基于绝对多普勒的多预警机协同补盲方法

为了实现对责任区全区域、大视角来袭目标的严密预警探测,提出一种基于绝对多普勒的多预警机协同补盲方法。首先,分析目标径向速度的影响因素及其变化规律,推导绝对多普勒的数学表达式,将影响多普勒盲区的复杂多变因素优化调整为目标速度及目标与预警机间的相对位置。其次,运用仿真建模方法,基于绝对多普勒杂波凹口表达式,设计一种以检测点数表征的单预警机多普勒盲区地图绘制方法。然后,在“使得协同中的各预警机或至少有一架预警机的径向速度盲区不落在或尽量少落在重点方向上”的准则牵引下,提出一种图上作业式的多预警机相对位置关系解算方法,完成多预警机的协同部署。最后,通过双预警机圆环拱卫阵形的协同部署实验,验证该方法的有效性和实用性。

天气雷达模拟观测系统的设计与应用

中国已建成的业务天气雷达主要采用S和C波段体制。受地球曲率和波束展宽的影响,存在低空盲区和远距离分辨率低等不足。为弥补业务天气雷达观测网的局限,中国正在试点部署一批小型化、扫描策略灵活的X波段天气雷达。基于物理模型和数字仿真技术,设计并构建了一套天气雷达模拟观测系统,用于X波段天气雷达的站网布局和扫描策略的优化与验证研究。该系统以数字高程和数值模式生成的天气过程四维数据作为输入,模拟了对天气雷达探测效果有重要影响的波束传播、地形阻挡和雷达灵敏度等因素。以杭州地区X波段雷达网作为研究对象,开展了针对定量降水估计的扫描策略优化实验。研究结果表明,利用天气雷达模拟观测系统设计的新体扫模式弥补了杭州市S波段雷达低空探测能力的不足,有效地提高杭州地区雷达网的定量降水估测能力。

气象数据处理及可视化平台的设计与实现

气象资料数据作为典型的地球科学数据,具有明显的时空属性,数据体量巨大,种类繁杂,在实际应用中对时效性的要求较高。由此,如何快速获取、处理并展示实时气象数据是其应用关键。为解决上述问题,提出一种基于微服务架构的气象数据处理及可视化平台设计,结合用户实际需求,将平台拆分为多个功能模块。通过平台实现与测试结果证明,所提出的平台设计能够达到预期目标,具有较高的可用性与稳定性。

基于三维重建外点剔除的船舶航迹自适应修正

为了保证船舶的安全性,通过三维重建外点剔除进行船舶航迹自适应修正。采用均值限差法对船舶三维点云数据进行滤波处理,通过变窗口方差比值方法优化均值限差法,提升船舶三维点云滤波精度。针对滤波处理后的船舶三维点云数据,结合八叉树自适应网格对船舶进行三维重建,更准确地拟合船舶的表面形状。由此,在屏幕上投影八叉树自适应网格生成投影多边形,检测其与用户确定的矩形包围盒间的相交性,定义与矩形包围盒不相交的八叉树自适应网格内的点为外点,并将其剔除,可以更准确地计算船舶航行,完成船舶航迹自适应修正。实验结果表明,所提方法的点云滤波总误差控制在1.5%以内,可有效抑制海面杂波等因素造成的外点影响,且规划的航线与原定航线一致性较高,可以保证船舶的运行安全。

一种天基双基地InSAR系统的相位同步方法及验证情况

以德国的TanDEM-X双星编队干涉合成孔径雷达(InSAR)卫星系统为背景,提出了基于点频连续波同步信号双向对传,实现编队卫星InSAR系统相位同步的方法。文中给出了该同步方法实现的框架,对该相位同步方法的原理进行了理论推导,得出了补偿相位差的表达式,并对影响同步精度的因素进行了初步的分析。该方法可用于天基双/多基地合成孔径雷达系统相位同步链路的设计,仿真分析的结果验证了该方法的理论可行性。此外,通过搭建实物系统对系统的工程可实现精度进行了验证,结果表明获取的载波频率相位同步精度与倍频器件的频率精度和一致性密切相关。该相位同步方法为与TanDEM-X相近InSAR系统的设计提供参考。

