基于实测数据的分时全极化雷达海杂波分布研究

首先基于IPIX分时全极化雷达的海杂波实测数据,分析了瑞利分布、韦布尔分布、对数正态分布和K分布对实测数据的拟合效果,发现对数正态分布拟合水平极化接收通道的杂波数据效果较好,K分布拟合垂直极化接收通道的杂波数据效果较好,但是仍然存在海杂波"拖尾"区域拟合不理想的情况.为此,假设海杂波中的布拉格散射体的回波服从K分布,离散海尖峰的回波服从对数正态分布,海杂波整体服从K分布和对数正态分布的叠加混合分布,提出了一种具有闭式表达式的混合分布,以改善海杂波分布"拖尾"部分的拟合效果.实测数据分析表明,本文提出的混合分布对海杂波幅度分布的拟合效果优于对数正态分布和K分布.     

海杂波统计特性分析

分析了海杂波背景下的目标检测的困难,研究了后向散射系数在海杂波的各个散射区中的性质,列举分析了几种常用的海杂波后向散射系数理论模型,重点分析了海杂波幅度特性和海杂波相关特性,不但有助于设计和实现雷达滤波器,而且有助于提高抑制杂波的能力以及保证雷达应有的探测性能。     

基于实测数据的海杂波特性分析

海杂波特性分析是进行海面目标检测算法优化设计和雷达性能预测的先决条件,文中对实测海杂波数据的统计特性和混沌特性进行了全面分析,进一步加深对海杂波的认识和了解。分析结果表明,所录取的数据符合K分布统计特性;根据现有的混沌特性判断准则,在一定程度上可以认为海杂波是具有混沌特性的,并利用Volterra滤波器构造一个非线性预测模型,验证了海杂渡是局部可预测的。     

X波段雷达实测海杂波的特性分析

舰载雷达和海岸警戒雷达的目标检测和跟踪性能与海杂波密切相关。对X波段雷达实测海杂波进行了功率谱密度和相关分析,得到了一些有益的结果。与VV极化相比,HH极化的海尖峰特性更明显;与HH极化相比,VV极化海杂波的功率谱密度具有更窄的带宽,且衰减得更快。而HH和VV极化海杂波具有相似的相关性,但HH极化的相关系数要比VV极化的要小。得到的结果对雷达目标检测与识别具有一定的借鉴意义。     

多波段多极化海杂波特性的实验研究

长期以来,海杂波特性研究一直是雷达和微波遥感界普遍关心的问题。本文讨论基于矢量网络分析仪组建的波谱计对海杂波特性所进行的多波段（S,C,X,Ku）多极化测量,包括测量系统、实验描述和数据处理方法,通过数据分析得到不同海态下杂波特性（散射系数、多普勒谱等）随频率、极化和入射角（含小擦地角）的变化关系并给出一些典型结果。     

Ku波段地海杂波极化特性实验与分析

目标极化特性是全极化雷达导引头信号算法的重要先验知识,开展地海杂波极化特性的理论与实验研究对极化导引头的研制意义重大.地海杂波的时频域和极化域统计特性是设计雷达导引头抗干扰算法的基础.基于本实验室研制的Ku波段双极化平板裂缝天线,在山东莱州地区某实验现场,开展了垂直和水平极化基下地海杂波频域和极化域实验研究,获取了大量的全极化回波实验数据.文中重点从极化度、极化不变量和极化分解探索给定条件下的地海杂波极化特性,并进行了实验数据的处理和分析.在Ku波段,三种典型环境下的杂波具有较高的极化度,极化特征明显,且杂波的极化特性随频率变换明显,表现出极化对频率的敏感特性;三种杂波的极化不变量存在显著差别,且随着频率显著变化;数据的极化分解结果验证了三种杂波均存在主散射机制.地海杂波实验研究结果为设计雷达导引头中极化滤波和极化识别算法提供了重要基础,测试数据也可为工程实践提供应用参考.     

多波段多极化海杂波特性的实验研究

长期以来,海杂波特性研究一直是雷达和微波遥感界普遍关心的问题。本文讨论基于矢量网络分析仪组建的波谱计对海杂波特性所进行的多波段(S,C,X,Ku)多极化测量,包括测量系统、实验描述和数据处理方法,通过数据分析得到不同海态下杂波特性(散射系数、多普勒谱等)随频率、极化和人射角(含小擦地角)的变化关系并给出一些典型结果。     

实测毫米波海杂波相关性研究

研究雷达的海杂波特性对于提高雷达在杂波中检测海面目标的能力非常重要,在很多情况下,海杂波是限制雷达性能的主要因素。以长期试验所获得实测毫米波海杂波数据为基础,采用统计学的方法,分析了杂波的相关性随时间和距离的变化关系,给出了各自的相关系数曲线,为全面研究海杂波特性及雷达系统仿真提供了理论依据。     

实测海杂波数据空间相关性研究

针对海杂波背景下目标检测问题的实际需要,从幅度和谱两个层面研究了实测海杂波数据的空间相关性。幅度的空间相关性主要采用相关系数和消除趋势波动分析方法,重点研究了非相参条件下空间相关性随雷达距离分辨率、海况、采样率和积累四个因素的变化趋势,相参条件下空间相关系数实部、虚部和模值的特性以及不同海况时的长程空间相关性。谱的空间相关性采用相关系数和互相关系数进行表征,主要对单一频率成分的空间相关性、谱的质心和带宽与海杂波功率水平的互相关特性两个问题进行了研究。通过研究掌握了海杂波空间相关性的一般趋势及部分特性与雷达参数、环境参数间的依赖关系,为进一步理解海表面散射机理、优化目标检测算法以及海杂波仿真提供先验信息和理论指导。     

