机载火控软件化雷达关键技术研究

分析了机载火控雷达的固有特点、发展趋势以及从“数字化”走向“软件化”的迫切需求。首先,从总体设计、基础软硬件、组件化开发、集成与验证等方面梳理了软件化雷达技术体系。针对机载火控雷达强实时、嵌入式等特性,研究了本领域软件化雷达亟需解决的关键技术,主要包括:开放式系统架构、轻量化/低时延中间件、组件的抽象与划分原则、高效组件开发机制、基于模型驱动的组件集成开发环境等。然后,从实时性、重构性、软件解耦等方面介绍了机载火控软件化雷达的验证思路。最后,针对我国尚未装备完全符合开放式架构规定的机载火控软件化雷达的现状,指出了重点需要关注和解决的若干问题。

低分辨机载雷达飞机目标分类识别技术研究

目标分类识别技术是机载雷达当今和未来发展的重要需求之一。目前研究较多的是基于宽带信号的目标识别,对雷达系统和目标信噪比提出了较高的要求,且对角度较敏感。考虑到现有机载雷达大多具有窄带跟踪模式和目标分类识别的需求背景下,该文提出了一种基于窄带分形和幅度调制联合2维特征的飞机目标分类识别方法。文中以支持向量机(SVM)为分类器,以实测试飞数据进行分析验证,试验结果表明,该方法能有效分类识别直升机、螺旋桨飞机、喷气式飞机,平均分类识别率在92%以上。

机载雷达接收机射频模块的健康管理技术研究

描述了机载雷达接收机射频模块的健康管理技术方面的研究。现代机载雷达接收机通常包括接收通道、频综器和数字下变频等模块。其中,接收通道、频综器为模拟射频模块,其工作状态的变化对雷达探测有较大影响,在设计中必须充分考虑可测试性和可靠性。通过在射频链路中加入监测点,并对检测参数进行数字量化处理,实现对射频链路的状态监测和预测。通过使用文中提出的方法,可以帮助接收机进行故障风险规避和故障诊断。

近场条件下数字阵列雷达自适应波束形成技术研究

针对近场条件下数字阵列雷达导向矢量幅相非一致性对自适应波束形成(adaptive beamforming,ADBF)算法性能的影响,通过构建近场多通道数字阵列雷达回波信号模型,分析近场多通道信号二维频谱,发现在近场条件下带限干扰信号的频谱会出现非均匀分布,呈现周期性栅格分布特征,造成算法性能下降.本文提出一种具有全新干扰样本选择策略的近场ADBF(near field ADBF, NF-ADBF)算法,通过寻优干扰信号频谱栅格边界,在栅格区间进行多门限样本筛选,离散提取干扰信号样本,构建完备的干扰信号协方差矩阵,提升近场条件下的自适应处理性能.通过在地面搭建仿真试验环境,模拟典型的数字阵列近场工作环境,通过录取试验数据分析并与理论仿真进行对比,验证了近场干扰样本筛选策略和NF-ADBF算法模型的有效性.

基于数字高程模型数据的机载认知雷达地杂波建模方法研究

针对机载认知雷达信号处理的特点,设计了一种基于数字高程模型数据的地杂波建模方法。该方法首先从数字高程模型数据中提取对杂波功率谱有影响的地形因子,然后结合地理地貌学理论和地形因子对数字高程模型提供的真实地貌类型进行量化分类;设计动态数据库来存储量化后的地貌信息,以提高杂波建模过程的实时性;最后基于地貌信息和后向散射系数模型构建地杂波。仿真结果表明,采用该方法构建的地杂波模型符合机载雷达所处的地貌实际情形,用作机载认知雷达的先验信息时具有真实、稳定和可靠的优势,可有效地辅助机载认知雷达提高工作性能和生存力。

利用WRF和多普勒雷达资料同化对一次江淮地区梅雨降水过程的模拟研究

为了研究同化雷达资料对数值模式降水预报的改进效果,针对2015年6月26—28日江淮地区梅雨降水过程,进行了结合雷达资料同化的数值模拟研究。首先介绍了过程的降水概况、环流形势。其次,利用WRF模式进行降水过程的数值模拟,在完成控制试验的基础上进行WRF-3DVAR的雷达资料同化。经过15 h的启转后,分别进行了针对背景误差协方差矩阵中特征长度和方差尺度的敏感性试验,得到最适合本次个例的特征长度(0.5)、方差尺度(0.7)。设置最优的特征长度和方差尺度后,进行同时同化反射率因子与径向风、单独同化反射率因子和单独同化径向风的同化试验,并分别设置了间隔为1 h和30 min的同化频率。通过分析个例水汽场、动力场及降水预报场,得到如下结论:1)雷达数据同化能够有效提高降水预报效果;2)同时同化雷达反射率因子和径向风的效果最好;3)同化雷达资料频率越高,效果提高也越明显。