基于可重构智能表面的二维高精度角度估计方法

可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface)因其提高频谱和能量使用效率、成本低等特点,被认为是未来无线通信和目标感知的关键性技术。RIS在平面上集成了大量低成本的无源反射元件,通过连接RIS的智能控制器,可以控制入射到这些可重构元件的信号的相位和幅度,从而重新配置入射信号的传播。波达方向(Direction of Arrival)估计问题是实现目标感知的重要组成部分,而RIS因其能够重新配置信号的特性被用来提高DOA估计的准确性。然而,在实际使用RIS时,由于元件之间的距离小于半波长而引起的互耦效应以及无法完美控制反射过程导致的反射失配(反射相位和幅度误差)等问题会严重影响RIS的性能。本文针对基于RIS系统的二维DOA估计问题,建立了考虑互耦效应和反射失配的RIS系统模型;并基于该模型,提出了一种新的二维角度估计方法用于DOA估计。该方法首先通过深度神经网络(Deep Neural Network)将RIS接收的信号进行重构,以降低互耦效应和反射失配的影响,再进一步使用非线性最小二乘法(Nonlinear Least Square)进行高精度的DOA估计。本文通过仿真验证了算法的估计性能,并与快速傅里叶变换(Fast Fourier Transformation)、正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit)等传统方法进行比较,结果表明相对于快速傅里叶变换、正交匹配追踪等传统方法新算法具有更好的估计性能。

基于语义引导层次化分类的雷达地面目标HRRP识别方法

高分辨距离像(HRRP)反映了目标空间散射结构在雷达视线方向的投影,近年来被认为是地面目标识别的重要途径。现有的HRRP识别方法采用手工特征加传统机器学习分类器,均属于平面分类方法,即采用统一标准不加区别的优选特征并单次决策最终类别。然而该方法在实际应用中面临种类繁杂、数据不平衡、HRRP姿态敏感性等诸多问题,难以获取最佳的应用效果。层次化方法采取分而治之思想,将一个复杂的细粒度识别任务拆解为多个简单的识别子任务。本文采用层次化识别的思路,提出了一种基于语义引导层次化分类的雷达地面目标识别方法。该方法以联合语义和数据构建的树形结构将一个复杂的细粒度识别任务拆解为多个简单的识别子任务,并针对每一个识别子任务匹配一套优选特征集和一个局部分类器。本方法在仿真数据和实测数据上完成了验证。实验结果表明了本文方法处理地面目标识别任务的有效性。

基于高分辨一维距离像及其特征的空间目标识别效果分析

目标高分辨一维距离像(High Resolution Range Profile,HRRP)中包含了丰富的目标尺寸、结构等目标特征,是进行空间目标身份识别的有效途径。但由于卫星宽带雷达实测数据获取难度大,前期相关研究多集中于基于HRRP的目标识别算法,结论也多是基于仿真数据和少量类别(几类)的前提下得到的,与工程应用实际情况有较大差距,工程指导意义有限。为解决这一问题,基于地基雷达获取的30类卫星目标的大量一维距离像实测数据,从识别正确率的角度对目标HRRP及其特征(组合)的可分性和在空间目标个体识别中的应用效果进行了量化分析,分析结果可为后续基于HRRP的空间目标个体识别技术研究和工程应用提供可靠依据。

基于新型高功率微波的雷达探测技术研究

本文研究提出一种新型高功率微波窄脉冲,能够具备雷达探测能力,适用于解决单脉冲探测雷达功率不足的问题。新型高功率微窄脉冲为ns级脉冲信号,具备中心载频信息并且具有超高重频、超高功率、超高带宽的特性。根据该脉冲特性,本文深入探索提出一种基于新型高功率微波的雷达探测方法,该方法采用基于脉冲路径编码压缩的物理脉冲压缩方式获得一种新型高功率微波窄脉冲,通过单脉冲探测的方式实现对目标探测侦察。经数值仿真模拟与实际测量对比分析表明,对于探测雷达系统而言,基于脉冲路径编码压缩方法能够在现有功率源基础上提高20 dB以上的信号增益。通过多目标探测实验验证,新型高功率微波雷达系统能够有效探测目标,其系统距离测量精度误差小于5‰。实验证明:新型高功率微波窄脉冲具有雷达探测能力,能有效提高系统探测功率,提升系统探测距离。

