新时期遥感科学与技术专业微波成像理论教学与课程实习设计

针对全链路遥感人才培养的迫切需求,本研究梳理了微波成像课程传统教学中存在的问题,分析了微波成像课程在武汉大学遥感科学与技术专业第二版“遥感科学与技术大类培养方案”课程体系中的位置和作用。并在此基础之上,将思政教育、国内外微波成像新知识融入教学内容中,为微波成像课程分别设计了合适的理论教学内容与课程实习内容,最后对改进微波成像课程的教学方法进行了探讨,以期实现“三全育人、课程思政、学研协同、实践创新”的新时期教育模式。

武汉电离层斜向返回探测系统波形发生器设计

针对传统电离层斜向返回探测雷达无法探测近距离电离层状态和可操作性差的缺点,为武汉电离层斜向返回探测系统(Wuhan ionospheric oblique backscattering sounding system,WIOBSS)设计了一套新型波形发生器.该波形发生器采用等间隔收发探测体制,使WIOBSS不但能探测到大范围内的电离层状态,且能获得所用伪随机序列的最大增益性能.该波形发生器依据软件无线电思想,利用高性能现场可编程门阵列和数字上变频器,搭建了一个通用的硬件平台.该平台所有功能通过可编程软件实现,只要加载相应软件,就可以选择不同类型的伪随机序列,任意改变伪随机序列的长度和发射波形的占空比,从而满足不同电离层状态下的探测需求.该波形发生器采用PXI(peripheral component interconnect extensions for in-struments)总线技术,设计成为一个小型化、高性价比的PXI模块.实验表明,采用该波形发生器的WIOBSS可清晰获得电离层垂直探测和斜向返回探测回波信息.

小功率便携式电离层斜向返回探测雷达设计

采用伪随机编码、脉冲压缩和相干频谱积累技术,获得27 dB的相位编码脉冲压缩增益和21 dB的相干频谱积累增益,从而在小功率下实现远距离探测。采用等间隔收发新型探测体制,实现2 000 km范围内的无距离盲区探测和获得所用伪随机序列的最大增益性能。依据软件化雷达思想,通过可编程数字信号处理技术来实现雷达的大部分功能,从而使雷达具有良好的可编程、可配置和易升级性能。在整体结构上,采用PXI(外围部件互联总线面向仪器的扩展)总线技术,该雷达设计成为一个模块化、小体积的PXI系统。实际探测结果表明:在发射功率为100 W的情况下,该雷达清晰地获得了2 000 km内的返回散射扫频电离图和返回散射扫频多普勒电离图。

武汉电离层斜向探测系统的时间同步设计

为武汉电离层斜向探测系统设计了一种新的时间同步方式。该同步方式利用全球定位系统(GPS)接收机输出的时钟信号校正高性能恒温晶振输出的参考时钟信号,从而获得稳定可靠的秒脉冲信号来用作斜测系统的时间同步信号。在预定的探测时刻,单片机利用该信号控制斜测系统的发射端和接收端同时开始工作,从而实现时间同步。实验结果表明:该时间同步方式在获得GPS卫星信号的情况下,时间同步精度可达到30ns。而在未获得GPS卫星信号的24小时内,时间同步精度可达到1μs。在获得和一定时间内未获得GPS卫星信号的情况下,采用该时间同步方式的武汉电离层斜向探测系统都成功地获得了斜向探测电离图,从而很好地满足了探测需求。

电离层斜向返回探测雷达的发射模块设计

为在武汉电离层斜向返回探测系统(Wuhan ionospheric oblique backscattering sounding system,WIOBSS)中实现低的发射功率、远的探测距离、比较强的抗干扰等技术要求,根据WIOBSS的特点,提出了脉间二相编码等间隔收发探测模式。在这种新型探测模式中,WIOBSS采用发射长持续时间探测信号的方式来积累回波能量,并采用具有良好自相关性的二元伪随机序列m序列和近完美序列来对相位进行调制。另外,一套采用软件无线电和面向仪器系统的外围部件互连扩展(Pci eXtension for instru mentation,PXI)总线技术的软件化发射模块被设计用于实现这种新型探测模式。实际探测结果表明,采用该发射模块的WIOBSS在发射功率非常小的情况下成功地实现了2000 km范围内的电离层状态探测。

融合CYGNSS和SMAP卫星数据监测飓风强度

为提高海洋飓风强度的观测频次和测量准确度,对综合利用热带气旋全球导航卫星系统(CYGNSS)和土壤湿度主动[KG-*5]-[KG-*5]被动探测(SMAP)卫星数据监测飓风强度进行了研究.首先,介绍了卫星数据特征;然后,以佛罗伦萨飓风为例,提出了融合这两种卫星数据监测海洋飓风强度的方法,其中包括卫星数据预处理、基于像素级影像融合方法的高风速区域提取和飓风强度测量;最后,将融合两种卫星数据测得的10场飓风的强度与美国国家飓风中心(NHC)提供的飓风最大风速值进行对比分析,并采用平均绝对误差、均方根偏差和相关系数3个指标评价这两种风速测量结果之间的差异.结果表明:与仅利用SMAP卫星数据相比,本文方法能以更高的频次监测飓风强度,可获得更加完整的飓风高风速区域;与美国国家飓风中心提供的飓风最大风速值相比,本文方法监测飓风强度结果的平均绝对误差变动范围为3.9~10.2 m/s,均方根偏差变动范围为4.6~12.5 m/s,相关系数变动范围为0.5707~0.9152,验证了提出的海洋飓风强度监测方法的有效性.