基于优化点融合系统的进场航班排序研究

为了缓解终端区航班延误现状,构建点融合系统优化模型,采用带精英策略的遗传算法进行求解,结果表明,经过优化后,终端区内航班的平均飞行时间减少了65s,平均燃油消耗减少了52.3kg,平均污染物排放减少了726g。之后以优化后的点融合系统作为仿真空域架构,构建基于点融合的多目标进场航班排序模型,采用带精英策略的快速非支配遗传算法进行求解,结果表明,相较于先到先服务序列,在总延误时间和调度公平性方面,优化序列1分别优化了40.69%和10.16%,优化序列2分别优化了14.09%和13.4%,优化序列3分别优化了5.19%和18.56%,在考虑航空器速度调整后,优化序列1'、优化序列2'以及优化序列3'在最后着陆时间方面均优化了0.2%,提高了终端区的运行效率及航班调度公平性。

机载气象雷达目标的三维建模方法研究

三维可视化系统能够为机载气象雷达回波数据分析提供支持。本文以预先提取的气象目标三维点云数据为基础,设计了一种面向机载气象雷达目标的三维建模方法。首先运用α-shape算法提取气象目标的外轮廓点云,并通过主元分析法求取点的法向量,再利用泊松重建算法对具有法向信息的外轮廓点云进行三维表面重建。结果表明,该方法得到的气象目标三维重建结果轮廓清晰,表面细节特征明显,能够反映气象目标的空间结构分布特征。相较于仅使用α-shape算法和移动立方体算法,该方法在重建精度和计算效率方面均有提高。重建模型整体上满足机载气象目标三维建模的要求,可以为未来的机载显控气象信息平台三维可视化提供技术支持。

基于ECOC平衡随机森林的雷达降水粒子分类

针对数据不平衡情况下的降水粒子分类问题,提出了一种基于纠错输出码(error correcting output code,ECOC)平衡随机森林的双偏振气象雷达降水粒子分类方法。首先,将多类别降水粒子数据集编码为多个二分类数据集;然后,对二分类数据集进行有放回的平衡重采样,构建多棵分类回归树;最后,利用所有的分类回归树联合进行降水粒子分类。对实测数据的处理结果表明,所提方法能够在保证总体准确率较高的情况下,大幅提高少数类的分类效果。

电子芯片弹热制冷式热控系统的数值模拟

电子行业的迅猛发展使电子设备的热流密度急剧攀升。高效的散热方法,能够显著降低设备的工作温度,提升其性能并延长使用寿命。为进一步降低芯片的最高使用温度,提出一种基于形状记忆合金(SMA)弹热效应的电子芯片热控方法,即将卸载过程中产生的冷能通过流体介质输送至具有良好散热性能的电子芯片微通道散热器热控系统中。利用FLUENT软件,分析三维条件下系统的传热特性。结果表明:冷却后的传热流体进一步降低芯片的最高温度达5.5 K,微通道散热器性能提高约10.7%。经参数分析发现,提高制冷系统的循环频率和冷却液体积流量可以显著提高其制冷能力,循环频率为0.25 Hz和0.33 Hz时分别可提高68%和92%。

基于信息论的脉冲压缩雷达DRFM干扰检测技术

信息熵是一种测量信号信息内容的重要手段,能够反映信号的信息量。针对脉冲压缩雷达数字射频存储(DRFM)干扰的检测问题,利用目标回波和干扰回波的分布差异,提出了基于信息论的脉冲压缩雷达DRFM干扰检测方法。以回波信息熵为检测统计量,设计二元干扰检测器,实现对脉冲压缩雷达DRFM干扰的检测。仿真实验验证了该方法的可行性和有效性,在RSN>0 d B时对相位编码和线性调频等脉压波形的切片重构干扰的检测概率>90%。

计量级雷达液位计高精度测量技术

计量级高精度测量对雷达液位计的系统设计和处理方法等提出了诸多挑战,调频连续波雷达通过测量发射信号和回波信号的频率差来测量距离,能够获得较高的测量精度,同时由于其易于实现,是雷达液位计的主要体制之一。在介绍FMCW雷达液位计的系统原理基础上,对诸如晶振频率、调频斜率、工作环境等影响测量精度的因素进行了分析,提出了相应的解决措施,并开展了高精度频谱估计技术研究。该项技术在实际的雷达液位计上得到了应用,其测量精度满足系统要求。

雷达与电子战的认知博弈

新技术与新型作战样式的不断涌现,使得雷达与电子战的博弈愈演愈烈。具备能够准确感知环境,并能够根据环境动态调整工作方式的认知能力,成为雷达与电子战系统适应未来强博弈作战环境的必然要求。通过分析认知雷达与认知电子战的发展现状,给出认知雷达与认知电子战的系统架构,进一步阐述认知雷达与认知电子战的博弈过程;在此基础上,对射频一体化认知对抗系统展开研究,提出射频一体化认知对抗系统架构,并对调用策略进行详细设计;最后对体系化认知对抗系统的架构及关键技术进行了展望。