天气雷达空中生态监测

每年数以亿计的昆虫、候鸟和蝙蝠等空中动物在全球范围内远距离迁飞,显著影响空中生态系统的结构和功能。随着全球气候和环境的不断变化,空中生态环境也在迅速恶化,对人类的生命和健康构成了严重威胁。为了保护空中生态环境,首要任务是对其进行有效监测。天气雷达具有大范围、全天时、全天候监测能力,可覆盖百千千米空间尺度,是监测和研究宏观空中生态的有效工具。十余年来,天气雷达空中生态监测领域取得了突破性的进展,极大提高了对空中迁飞动物的探测能力,可有效弥补传统监测手段存在的覆盖范围小和时间分辨率低等技术局限。天气雷达已在全球范围内的生物多样性保护、迁飞性虫害监测、疫源疫病传播防控等重大空中生态议题中发挥着日益重要的作用,有效填补了宏观生态研究空白。目前,美国、欧洲和中国分别建立了全球三大天气雷达网,为空中生态研究提供了重要的基础设施和数据支持。本文详细阐述了当前全球天气雷达空中生态监测的科学研究进展,以及通过天气雷达揭示的空中动物迁飞科学规律。然后,对天气雷达生态监测中迁飞动物的电磁散射建模、雷达回波提取、群体参数反演、雷达观测验证实验,以及宏观迁飞模型等关键技术进行了梳理和总结,并详细介绍了中国天气雷达空中生态监测的进展情况。最后,对未来发展方向进行了展望,指出针对中国当前农业迁飞性害虫和鸟类宏观迁飞等重大监测需求,需要在扩维探测、多参反演、多源预测等方面深入研究和探索,以进一步解读重大动物迁飞事件、分析宏观迁飞规律、揭示空中生态对气候变化的响应。

利用伯努利滤波的多目标机动雷达误差配准方法

传统的组网雷达多目标误差配准方法通常假设数据关联关系已知,但在平台机动的情况下,系统同时存在雷达测量偏差和平台姿态角偏差,且雷达观测过程中会受到杂波干扰,导致数据关联尤为困难。针对这一问题,该文提出一种基于伯努利滤波的多目标机动雷达误差配准方法。首先建立系统偏差的量测与状态方程,然后将系统偏差建模成伯努利随机有限集,利用公共坐标系下的原始量测可实现系统偏差在伯努利滤波框架下的递推估计,有效避免了数据关联问题。同时,为了充分利用多目标量测信息,提出一种修正的贪婪量测划分方法,在每个滤波时刻挑选出系统偏差对应的最优量测子集,利用量测子集中的多量测信息实现系统偏差的集中式融合估计,提高了系统偏差的估计精度和收敛速度。仿真实验表明,所提方法能够在数据关联未知的多目标多杂波场景下对雷达测量偏差和平台姿态角偏差进行有效估计,在平台姿态角变化率较低时,所提方法具有较强的适应性。

复杂多方向威胁下的导弹预警雷达优化部署方法

针对现有导弹预警雷达部署相对独立、协同困难,难以满足大规模对抗场景的现状,从远程预警雷达、跟踪识别雷达、机动式预警雷达不同的任务特点出发,建立应对复杂多方向威胁的多型导弹预警雷达优化部署模型,在满足最优覆盖、协同交接、目标识别等任务约束下,解决雷达协同部署问题。针对所提模型设计了一种基于云自适应的分区优化离散粒子群(CPBPSO)算法,通过设计分区编码策略缩减算法求解空间、加入云自适应变异算子提高算法全局寻优和局部跳出能力,使算法更适用于导弹预警雷达部署问题的处理。实例验证了所提模型在求解单方向、多方向威胁场景部署问题的可行性,对比分析了CPBPSO算法的有效性,基本满足导弹预警雷达最优化协同部署的需求。

