed method primarily constructs two special spatial-temporal covariance matrixes which can avoid the array aperture loss, and then estimates the frequencies of signals to obtain the oblique projection matrixes. By using the oblique projection technique, the covariance matrixes can be transformed into several data matrixes which only contain single source information, respectively. At last, based on the sparse signal recovery method, these data matrixes are utilized to solve the source localization problem. Compared with the existing typical source localization algorithms, the proposed method improves the estimation accuracy, and provides higher angle resolution for closely spaced sources scenario. Simulation results are given to demonstrate the performance of the proposed algorithm.     

5G毫米波频段不同天线形式信道参数测量及对比分析

基于5G毫米波应用频段,开展了全向天线、喇叭天线以及阵列天线的信道测量与信道参数对比分析研究. 利用空间交替广义期望最大化(space-alternating generalized expectation-maximization, SAGE)算法提取了多径信道参数,包括多径时延、到达角、多径强度等,基于多径分量距离（multipath component distance, MCD）对多径分量进行了分簇结果的对比,对比分析了相同测量点处不同天线形式得到的信道参数差异. 结果表明,同场景下不同天线的信道参数测量结果会有较大差别,全向天线路损指数最小,阵列天线均方根(root-mean-square, RMS)时延扩展和RMS角度扩展均最小,喇叭天线可以得到较多的簇. 本文为5G毫米波频段信道建模提供了不同天线形式信道参数结果对比分析数据.     

漫反射成像法的激光参数测量系统设计

精确地测量激光在大气传输后的光斑参数,是研究激光大气传播效应和分析激光发射系统性能的关键技术手段。测量激光远场参数的方法主要包括阵列探测法和相机成像法,目前在激光大气传输效应的测量评估中大都采用阵列探测法。由于探测器阵列靶受物理空间和研发成本等因素的限制不能均匀且高分辨率紧密排布,将造成采样光斑的失真,难以精确地测量远场光斑参数。针对此问题,利用相机分辨率高的特点,设计了一套基于漫反射屏成像法的激光参数测量系统。该系统最小测量分辨力小于0.39 mm,质心位置平均偏差为0.05 mm,测量光斑到靶功率不确定度优于10%。该系统能有效地测量激光发射系统的跟瞄精度和到靶功率,为分析激光大气传输效应和分析激光发射系统性能提供有效手段。     

阵面机械轴误差对相控阵雷达测角精度影响分析与验证

天线阵面机械轴误差在多个维度上共同影响相控阵雷达测角精度,实际应用中难以测量、分析和验证,是高精度相控阵雷达实现精确测角迫切需要解决的关键问题之一.基于机械轴误差对相控阵雷达测角精度影响模型,推导出实际条件下空间直角坐标系到阵面直角坐标系的变换矩阵,对相控阵雷达波束指向公式进行修正,详细分析了机械轴误差及波束扫描角变化...     

基于TMS320LF2407电网参数的测量

为了使电网参数测量的精确性更高,测量时间更短,基于TMS320LF2407设计出了一种新型的数字测量系统来测量电网参数,对电网的直接参数电压,电流以及电压与电流间的相位角进行测量,根据测得的数据对其他参数进行计算。这种数字测量系统大大提高了传统的电网参数测量系统的速度和精度,使得电网工作状态能够根据测量的参数进行及时的调整。     

大气电场数据与雷电相关性的深度学习算法

雷电是一种对流天气现象,也是发生频繁的自然灾害之一,破坏力极大。由于雷暴的时间短、范围小,精准的雷暴预警在天气预报中较为困难。目前各种气象监测设备很多,但数据利用率较低,其中利用大气电场仪数据的变化来判断雷电是否发生的研究较少。因而,通过探索二者间的相关性,对于建立更有效的雷电预警模型是有意义的。而本文利用卷积神经网络分析并验证了大气电场变化和雷电的关系,模型的分类结果更直观地反映了二者存在相关性。      

