机载双极化气象雷达多种降水粒子回波仿真方法研究

该文提出一种机载双极化气象雷达多种降水粒子回波仿真方法。该方法基于T-Matrix方法以及天气预报模式(Weather Research and Forecasting, WRF),首先利用WRF建模仿真气象场景;其次考虑降水粒子为球形条件下,结合T-Matrix方法和微物理特性计算6种降水粒子反射率因子;最后应用雷达气象方程获得6种类型降水粒子回波信号,实现机载极化气象雷达降水粒子回波信号仿真。仿真结果表明,该方法的仿真结果可准确反映气象特征,与实测数据的对比分析进一步证实了所提方法的有效性、可靠性。     

基于双极化融合的外辐射源雷达实验分析

雷达极化学揭示了电磁波与目标相互作用的变极化效应,充分挖掘和利用目标极化信息,对提高雷达探测性能具有重要意义。文中对在外辐射源雷达(PBR)探测中利用双极化特征提高探测性能进行了研究。首先,对目标和城区杂波的PBR双极化特性分别进行了仿真计算与实测分析,得到了其交叉极化分量与共极化分量之间的大小关系,为PBR中双极化技术应用提供了基础;然后,根据无源相干定位技术推导了PBR 探测公式,揭示了其与目标双站距离、极化散射特性、多普勒频率之间的关系;最后,根据实验结果具体分析了双极化技术对PBR探测性能改善情况。研究表明,由于双极化探测更充分、有效地利用了目标自身极化散射特性,并用交叉极化方式有效抑制了杂波,所以采用双极化融合技术能有效提高PBR 探测性能。     

有源诱饵的双极化识别

针对双极化测量体制毫米波雷达,研究了有源干扰诱饵的极化识别方法。首先介绍了双极化技术原理,然后详细分析了典型雷达目标和各种极化有源诱饵的双极化回波特性,引入能够有效表征有源诱饵和雷达目标极化特性差异的同极化比和极化起伏等特征,并提出基于自适应恒虚警阈值的目标识别方法。最后通过组建双极化试验雷达系统采集并分析了建筑物和垂直极化、水平极化、左旋圆极化有源诱饵的回波数据,实验结果证明了有源诱饵的双极化识别方法的可行性和有效性。     

雷达动目标极化散射矩阵瞬时测量技术

研究了雷达运动目标的信息获取问题,提出了运动目标极化散射矩阵瞬时测量方法。雷达正交双极化天线同时发射正、负调频斜率线性调频信号,目标的正交双极化回波分别与2个线性调频信号进行匹配滤波,利用正、负斜率线性调频信号的模糊函数特性测量目标时延和多普勒频移,通过求解线性方程组消除极化-多普勒耦合,精确得到目标极化散射矩阵的4个元素。该方法可以在单个脉冲周期内同时获取目标的距离信息、速度信息和极化信息。仿真实验验证了该方法的有效性。     

空间进动目标宽带极化相关特性研究

针对空间进动目标的宽带极化相关特性,首先给出了其定义及其物理意义;然后基于一种空间进动目标动态全极化回波仿真方法得到了典型战情下的雷达回波,接着以4类典型目标为对象分析了空间进动目标的宽带极化相关特性,并进一步分析了分时极化测量条件下空间进动目标测量的雷达脉冲重复间隔(PRI)选择问题。研究表明,对典型参数情况,分时极化测量雷达对空间进动目标进行宽带极化散射特性测量时,PRI为10ms可满足测量需要,但实际观测场景较仿真场景更为恶劣,因此需要更小的PRI。该结论对于空间进动目标探测与识别的数据率设定具有一定参考意义。     

机载气象雷达下和差波束抑制地杂波研究

针对机载气象雷达气象模式下的地杂波抑制研究,提出利用雷达回波信号的和差波束方法加以抑制。首先建立地心坐标系下飞机位置和气象与地杂波空间模型,然后通过机载气象雷达发射脉冲信号,利用气象雷达方程计算波束扫描范围内的气象目标和地杂波的回波功率信息。根据气象与地杂波所处雷达波束中心位置和角度不同的特性,利用和差波束方法抑制地杂波,同时气象信息不会有太大损耗。经过仿真数据验证,该方法能够有效地剔除地杂波,保留气象信息。     