地基深空探测雷达研究进展与展望

地基深空探测雷达通过主动发射电磁波,并接收反射信号,实现对深空目标的精确测量,是研究月球、近地小行星、类地行星等深空目标的重要手段。地基深空探测雷达可以高精度测量深空目标的轨道、自转、形貌等特征,具有全天时全天候观测、精确测距、高分辨率成像等优势,对近地小行星防御和行星科学研究具有重要意义。本文介绍了地基深空探测雷达的概念内涵,梳理了地基深空探测雷达系统的国内外发展现状,回顾了地基深空探测雷达过去数十年间取得的重要历史贡献,包括月球表面高分辨率成像与永久阴影区水冰探测、近地小行星精细形貌特征获取、近地小行星轨道与自转等物理特性精确测量、近地小行星撞击防御任务处置效果快速评估、类地行星表面高分辨率成像与地质结构研究等一系列重要研究成果。在此基础上,本文介绍了分布孔径深空探测雷达的创新机理,通过多部雷达单元协同观测,可突破传统集中式体制地基深空探测雷达的口径和发射功率物理极限,形象称之为“中国复眼”雷达。最后,本文介绍了分布孔径深空探测雷达系统研制与观测实验等最新研究进展,展示了分布孔径深空探测雷达对月球二维成像和三维成像的实验结果,并对地基深空探测雷达的未来发展趋势进行了展望。

航迹先验融合特征的车载雷达实例分割算法

点云实例分割是场景感知中的基本任务。近年来,随着车载毫米波雷达分辨能力的提高,大量基于毫米波雷达散射点的实例分割方案被提出。实例分割的结果可作为跟踪的输入,跟踪得到各个实例的航迹信息,为后续的车辆决策与路径规划提供数据支持。然而,面向毫米波雷达的实例分割方法仍存在以下挑战。一方面,相较于激光雷达,毫米波雷达观测下的散射点更稀疏,信息量较少。当同一实例的散射点距离较远或者多个相邻实例密集分布时,分割性能显著下降;另一方面,雷达穿透性有限,路面障碍物或交通参与者对实例造成部分遮挡时,分割算法无法对实例进行正确分割和判别。考虑到实际行车场景的时间连续性,利用交通参与者的航迹先验信息,即该参与者上一时刻和当前时刻的位置信息,可以克服上述问题。因此,本文提出了一种利用航迹先验融合上一帧散射点特征的车载雷达点云分割算法。该算法利用航迹的连续性,在相邻两帧之间计算实例和散射点的对应关系并基于上述关系完成散射点特征融合。相较于单帧,融合后的高质量特征不仅信息更丰富,不同实例间的特征差异更明显,而且能弥补由于遮挡导致的信息缺失。实验结果显示,所提算法的平均覆盖率和平均精度指标分别优于基于单帧的分割算法6.19%和4.54%。该结果表明,所提算法优于文献中其他方法,能有效解决上述分割算法存在的问题。此外,与基于单帧的分割方案在典型场景的可视化对比中,所提方法也凸显了其有效性和潜力。未来,我们将进一步挖掘轨迹先验信息,以加强特征提取,同时深入探讨分割性能与帧数之间的关系。

基于调频连续波雷达的人体生命体征检测算法

针对现有雷达非接触生命体征检测精度低、实时性差等问题,提出一种基于调频连续波(FMCW)雷达的人体生命体征检测算法。首先,通过毫米波雷达获取生命体征信号;其次,利用改进的经验小波变换(EWT)算法,实现生命体征信号的自适应分解和重构,通过引入麻雀搜索算法(SSA)和模糊熵(FE)寻找频谱分割线的最优值;最后,通过改进频率插值的估计算法计算心率和呼吸频率。通过与医用重症监护仪进行对比实验验证所提算法的优越性和鲁棒性。实验结果表明,所提算法相较于小波变换(WT)算法、CEEMD(Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition)算法和VMD(Variational Mode Decomposition)算法,均方误差(MSE)分别减小了77.65、27.25和21.05,平均绝对百分比(MAPE)分别减小了7.33、4.33和3.42个百分点,实时性分别提高了0.72 s, 16.74 s和1.87 s。同时,利用所提算法也实现了对心率变异性(HRV)的检测。

