面向钻孔救援的超宽带雷达技术研究现状与方向

针对目前基于视音频的钻孔生命信息识别技术在矿山救援过程中所面临的视频遇障失效和声波衰减速度快的问题,研究了能穿透煤岩体、砖墙等障碍物进行非接触式测量,实现生命信息识别的超宽带(UWB)雷达技术。从UWB电磁波的传输衰减特性、杂波的滤除与优化、目标生命识别方法3个方面分析了UWB雷达技术在矿山钻孔救援中应用的现状和存在的问题:(1) UWB电磁波可对障碍物后人员生命信息进行识别与定位,其衰减与电场强度、磁场强度、频率和介质有关,但目前针对UWB电磁波传输衰减特性的研究缺乏对不同温度、探测频率、变质程度下各种煤岩体与UWB电磁波传输衰减之间的关系研究,对UWB电磁波的频率、入射角、极化形式等关键参数及变化特征与UWB电磁波衰减的关系研究较少。(2)采用经验模态分解法、MUSIC算法等方法可以对UWB电磁波中的杂波进行滤除,但缺乏对杂波滤除后有效波特征和信息的准确提取和科学表征,难以提高生命信息特征提取与识别的速度与精度。(3) UWB电磁波可以实现对障碍物后多目标人员生命体征如呼吸或心跳的捕捉,采用多雷达观测点可以提高低信噪比环境下生命信息探测的准确性,但目前的研究缺乏对呼吸、心跳、胸腔起伏、体温等多方位、多角度的系统识别与量化分析,缺乏对生命信息识别模型的优化方法。针对存在的问题,指出了UWB雷达技术在矿山钻孔救援应用中的研究方向:(1)研究不同条件下各煤岩体自身性质和电磁波相关参数对UWB电磁波在煤岩体中传输衰减的影响,得出其传输衰减规律。(2)研究适用于矿井环境下杂波的滤除优化与回波特征提取算法,利用回波中的有效特征建立学习样本数据库。(3)构建适用于矿井环境的人员生命信息识别模型,结合样本数据库对模型不断优化,以提高生命信息识别的精度和速度。     

磁致/压电/磁致层合材料磁电响应分析

对沿长度方向振动(LT模式)的磁致/压电/磁致(MPM)层合材料的磁电响应进行了理论分析,其中磁致层沿长度方向磁化,压电层沿厚度方向极化.从压电效应和压磁效应本构方程出发,结合材料的机械运动学方程和电路状态方程,重新推导了LT模式下MPM结构的等效电路,完善了文献中的方法,得到了复合材料的磁电电压系数、开路电流、材料内阻、可供电功率与压电、磁致材料各物理参数以及体积参数之间的关系式.以Terfenol-D/PZT/Terfenol-D层合材料为例,对材料磁电响应进行了数值计算,将计算结果与相关实验结果进行了比较.利用磁电响应仿真结果,对磁电层合材料用于磁敏传感器以及自供电换能器进行了讨论.     

基于FEKO的雷达目标电磁散射特性分析

本文探讨了FEKO电磁仿真软件在雷达散射截面计算中的应用。以空客A380飞机模型为例,使用FEKO计算分析了A380飞机表面电流分布和雷达散射截面角分布特性。仿真结果表明,飞机表面电流分布及雷达散射截面与雷达频率、入射角、极化、飞机结构等因素密切关联。     

基于虚拟场景的森林散射相位中心高度模拟研究

研究使用计算机分形建模方法(L系统)建立一系列具有不同林分高度和密度的阔叶森林(白桦林)场景。然后使用基于扭曲玻恩近似原理发展起来的雷达相干散射模型模拟上述森林场景的后向散射场信息,并提取相应的森林植被散射相位中心高度。进而分析不同雷达系统参数(极化方式,雷达波长,入射角)及森林结构参数(林分高度,林分密度)对散射相位中心高度的影响,为进一步利用相干散射模型进行森林参数定量反演奠定基础。     

复杂目标的近场RCS估算

为了预估复杂目标的近场雷达散射截面(RCS),通过图形电磁计算方法(GRECO)来求得复杂目标远场散射中心的雷达散射截面,采用z-buffer遮挡消隐技术来提取面元远场散射中心的位置,然后给出一种预估复杂目标近场RCS的方法.在雷达天线与目标之间的距离不是太近的情况下,通过仿真目标的远场和近场RCS的分布情况,并对其结果进行比较分析.可以证明该方法计算出来的近场RCS是有效的、准确的,可以应用到实际工程中去分析和解决问题.     

等离子喷涂涂层物理性能的超声检测

基于超声回波技术研究了等离子喷涂涂层的声学特性,采用浮力法获得了涂层的孔隙率.通过频率谱分析法对超声波在涂层中传播的理论进行了推导,建立了能够表征涂层特性的传递函数H(f),由传递函数获取了超声波在涂层中传播的速度、涂层界面的反射系数、密度、衰减系数等声学参量.经分析表明,涂层的声学参量能够反映涂层的质量.分别建立了涂层孔隙率与涂层界面的反射系数、声速、衰减系数的关系,结果表明,随着孔隙率的增加,衰减系数和反射系数增大,相反声速减小.     