基于遗传算法的三维电场传感器解耦标定方法研究

3维电场分量对传感器输出信号的耦合干扰是影响3维电场探测准确性的关键问题。为了减小耦合干扰,实现3维电场的准确测量,该文提出一种基于遗传算法的3维电场传感器解耦标定方法。区别于求逆矩阵运算的传统标定方法,该方法利用遗传算法并行全局搜索的特点,通过设置适应度函数和遗传算子获得最优化解耦标定矩阵,避免了复杂的矩阵求逆计算,减小了计算误差。该文设计了一种可实现传感器与电场矢量成任意夹角的测试标定装置,建立了电场理论值计算模型。对基于矩阵求逆计算和基于遗传算法的两种解耦标定方法进行了对比实验,实验结果表明,基于遗传算法的3维电场传感器解耦标定方法与传统标定方法相比,有效地消除了电场分量对传感器的耦合干扰,提高了标定精度,实现了3维电场的准确测量。     

分布式阵列雷达基线位置和相位误差的卫星标校方法

在采用相位干涉测角的分布式阵列雷达系统中,系统阵面相位中心位置误差和相位误差对测角精度影响很大,且阵面相位中心位置与物理中心位置通常不一致,因此需要对其进行精细标准补偿。传统的雷达系统误差校正方法通常采用远场辐射源来对雷达进行校正,但是对于单元间距很大的分布式阵列空间目标监视雷达而言,要实现远场辐射校准往往很难。该文提出一种利用多弧段的精轨卫星精密星历对阵面相位中心位置误差引起的相位误差进行白化,然后搜索相位中心坐标和相位差使匹配方差最小的校正方法,无需使用特定仪器测量,且能很好地标定误差;计算机仿真以及实测数据验证了使用该文校正方法后,测角精度得到了显著提升。     

拍星残差数据相关性分析的大气折光差修正

靶场通常采用夜间静态拍星的方式检测光电经纬仪的静态测角总误差。受大气折射率变化的影响,俯仰方向测角数据通常采用大气折光差经验公式进行修正。不同地区和时间的大气环境差异使得该经验公式存在较大误差,导致拍星解算得到的俯仰方向测角误差偏大,且影响俯仰方向测角误差因素的进一步分离。为此,提出了一种基于多台光电经纬仪同步拍星数据相关性分析的大气折光差修正方法。基于经纬仪拍星方位角和俯仰角测量残差模型推导得到了大气折光差修正误差模型。根据该误差模型,利用分布在同一区域不同点位的多台光电经纬仪拍星俯仰角残差数据,采用最小二乘法拟合得到大气折光差的修正系数并修正俯仰角测量残差数据。实测数据表明：采用该方法对俯仰角测量残差进行大气折光差修正后,光电经纬仪俯仰角测角总误差显著降低,且由垂直轴倾斜误差修正错误引起的方位角和俯仰角残差特性得以显现。文中提出的方法无需使用探空气球等获取大气参数,即可对同一地域分布的多台光电经纬仪拍星俯仰角残差数据进行修正,修正后的数据可用于进一步分离其他误差因素,具有较强的工程应用价值。     

Fast Measurement Technique for Phased Array Calibration

A novel measurement method is proposed in order to measure the active electric fields of the individual antenna elements in a phased array antenna. Fast and accurate measurements can be realized by the proposed method because the electric fields of multiple elements can be obtained simultaneously and no phase measurements are required. Hence, it can be easily applied to the on-board diagnostics and re-calibration in the operating phased array antenna systems. In the first step with this method, the phases of multiple antenna elements are successively shifted with the specified phase intervals while the array power variations are measured. Next, the measured power variation is expanded into a Fourier series and the terms are rearranged to put them into the form of the rotating element electric field vector (REV) method. Finally, the REV solution is used to identify the electric fields of the individual elements. Additionally, a theoretical study is carried out on the accuracy of the proposed measurement method. Simple, closed-form equations have been successfully derived for the measurement errors and the calibration accuracy is theoretically estimated. The proposed measurement method is validated with experimental results and the measurement accuracy is compared with the theoretical prediction.      