航空串联式有源电力滤波器的仿真研究

提高航空交流电网供电品质,对于确保飞机安全具有重要意义。有源电力滤波器(APF)因其谐波补偿动态性能好,成为治理谐波污染的一种有效装置。分析了串联式有源电力滤波器(SAPF)谐波补偿的基本原理,着重介绍了基于瞬时无功功率理论的谐波电压检测方法。在Matlab/Simulik环境下,基于瞬时无功功率理论的i_p.i_q谐波检测方法,采用直流电压、补偿电流的双闭环控制结构,建立了SAPF系统仿真模型,包括三相400 Hz飞机电源、非线性电压负栽、谐波检测以及补偿跟踪电路等模型。实验结果表明SAPF实现了对负载谐波的显著抑制,证明了SAPF应用于航空电网谐波治理是可行的。

弯曲阵面机载共形阵列雷达方向图与杂波相关性研究

针对载体弯曲效应对机载共形阵列雷达方向图和杂波特性的影响,该文在正侧视条件下评估均匀圆环阵方向图性能,分析不同位置阵元对弯曲阵面方向图合成效率的影响,发现边缘阵子不仅对共形阵列方向图主瓣增益贡献较小,反而更易引起旁瓣抬升等挑战,降低共形阵的孔径利用效率。另一方面,通过严格的理论推导完成共形阵列雷达方向图特性与杂波扩展效应内在物理联系的分析,发现弯曲阵面引起的方向图非理想畸变是共形阵杂波非均匀扩展的核心影响因素。在此基础上,进一步分析共形雷达单个贴片微带阵元加工和安装结构组件将增大阵元物理尺寸,使得共形阵列雷达相邻阵元间距大于半波长,当阵元间隔增大到一定程度时,在方向图远区会形成较高的栅瓣,进一步影响机载共形阵列雷达的杂波分布,通过仿真分析发现在特定的脉冲重复频率(PRF)条件下,“栅瓣杂波”折叠进入主瓣杂波,该文提出通过优化雷达PRF设计,避免栅瓣杂波的折叠效应对机载共形阵列雷达信号处理性能的影响,相关仿真结果验证了所提方法的有效性。

无人机蜂群对海作战概念与关键技术研究

无人机蜂群作战是一种全新概念的作战模式,对未来战争的影响将是颠覆式的,随着研究的深入无人机集群作战正在从概念走向雏形。首先根据无人机蜂群的优势和海面目标的特性,提出了无人机蜂群对海作战的概念;随后,分析了国内外无人机蜂群的研究现状;总结了无人机蜂群作战的关键技术,包括:战术与作战使用、总体架构、集群感知与信息融合、集群控制与群体智能、任务规划和航迹规划等,并且详细论述了各项技术的重要性、难点以及解决方法,为将来的研究奠定了基础。

基于雷达的测试性设计优化方法应用研究

基于雷达等电子产品测试性要求的不断提高,对产品进行测试性设计迭代并进行测试性验证,成为对电子产品的普遍要求;由于初始设计有缺陷、覆盖故障模式不全等引起测试性设计不能满足要求,开展闭环测试、脉冲检测、隔离策略优化等测试性改进,最终选择软、硬件改进相平衡的方案,通过回归试验,获得满足指标要求的检测率和隔离率结果,优化方法促进了产品的测试性设计改进和增长。

基于区域多帧联合处理的LFMCW雷达强散射源环境下微弱目标回波信号特征增强技术

在强散射干扰源存在的条件下,线性调频连续波(linear frequency modulated continuous wave,LFMCW)雷达回波在距离维呈现回波信号频谱扩散现象,给雷达微弱目标检测带来严重的技术挑战.基于对检测目标中心区域多个相邻雷达波束回波数据各分量之间的相关性分析,提出基于区域多帧联合处理的LFMCW雷达强散射源环境下微弱目标特征增强技术,通过加权补偿,利用来自目标附近扫描区域的多帧数据进行多帧联合处理,增强微弱目标回波信号特征,提升微弱目标的检测能力.通过某型异物检测雷达实测数据分析结果,验证了该方法能够有效处理强散射源存在条件下的微弱目标检测问题.

一种天线方向图修正分析技术的研究

针对开放式天线测试远场的外部干扰问题,介绍了一种快速、简单、有效的方法对天线测试方向图进行误差修正。利用最小二乘法对天线测试方向图中的幅度、相位信息进行等效圆分析处理和误差修正,给出了详细的理论分析,并通过实验验证了该方法的有效性和可行性。该方法的补偿精度能够满足实际工程要求指标,有望在后续的天线测试技术中进行推广和应用。

有源相控阵雷达冷却系统设计及流量分配研究

冷却系统对有源相控阵雷达至关重要,文中介绍了典型的有源相控阵雷达冷却系统的设计及组成,分析了矩形和圆形有源相控阵雷达冷却系统结构上的差异及流量分配方法的不同。通过对冷却系统流阻的分析计算,得出结论:在忽略主流道流阻的情况下,矩形冷却系统可自行进行冷却液流量分配,而圆形冷却系统则需要先进行流阻匹配,才能满足流量分配的要求。针对圆形有源相控阵雷达冷却系统,文章结合实例,介绍了一种简单、可行的流量分配方法。