北斗短报文电网状态监测及应急通信系统

我国现有输电线路状态监测系统的信息传输方式在灾后应急状况下的应用效果并不理想,该文依据国家电网公司的相关标准,利用北斗卫星导航系统的短报文通信功能设计了一种输电线路状态监测系统及一套相应的应急通信方法,该系统不仅能够满足正常情况下监测数据的可靠接入和上传,而且通过一套异常触发和信息分级传输,能够保障灾难、事故等恶劣情况下的电网监控关键信息的有效可靠传输,最后用OMNe T++软件仿真实现了上述系统及方法,验证了其正确性和可行性。

电离层斜向返回探测系统的主控制器研制

介绍伪随机码调相脉冲压缩体制的新型电离层斜向返回探测系统的概况,重点讨论基于软件无线电思想的探测系统核心部件-主控制器的设计与实现。实验探测结果表明,该系统具有探测功率低、距离分辩率高的特点,能够同时获取电离层多普勒信息和“距离—频率—幅度”探测图。实测过程中,自主研制的由DSPs、FPGA器件构成的主控制器工作稳定,运行良好,满足探测要求,使系统具备开放、灵活、通用和易于升级等优点。

软件化电离层探测雷达波形产生器的设计

讨论的电离层斜向返回探测雷达的波形产生器是以软件无线电理论为基本思想设计了一台通用短波及超短波雷达波形产生平台。波形产生器主要由DSP和数字上变频器构成,DSP作为主控制器设定数字上变频器的调制方式和输出波形。因此雷达能够发射调幅、调频、调相和各种复合调制信号,实现多种电离层探测方式,从而可以实时获得丰富的电离层探测数据。

特高压输电导线的X波段电磁散射特性

为阐明特高压输电导线对X波段高分辨率合成孔径雷达卫星信号的电磁散射特性,首先分析了特高压输电导线的几何结构特征和材质,并基于悬链线方程建立导线的物理模型.然后分析了特高压输电导线的X波段电磁散射特性,其中通过求解圆柱坐标系下的Helmholtz方程获得特高压输电导线的二维绕射系数,并利用增量长度绕射系数方法获得输电导线的三维绕射系数和三维雷达横截面积.最后针对不同极化模式和不同导线直径,将特高压输电导线雷达横截面积(RCS)的理论计算结果与微波暗室测量结果进行对比分析.结果表明:垂直-垂直和水平-水平极化模式下,不同直径特高压输电导线RCS理论计算结果与实际测量结果之间的最大平均相对误差为8.1%,初步验证了所提出的特高压输电导线X波段电磁散射特性分析方法的正确性.

基于北斗短报文通信的电网远程监控通信系统的设计与仿真

针对广域电网中山区、偏远地区和灾区等地域通信不便的问题,设计实现了一种利用北斗卫星导航系统的短报文通信功能进行电网信息的远程传输和监控的通信系统。文章首先详细说明了该通信系统的整体架构,然后从数据选传、数据分包和数据传输模式等方面论述了系统协议设计的关键技术策略,最后,运用OMNET++对系统进行了仿真实现,仿真结果验证了该设计系统的可行性。

新型电离层斜向探测雷达设计

设计了一种新型电离层斜向探测雷达,该雷达采用脉间相位编码体制来实时测得斜向探测电离图和多普勒电离图,还利用全球定位系统(GPS)时间频率信号源和单片机来实现发射端和接收端的时间和频率同步,从而得到ns量级的时间同步精度和10-12量级的频率同步精度.该雷达的大部分功能都通过可编程软件来实现,通过加载相应的软件,雷达在进行斜向探测的同时,还实现了斜向返回探测.实际探测结果表明:在发射端和接收端相距1 200 km时,该雷达不仅得到了斜向探测电离图和多普勒电离图,还得到了斜向返回探测电离图和多普勒电离图.

基于PXI总线的电离层探测系统设计

为满足短波频率管理系统对电离层斜向返回探测系统提出的可搬移、小体积等需求,设计了一种新型单站式WIOBSS(武汉电离层斜向返回探测系统).该系统采用高性能的PXI(外围组件互联总线在仪器领域的扩展)总线作为系统总线,设计成具有模块化、标准化、小体积和低成本等特点的车载式系统.同时,为使WIOBSS中各模块具备即插即用的性能,利用DriverStudio工具开发了PXI接口驱动程序.实验结果表明,在不包括天线和功率放大器的情况下,WIOBSS的尺寸约为177.8 mm×431.8 mm×457.2 mm.而且在实际探测中,WIOBSS清晰地获得了1100 km范围内包含有电离层斜向返回探测信息和电离层垂直探测信息的扫频电离图和多普勒图,从而为短波频率管理系统开拓了一种新的探测手段.