Mars-LiDAR系统误差分析及安置角误差飞行检校

机载激光雷达系统是集激光扫描仪、全球定位系统和惯性导航系统等于一体的多传感器集成系统。机载激光雷达的检校和标定是保证激光点云定位精度的关键环节,其中扫描系统安置角误差是影响定位精度的主要因素之一。首先介绍了国产中远程机载激光雷达Mars-LiDAR系统,然后基于误差传播定律对系统误差进行了分析。研究了系统安置角误差的飞行检校方法,采用外场定标的方法将安置角进行动态分离,并通过飞行试验完成了系统安置角误差的动态检校,对Mars-LiDAR系统在3000 m、4000 m飞行高度获取的点云进行了定位精度分析和校正,验证了Mars-LiDAR系统安置角误差检校方法的实用性。     

一种基于MEMS芯片的新型地面大气电场传感器

该文基于MEMS电场敏感芯片,研制出了一种新型的地面大气电场传感器,解决了现有场磨式电场仪易磨损、功耗大、故障率高等问题。敏感芯片采用SOIMUMPS加工工艺制备,其芯片面积仅为5.5 mm5.5 mm。该文提出了传感器敏感芯片的弱信号检测方法,设计出了满足环境适应性的传感器整体结构方案,并建立了传感器的灵敏度分析模型。对电场传感器进行测试,测量范围为-50 kV/m~50 kV/m,总不确定度为0.67%,分辨力达到10 V/m,功耗仅为0.62 W。外场试验结果表明,MEMS地面大气电场传感器在晴天和雷暴天的电场探测结果,与Campbell公司场磨式电场仪探测结果都有较好的一致性,说明该传感器能满足预测雷暴要求,实现雷电监测和预警功能。     

一种宽带数字相控阵天线比幅曲线的设计方法

随着宽带数字化技术的发展,如何利用宽带DBF 技术在电子对抗领域中进行精确测角测向一直是研 究的热点。文中论述了一种宽带数字相控阵天线比幅曲线的优化设计方法,从多波束类型的选择出发,分析了和和 交叠电平的选择、空域覆盖和增益覆盖的取舍等问题,并且通过对雷达探测领域和差比幅曲线绘制方法的演化,得 到宽带数字和和比幅曲线的绘制方法,分析了基于正弦空间的多波束比幅曲线、中心频点的频率转移、侦察频点的 频率转移等问题,最终仅用一条标准比幅曲线进行装订即可解决宽带带宽内和扫描空域内的所有和和比幅测角问 题,该设计方法拟制的宽带多波束比幅曲线,可应用于宽带数字相控阵体制的雷达探测或电子对抗领域,在简化比 幅曲线数量、减少比幅曲线存储空间、提升比幅测角测向精度等方面均有明显的优势。     

区域大气增强伪距单点定位算法及性能验证

传统的伪距单点定位模型,受限于模型噪声、轨道钟差精度和大气误差修正精度等因素,难以获得高精度的定位结果,已经无法满足现代化应用场景的需求。提出了一种区域大气增强的伪距单点定位方法,能够显著改善伪距单点定位的定位性能。算法采用精密轨道钟差产品削弱卫星轨道钟差误差,使用区域大气参数削弱对流层电离层误差,采用双频非组合模型降低观测模型噪声。实测数据的验证结果表明,区域大气增强伪距单点定位方法的定位精度均方根(RMS)在水平方向优于0.2 m,高程方向优于0.25 m,定位精度的提升非常显著,同时亚米级的伪距单点定位精度在实际工程应用中也具备重要的参考价值。     