多层微波吸收材料的遗传算法设计

利用遗传算法(GA)编写多涂层优化设计程序,该程序可以调用矢量网络分析仪测量的电磁参数,根据吸波材料的电磁参数对0.5～6.0GHz范围内不同材料的涂层厚度进行优化设计;讨论了不同的目标函数和厚度优化方法对优化结果的影响,提出多常数权重法建立目标函数。结果表明:此方法可以简单地从材料电磁参数的数据库中,按照设定的要求计算得到最优的电磁波吸收涂层;利用提出的多常数权重法建立的目标函数可以更好的设计宽频带高吸收的电磁波吸收涂层。     

一种机载冰川厚度探测雷达波数域成像算法

针对机载冰川厚度探测雷达传统成像方法计算量大的问题,提出了一种适用于两层传播媒质的正下视波数域(RMA)成像算法.该算法能自动补偿电磁波的折射效应,校正不同媒质中电磁波传播速度的变化.基于空间几何模型和回波信号形式,推导了雷达回波信号的二维频谱,并在此基础上给出了成像算法实现步骤及相位补偿因子,分析了运动误差的影响及其补偿方法.最后通过仿真分析验证了该算法的有效性.     

不同入射角下的雷达后向散射系数图像模拟

选择了新疆渭库三角洲(库车县、新和县、沙雅县)为实验区,利用Ulaby和Chapp的后向散射模型分别模拟了HV极化和HH极化的入射角为20°、24°、30°、33°、37°和40°的雷达后向散射系数图像。分析了不同入射角下图像各点后向散射系数值的散点图以及统计特征,得出由于入射角度的变化,两种极化的图像后向散射系数值变化较大,其变化趋势均符合余弦函数曲线分布,且模拟SAR图像很好的保留了地面散射信息。     

电磁波入射角对小型机载天线罩透波率的影响测试

机载天线罩良好的透波率是保证天线系统高效工作重要因素,透波率的除了受天线罩本身状况影响外,还与电磁波的方向、频率、极化等因素有关。为解决天线罩透波率测试系统构建复杂、实现困难、测试误差大等问题,构建了一种天线罩透波率测试系统,并对不同电磁波频率、入射角下天线罩透波率进行测试,通过对平面螺旋天线罩的实测表明：低频段不同的入射角对天线罩透波率造成的影响较小,高频段大入射角时对透波率影响较大。     

3D representation of Radar coverage in complicated environment

The 3D representation of Radar electromagnetic information affected by terrain, ocean and weather is an unavoidable problem in the future digital battlefield. Based on the digital models of the complex environment factors such as atmosphere absorption coefficients, atmosphere refraction index and ground, we used APM model and atmosphere absorption attenuation model to calculate in-plane propagation loss and so to get the 2D in-plane coverage of given Radar. Then we combined these 2D coverage to construct the 3D Radar coverage. The experiment of embedding a typical Radar into digital battlefield showed that the 3D Radar coverage affected by complex environment was vividly and dynamically visualized in time and parameters of Radar and target could be adjusted interactively, which could provide excellent decision supporting and plan-aiding for users.     

基于磁致伸缩的电磁超声钢板机械性能检测方法

钢板广泛应用于航天、汽车、石油管道等国民经济行业,因此需要寻找合适的方法对其机械性能进行检测,包括屈服强度、抗拉强度和延伸率,否则会留下安全隐患；钢板机械性能的检测方式目前大多依赖于破坏性检测,且钢板的微观结构可通过电磁参数反映,对此,提出了基于磁致伸缩的电磁超声机械性能检测方法；对钢板进行实验,得到了相关电磁超声信号；对相关信号进行特征提取,分析了特征参数与机械性能之间的相关性；分别采用了逐步回归和径向基神经网络函数,建立特征参数与机械性能之间的关系；两个模型均具有较高的预测精度,代表了所提出方法的可行性。     

用于舰船目标SAR成像仿真的高频区RCS计算

针对舰船雷达目标雷达散射截面计算问题,提出了一种将快速建模和改进的图形电磁算法相结合的方法。利用搜集的舰船素材和建模软件对某型舰船进行较为精确的外形仿真建模,运用物理光学法和增量长度绕射系数法结合的改进图形电磁算法较为准确地计算了雷达散射截面。仿真实验表明,该算法在近实时条件下可得到良好的SAR图像仿真结果。     

A decision support methodology with risk assessment on prediction of terrorism insurgency distribution range radius and elapsing time: An empirical case study in Thailand

The objectives of this research are to design and develop a practical decision support methodology with efficient prediction tool and risk assessment analysis of a terrorism insurgency situation. The proposed methodology consists of two main parts as: (1) the prediction modelling and (2) risk assessment analysis. The Improvised Explosive Device (IED) incidents from 2007 to 2013 in the capital district of Yala province, the southern part of Thailand, are collected and generated to the methodology as a case study implementation. The proposed methodology is capable of indicating and illustrating the risk assessment prediction results of terrorism insurgency incidents. Furthermore, the demonstration of the Explosive Ordnance Disposal Mobile Unit (EODMU) based upon a Risk Assessment Radar Chart is investigated. In practical terms of applying the proposed methodology, the Thai Government can concentrate on a critical operation zone under a Risk Assessment Radar Chart, resulting in a more accurate operation and leading to a much lower number of casualties.     