基于时空Transformer的毫米波雷达三维人体姿态重构

深度学习技术使得从毫米波雷达捕获的人体散射信号中精确提取人体运动特征并重构三维人体姿态成为可能。然而,目前毫米波雷达人体姿态重构常采用直接将雷达图像映射到三维关节点坐标的单阶段策略,这种跨域层级映射任务使得网络在重构精度、深度信息表达及姿态连贯性上面临挑战。针对这一问题,本文提出了一种基于时空Transformer的多阶段毫米波雷达三维人体姿态重构模型(Spatial-Temporal Pose Reconstruction Transformer,STPRT),通过两阶段策略处理提高重构精度:第一阶段,构建并行多分辨率子网络从水平和垂直雷达图像中提取多尺度的二维关节点信息和空间位置特征并进行融合,随后由全连接层生成二维人体姿态坐标;第二阶段,时空Transformer通过空间注意力模块对每帧中的二维关节坐标进行高维空间特征编码,时间注意力模块捕捉姿态特征在序列帧中的时间演变,增强姿态间的深度感知和空间准确性,实现从二维姿态到三维姿态的映射提升。此外,在训练过程中引入了指数移动平均(Exponential Moving Average,EMA)策略调整梯度下降,从而提升整体映射的精确度和连贯性。在毫米波雷达公开数据集RFSkeleton3D上的验证表明,相比现有的mm-Pose和RPM模型,本模型在减少参数量的同时,将平均关节位置误差降低至7.3 cm。

以全球导航卫星系统为辐射源的前向散射雷达发展综述

前向散射雷达(FSR)可获得高水平雷达截面积(RCS)的特性使其在反隐身中占据重要地位。利用全球导航卫星系统(GNSS)作为辐射源,具有全天时全天候全地域覆盖的优势,通过部署多个接收节点可构建地面/海上/空中目标监视网络。该文针对基于GNSS的FSR发展现状,从目标检测、目标参数估计、阴影逆合成孔径雷达(SISAR)成像及目标分类识别等方面对关键技术和现存问题进行概述,并从组网探测、多目标定位、布站优化和极化信息获取等方面对基于GNSS的FSR发展趋势提出展望。

车载机动式测控站结构设计

高机动性是电子装备提高战场生存能力的重要手段,本文针对新型机动测控站高机动性以及机动中工作的需求,提出了一种高度集成的一车一站车载机动式测控站,对其从整车布局、人机工程、热设计等多角度进行了论述,其共形相控阵天线阵面的设计理念既保证了系统空域的覆盖,也可以为内部工作人员创造优良的工作环境,通过专业软件对系统天线舱的力、热、磁、噪声等性能的分析评估,证明相关设计可以满足要求,其设计思路可为后续类似系统的研制提供借鉴。

基于薄膜铌酸锂的微波光子雷达芯片

微波光子雷达拥有分辨率高、处理速度快、同时多波段、多功能等优势,在航天系统中具有广阔的应用前景。为了满足航天应用对雷达系统体积、质量和功耗的严格要求,集成化已经成为微波光子雷达的重要发展方向。介绍了一款基于薄膜铌酸锂的微波光子雷达芯片,利用该芯片实现了雷达发射信号倍频产生和回波信号去斜接收,并对距离天线不同位置的目标进行了测距实验,得到的测量距离与实际距离基本相同,两者之间的误差小于4 mm。

舰用雷达阵面在不同冲击环境下的响应分析

通过理论计算和有限元仿真,研究舰用雷达阵面在不同冲击环境下的响应。文中将冲击载荷作用下舰用雷达阵面的受力模型简化为基础激励的多自由度系统,通过对受力模型的边界模态进行虚拟约束的方法计算了不同冲击环境下的响应。结果表明:舰用雷达阵面响应基本不受冲击谱参数中谱加速度变化的影响,而谱位移和谱速度对舰用雷达阵面响应影响较大。分析结果可为冲击环境下舰用雷达阵面的响应分析和影响评估提供参考。