一种多基地雷达抗距离欺骗干扰技术

针对距离多假目标欺骗干扰下多基地雷达系统,提出一种基于同源定位检验的抗欺骗干扰技术。首先,各接收站对获取到的目标角度量测进行预处理,划分出同一方位向上目标并进行数据压缩,以此提高同一方向上目标角度量测精度;同时,利用发射站和接收站组成的双基地雷达系统进行目标定位;最后,将各站定位结果进行同源定位检验,并融合检验后结果。仿真结果表明:该方法能有效抑制距离多假目标欺骗干扰,并能对多目标进行精确定位。     

空间高分辨率光学系统几何畸变标定技术

遥感相机光学系统畸变系数作为影响相机在轨成像质量的关键因素,其检测精度一直以来都是遥感相机研制过程中的核心环节。传统的测角法主要依靠高精度二维转台,实现了光学系统视场角与像高之间的精准对应,该方法对测试设备和测试环境要求苛刻。随着相机焦距、口径和体积的增大,对于转台设备的尺寸与测量精度也日渐提升,单纯依靠提升测试设备性能无法满足后续各类高性能遥感相机的研制需求,尤其对于垂直装调类超大口径空间高分辨率光学系统,该方法不可行。在传统精密测角法的基础上,提出一种基于干涉原理的空间高分辨率光学系统几何畸变标定技术,相比于传统的精密测角法,该方法在同等测试精度的基础上,具备更广泛的适用性,其不再受限于测试设备的尺寸与精度限制,可同时满足各种类型遥感相机的畸变测试需求。文中详细介绍了该畸变测试方的基本原理、测试方法与误差链路,并对该畸变测试方法进行了应用验证,将结果与传统畸变测试方法进行对照,表明该方法的测试精度满足遥感相机的研制要求且适用范围更广,对航天长焦距大口径遥感相机研制及畸变测试有参考借鉴意义。     

一种基于非参数模型的相机内参校准方法

影响大空间视觉三维坐标测量不确定度的主要因素有相机内参数、外部方位参数和特征成像质量.传统相机内参数校准方法需要参数模型化及全局最优化求解方法,会造成各内参数相关性过高,局部校准误差较大,对基于测角的测量方式不确定度影响较大、结合相机成像原理及垂线法,提出了一种基于物理参数校准的方法,对主点位置偏移、全视场范围非均匀镜头畸变等参数进行了精细校准.最后,以交比不变误差作为相机校准精度的评价方法,与传统校准方法的对比实验表明,该校准方法能够有效地提高测量不确定度指标,是一种简单、实用的校准方法.     

基于酉 ESPRIT 的多频带融合ISAR成像

基于散射中心参数化模型和反向传播（back propagation, BP）神经网络,构建了一种针对目标全角度、宽频段下的远场电场预测网络,该网络将利用目标的位置、幅度、频率等数据信息实现远场电场实部与虚部的快速预测. 首先,将对目标强散射点的位置以及强度等参数进行提取;然后,对二维角域以及频域进行区域划分,构建并联式的智能网络架构,从而建立散射中心参数化模型与高精度远场电场间的关系. 该方法能够通过新型并联网络的训练,减小传统散射中心模型的频率、角度依赖性的影响,实现目标远场电场的快速获取. 由于在网络设计时,充分借鉴了现有的模型中各散射参数对目标电场的影响,因此该神经网络具有清晰的物理意义以及突出的泛化能力. 与传统的基于几何绕射理论（geometrical theory of diffraction, GTD）模型的电场重构方法相比,本文方法具有更高的准确性,实验结果表明提出的并联网络使得预测电场误差下降了18％以上,同时针对目标后向远场电场的预测,其相对均方根误差能够小于5%.

     

时域天线阵列半功率波束宽度计算

对于冲击雷达系统中的时域天线阵列,提出点源近似模型,用来计算时域超宽带天线阵列辐射瞬态电磁脉冲的场方向图以及辐射波束的半功率波束宽度。采用点源近似模型计算的半功率波束宽度和CST仿真结果一致,并和实验测试结果吻合得很好。实验表明,阵列辐射瞬态电磁脉冲具有波束聚焦特性,点源近似模型可以作为一种简便的方法,对时域天线阵列的参数进行分析。