一种极化-多普勒气象雷达的射频干扰滤波方法

为了滤除极化-多普勒气象雷达中的射频干扰,该文提出利用谱极化滤波器,适用于同时发射同时接收(STSR)和分时发射同时接收(ATSR)体制的极化气象雷达。首先利用C波段STSR气象雷达的实测数据研究射频干扰的时域、频域和极化域特性,建立射频干扰信号模型。然后,在X波段ATSR雷达的数据中仿真加入射频干扰,验证谱极化滤波器的有效性。总体看来,在ATSR雷达中利用谱极化滤波器可以有效保留降雨目标并且滤除射频干扰。最后,针对STSR雷达提出利用数据分集的方法,STSR雷达的实测数据可以模拟ATSR雷达数据,再利用谱极化滤波器实现射频干扰滤除,同样可以取得较好的滤波效果。      

机载双基地极化敏感阵列多干扰抑制

为了破解雷达主瓣干扰尤其是多个主副瓣干扰同时抑制的难题,该文利用目标极化散射特性在不同入射角存在差异而干扰近似相同的特点,将极化信息应用到机载双基地雷达,通过构建机载双基地极化敏感阵列来实现主副瓣干扰抑制。该方法主要通过双基地-极化分级抑制来实现。首先重构协方差矩阵遮蔽主瓣干扰来分别抑制双基地主辅雷达副瓣干扰,然后将辅雷达接收数据时域对齐后送主雷达,最后修正主辅雷达主瓣干扰导向矢量,并利用极化对消实现主瓣干扰抑制。仿真结果表明:利用双基地-极化分级抑制方法可实现多个主副瓣干扰同时抑制,大幅提升雷达系统抗干扰能力。      

BRT-MOM-ILDC方法分析海上无人机群目标全极化散射特性

随着海面低慢小群目标威胁性的不断增强,其雷达回波的有效探测受到了世界各国的广泛重视。海杂波影响分析和对目标上精细结构建模这两个问题是海上低慢小目标雷达散射特性仿真研究的重点内容,因此,本文以海上无人机群为分析目标,针对其飞行高度低、受杂波影响大、局部结构反射截面积小的目标特性,综合采用高频双向射线追踪方法（BRT）、多层快速多极子加速的矩量法（MOM）和边缘区域的增量长度绕射理论方法（ILDC）分区域实现可靠的电磁散射建模。该方法将目标区域分为高频电大区域、低频精细区域和棱边区域进行理论分析与计算,采用多路径方法对目标间、目标与海面的耦合作用进行有效的补充,实现全极化海面目标的散射特性高效计算和快速成像。结果分析表明,采用本文方法可以快速的获取全极化的目标散射回波和雷达图像,从而为目标识别提供大量样本信息。      

一种基于WRF模式的雨衰减短期预报方法初探

将气象中应用广泛的数值天气预报模式应用到雨衰减区域短期预报中,基于数值天气预报模式WRF获得未来一段时间降雨强度和雨顶高度的空间分布,结合系统参数如频率、极化角和仰角等,利用电波传播算法获得雨衰减的空间分布.利用实测降雨数据对预报结果进行验证,结果显示:预报雨衰减和实测雨衰减基本符合,特别是二者随时间的变化趋势非常一致.     

双线偏振天气雷达测量精度分析

双线偏振雷达是继多普勒雷达技术后，将在我国逐步推广的天气雷达探测技术。双线偏振技术扩展了常规多普勒雷达功能，可以直接探测到与降水粒子的微物理特征有关的差分反射率因子ZDR、差分传播相移KDP等物理量。基于先进的C波段双线偏振多普勒天气雷达的系统构成、工作过程和性能指标，分析了双线偏振天气雷达测量精度。计算结果表明，文中设计的雷达能够满足实际使用要求。     

基于CNN的机载气象雷达气象目标检测方法

机载气象雷达系统进行气象探测时易受到强地杂波的干扰,从而导致目标信息丢失。为准确检测地杂波中的气象目标,获取完整的目标信息,本文提出了一种基于卷积神经网络(Convolution Neural Networks, CNN)的机载气象雷达目标检测方法。该方法联合时域、多普勒域和俯仰维空域信息,将杂波相位对准指标、多普勒速度和干涉相位作为CNN的输入,并给出详细的网络结构。本文通过模拟雷达回波仿真产生训练集和测试集,并对所提网络进行训练和测试。仿真结果表明,与目前的气象目标检测方法相比,该方法具有较高的检测概率,而且在谱矩信息变化的情况下仍可维持较好的检测性能,具有很好的鲁棒性。此外,仿真结果表明CNN比传统的贝叶斯分类器和支持向量机等分类网络具有更好的分类性能。     