基于分布目标模型的SAR场景模拟

地理环境的场景回波模拟直接影响到合成孔径雷达(SAR)对抗系统仿真试验的效能评估.通过分析研究场景地表地物的电磁特性,利用高分辨率卫星影像数据的地物特征,采用面向对象的多尺度分类分割算法,提取得到了真实地物电磁特性数据.在构建分布目标模型时,先将实测数字高程模型(DEM)数据进行分形插值处理,建立几何模型,再利用小面单元模型建立散射模型,小面单元的电磁散射特性数据由与DEM数据对应区域的卫星影像数据提取得出,从而建立真实地理环境的SAR回波模型.通过ChirpScaling成像算法对回波信号进行处理,证明了方法的可行性.得到的场景回波模型与通常所用的忽略地物电磁特性得到的回波模型相比,具有逼真度高的优点,为SAR对抗系统仿真试验提供支持.     

便携式三维扫描仪摄像机与电磁接收联合标定

摄像机和电磁接收模块的联合标定是便携式三维扫描仪应用中的重要问题。文中提出了一种对摄像机和电磁接收模块的联合标定方法,该方法依据摄像机内参数、激光平面参数和电磁接收模块相对基坐标系位姿矩阵之间的特定关系,进行一次标定实验即可求解出他们之间的变换矩阵。计算结果表明,此方法简单、实用、快捷,标定精度能满足便携式三维扫描仪的应用要求。     

短时交通流量预测的IPSO-BPNN算法

为了提高短时交通流量预测精度,利用相空间重构和预测模型参数间的相互联系,提出一种粒子群优化神经网络的短时交通流量预测模型。将相空间重构和预测模型参数编码为粒子群的粒子,短时交通流量预测精度作为粒子群的适应度函数,通过粒子之间协作获得预测模型全局最优参数,通过BP神经网络建立预测模型,利用短时交通流量数据对模型性能进行测试。结果表明,相对于传统参数优化方法,粒子群优化神经网络提高了短时交通流量的预测精度,为非线性预测问题提供了一种新的研究思路。     

Current Status and Development Trend of Surface Penetrating Radarin the Application of Lunar and Deep Space Exploration

Surface Penetrating Radar(SPR)，a kind of geophysical method to survey the internal structure and change of properties of lossy dielectric material by using electromagnetic wave，is only able to penetrate the desolate surface of the planet for finding hidden signs of water ice.In addition，SPR is also the most eligible non destructive method for imaging planetary shallow layer soil structure and rock changes caused by electromagnetic discontinuous.This paper reviews the decades history of SPR in the application of extraterrestrial planetary exploration，and summarizes the scientific objectives，performance and results of SPRs configured in lunar and deep space missions.Then on this basis，combined with the latest news on radar technology，the main development trend of SPR in lunar and deep space exploration is given.     

电磁干扰环境下的航空通信距离计算

航空通信系统面临的电磁环境越来越复杂。在电磁干扰环境下对视距频段的航空通信距离计算还缺乏系统的定量分析。基于通信质量限定条件下的通信距离与地球曲面特性限定条件下的无线信号传输视距，定义无扰视距、有扰视距、信干噪比距离和信噪比距离等参数的概念，推导了这些参数的计算模型；构建了接收端位于发射端和干扰端之间时最大接收距离的选择流程；仿真分析了最大接收距离与干扰功率、终端高度、干扰端与发射端之间的距离等参数之间的变化关系；得出了相关参数变化时通信距离的变化关系及对应的限定条件，为电磁干扰环境下航空通信距离的计算分析提供手段，为航空通信系统的有效使用提供支持。     

基于多阶散射模型的玉米后向散射特性分析

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)由于其特有的全天时、全天候成像及对农作物的穿透探测能力,已成为农作物信息获取的重要手段。该文建立基于Matrix Doubling 算法的玉米多阶散射模型,以全极化雷达遥感数据Radarsat-2为数据源进行模型验证,在模型基础上,根据玉米关键生长期的几何参数,分析了玉米的时域散射特征;玉米不同生长期由于结构上的差异,散射特征差别很大:在玉米出苗期,小角度情况下C波段VV-HV适用于土壤湿度的提取;在玉米成熟期,大角度情况下C波段HH-HV较适合玉米叶片含水量的分析。