L波段小擦地角海杂波幅度统计特性研究

为了研究L波段小擦地角海杂波幅度统计特性及其在不同海洋参数条件下的差异,该文结合海杂波实测数据,选取适当的拟合优度检验准则,对比分析给出了不同波高和风向条件下Rayleigh, Weibull, Log-normal, K分布等经典统计分布模型,以及典型参数条件下Pareto分布在L波段小擦地角海杂波建模中的拟合效果,可为雷达目标检测中杂波模型的选择提供参考,提高海洋环境背景下目标检测的适应能力。     

基于海杂波分形特性的目标检测新方法

为克服海杂波分形维数值估计需要较长的数据长度的缺陷,提出了基于扫描间积累的分形维数值估计方法.首先研究了几种常用的分维值估计方法,从分维值的定义出发证明了分段分维估计方法与连续数据估计方法的等价性,然后通过迭代算法求得分形维数估计值.仿真结果表明提出的方法降低了对雷达驻留时间的要求,并且具有较小的运算量,提高了微弱目标的检测性能.该方法可以用于岸基对海雷达检测海表面微弱目标.     

基于实测数据的海杂波K分布参数估计方法研究

针对海杂波K分布模型参数难以估计的特点,提出了一种自适应遗传求解算法。该算法利用相关熵作为适应度函数,按照自适应变异原则进行优化,实现了参数的准确估计。实测数据处理结果表明,该算法性能优于矩估计法和最大似然估计法,具有很高的估计精度和适应性,从而为最优检测算法设计提供依据。     

Analysis of sea spikes in radar sea clutter data

In this paper three sets of high-resolution, coherent, and polarimetric radar sea clutter data are analyzed and compared with radar sea clutter models. The nature of the data allows a thorough analysis of the power, polarization and velocity of the sea clutter. It is shown that these quantities, especially the velocity, are good measures of many physical properties of the ocean surface. Furthermore, it is shown that these physical properties match well with the sea clutter models. Sea clutter is found to consist of two components, a diffuse background, characterized by low values of backscattered power, HH/VV polarization ratio and Doppler velocity, and a number of spiking events, which possess higher power, polarization ratio and velocity. The background is reasonably well modeled by tilt-modulated Bragg scattering, whereas the spikes may be associated with the scattering on steepened and/or breaking waves. Moreover, it is shown that the influence of microbreakers has to be taken into account to explain the relatively high polarization ratio. A breaking wave origin for the spikes is supported in two ways. First, by a detailed analysis of the temporal behavior of individual spike backscatter properties, and second, by a statistical analysis of the entire population of spikes.     

Polarimetric brightness temperatures of sea surfaces measured withaircraft K- and Ka-band radiometers

Dual-frequency (19 and 37 GHz), multi-incidence measurements of the Stokes parameters of sea surface microwave emission are reported. A series of aircraft polarimetric radiometer flights were carried out over the National Data Buoy Center (NDBC) moored buoys deployed off the northern California coast in July and August 1994. Measured radiometric temperatures showed a few Kelvin azimuth modulations in all Stokes parameters with respect to the wind direction. Wind directional signals observed in the 37-GHz channel were similar to those in the 19-GHz channel. This indicates that the wind direction signals in sea surface brightness temperatures have a weak frequency dependence in the range of 19-37 GHz. Harmonic coefficients of the wind direction signals were derived from experimental data versus incidence angle. It was found that the first harmonic coefficients, which are caused by the up and downwind asymmetric surface features, had a small increasing trend with the incidence angle. In contrast, the second harmonic coefficients, caused by the up and crosswind asymmetry, showed significant variations in T _v and U data, with a sign change when the incidence angle increased from 45° to 65°. Besides the first three Stokes parameters, the fourth Stokes parameter, V, which had never been measured before for sea surfaces, was measured using our 19-GHz channel. The Stokes parameter V. Has an odd symmetry just like that of the third Stokes parameter U, and increases with increasing incidence angles. In summary, sea surface features created by surface winds are anisotropic in azimuth direction and modulate all Stokes parameters of sea surface microwave brightness temperatures by as large as a few Kelvin in the range of incidence angles from 45° to 65° applicable to spaceborne observations     

基于EMD的海杂波特性与目标检测

非线性非平稳是海杂波的重要特性之一,希尔伯特-黄变换（HHT）是一种全新的非线性非平稳信号的分析方法。含有目标的雷达信号在希尔伯特-黄变换过程中经过经验模式分解（EMD）后,其趋势分量及部分固有模态函数分量与海杂波的具有明显的区别。利用这种区别,本文提出一种海杂波环境下的目标检测新方法——趋势检测法,通过实测海杂波计算验证,该方法能够明显改善淹没于海杂波中的慢速小目标检测能力。     

一种海杂波背景下雷达信号检测方法的研究

结合相位编码信号和步进频率信号各自的特点,提出了一种脉内相位编码-脉间步进频率的组合调制低截获概率雷达信号（PCSF）。针对海杂波的统计特性,提出了一种可实现的K分布海杂波模型下的距离扩展目标检测器并进行了仿真分析。研究结果表明,在同一信杂比条件下,提出的脉内二相编码-脉间步进频率组合调制信号较单独的相位编码信号和步进频率信号的目标检测性能有较大的改善。     

基于分形维与缝隙参数的海杂波目标检测

针对分数布朗运动模型在不同尺度上粗糙度相同的缺陷,提出一种将高阶分形特征作为分形维数补充的目标检测算法。该方法将Hurst指数和缝隙特征相结合,分析比较了海杂波和目标的特性。在此基础上,对IPIX雷达实测数据进行实验分析。结果表明,对海杂波背景下的小目标检测,提出的算法比仅基于分形维数的检测算法性能更优。