双偏振多普勒天气雷达和CINRAD-SA对比分析

为了解S波段双偏振多普勒天气雷达的探测性能,开展了与CINRAD-SA观测数据的比对工作,分析了2部雷达测量的反射率因子值之间的差异;同时利用地面雨量计观测值作为基准,比较了2部雷达估测降雨量的效果。研究结果表明:双偏振雷达测量的反射率因子值比SA雷达要弱;利用双偏振雷达观测的K_DP数据计算的降雨量与雨量计观测值最为接近,而R（Z_H）方法和R(Z_H,Z_DR)方法计算结果都明显低于雨量计测值,R(Z_DR,K_DP)方法计算结果大于雨量计测值;SA雷达用R（Z）方法的计算结果也低于雨量计测值,但要好于双偏振雷达的R（Z_H）方法。     

提高天气雷达探测能力的互相关方法和中值滤波技术

应用双偏振天气雷达探测天气信号的方法备受国内外气象科技领域人员的关注。目前,双偏振天气雷达的双通道同时收发体制是由功分器将发射通道的能量等分为水平和垂直两路发射通道,其结果会使每个通道发射能量减半,又由于接收机产生的噪音能量是不变的,必然引起回波信噪比减弱,减弱值约为3 dB。为了避免3 dB损失带来的不利影响, 需改进双偏振雷达的探测性能。将双偏振雷达回波信号中的双通道信号间的互相关信息、单通道信号自身的信相关信息及每个信号自身的能量信息求和,再将结果与预先设置好的阈值进行比较。如果结果大于这个阈值,就认为这个信号是有效信号,否则就认为它是噪声并被滤除。文中利用X波段双偏振天气雷达数据,对比了引入互相关算法前后的探测效果,证明利用双通道信号互相关、单通道自相关及信号能量自身求和判断信号是否存在的效果较好;介绍了中值滤波技术,并利用中值滤波技术去除了天气回波中的点杂波,提高了双偏振天气雷达的探测性能。     

机载气象雷达风切变信号仿真

风切变是引起空难事故的重要原因之一。具有风切变探测能力的机载前视气象雷达对于保障航空安全非常重要。由于风切变现象具有危害大、持续时间短且不易探测的特点,使实际数据较难获取。因此,风切变回波信号仿真对风切变检测技术的研究和验证具有重要意义。文中对风切变雷达回波信号的仿真提出了一个新思路:首先,通过使用风场仿真软件生成一个较为真实的风切变风场,然后,根据雷达参数高保真地对风切变雷达回波信号进行仿真。通过仿真结果与风切变结构特征的对比,表明仿真过程合理,仿真数据有效。     

基于DEM的机载气象雷达地杂波剔除方法

针对机载气象雷达气象模式地杂波抑制问题,提出利用回波幅度信息的基于数字高程模型（DEM,Digital Elevation Model）的时域地杂波剔除方法。首先利用回波幅度信息对存在雷达回波信号的数据区域进行分割,然后对区域的边界距离单元利用基于DEM的可视性算法分析其触地情况。根据分析结果可知,存在回波信号的区域可分成仅含气象的区域、仅含杂波的区域以及二者相连的区域,其中相连区域还需进行逐距离单元判断确定分界距离单元。将杂波存在的距离单元予以剔除,即可去除地杂波。经实测数据验证,该方法能够根据雷达参数和DEM数据准确地判断杂波所在的距离单元,有效地剔除地杂波。提出的方法仅处理存在回波信号的区域,且不需要对所有的距离单元进行分析,可以大大减小运算量。      

一种基于极化信息的机载拖曳式诱饵存在性检测与抑制方法研究

该文提出了一种利用极化信息对机载拖曳式诱饵进行检测和抑制的方法。建立了拖曳式诱饵干扰条件下雷达目标的全极化雷达回波模型,分析了转发式诱饵干扰和雷达目标在单脉冲雷达测角系统中不同极化通道响应函数的差异,利用存在和不存在干扰时测得的目标极化散射矩阵散度的差异,提出了一种转发式拖曳诱饵存在性的检测方法,并设计了相应的干扰抑制算法。仿真实验验证了该方法的可行性和有效性。该文的研究工作为有效检测与抑制拖曳式诱饵提供了一条新的途径,对提高雷达末制导系统在干扰条件下的精确打击能力具有重要参考意义。      

基于贝塞尔曲线和路径的气象模式建模仿真

为了更贴近机载雷达实际的工作情况,符合培训人员工作的需求,介绍了机载雷达训练模拟器的气象模式的建模仿真。首先建立了气象目标控制模型,支持对气象目标显示的控制和调整。通过控制台向显控台发送目标坐标信息,以及对不同强度的气象目标进行不同颜色标记,并基于贝塞尔曲线和路径规划成功实现调用GDI画图来生成不规则形状的气象目标。最后在某型机载雷达训练模拟器实现气象模式的拓展,取得了良好训练效果。