340GHz稀疏MIMO阵列实时3-D成像系统

介绍了一种基于稀疏MIMO(Multiple Input and Multiple Output)阵列的340 GHz三维成像系统.系统采用水平放置的4发16收稀疏MIMO阵列配合垂直维的聚束扫描实现方位维的高分辨成像,每个发射通道的波形为16GHz带宽的线性调频连续波信号,通过脉冲压缩实现距离维的高分辨.测试结果表明,在4 m的探测距离(光程)上,成像系统方位向、垂直向和距离向的分辨率分别达到14 mm、10 mm和12 mm,通过对人体隐藏枪支的三维成像实验验证了系统对人体携带危险品的探测能力.

THE SYSTEM SIMULATION OF THREE-DIMENSIONAL RADAR

To provide a test platform for Electronic Warfare (EW) system, it is needed to simulate the radar received Intermediate Frequency (IF) signals and radar system functions.This letter gives a description of a radar system simulation software developed for frequencyphase scanning three-dimensional (3-D) radar. Experimental results prove that the software could be used for system evaluation and for training purposes as an attractive alternative to real EW system.

超强台风韦帕(0713)螺旋雨带中尺度结构双多普勒雷达研究

超强台风"韦帕"(Wipha)是2007年登陆中国大陆最强的台风,在浙江省造成了特大暴雨。利用宁波和舟山双多普勒天气雷达同步观测资料,对"韦帕"的两条螺旋雨带进行了双雷达三维风场反演;并综合利用组网雷达拼图数据等资料,对螺旋雨带的三维精细结构进行了分析。研究表明:(1)两条螺旋雨带的三维结构有很多相似之处。螺旋雨带内部低层有多个强回波区,水平速度大值区主要分布在强回波带上;强回波带的低层有较强的上升气流,最强上升气流超过4 m/s。在螺旋雨带中存在多个辐合辐散对、上升下沉气流对,这对于螺旋雨带的维持和进一步发展具有重要作用。在沿着台风中心的垂直剖面内,螺旋雨带内部的强回波区向雨带外侧倾斜。雨带外侧2 km高度以下的低层有较强的内流,最大值为5 m/s;雨带内侧有较强的外流,2 km高度以上均受外流控制;内流和外流在雨带中部低层汇合抬升。切向速度的强中心出现在3 km高度,速度值随高度增加而逐渐减小。(2)两个时段的螺旋雨带也存在差异。前一个时段的螺旋雨带对流发展更旺盛,45 dBZ的回波高度为4.8 km,而后一个时段的螺旋雨带45 dBZ的回波高度仅3.2 km。垂直剖面内,前一个时刻螺旋雨带低层辐合更强,最强辐合值超过-15×10-4s-1,正是由于低层的强辐合和充足的水汽供应,才使得雨带内部中低层的回波发展旺盛。

密文域下3D激光雷达图像认证方法研究

加密认证3D激光雷达图像,可提高图像传输中的安全性能。针对传统的加密认证算法密钥空间较小,安全性不高的问题,提出一种基于分段线性混沌映射的密文域下3D激光雷达图像认证方法。在混沌系统中构建3D激光雷达图像的密文域并进行Hash计算,对加密图像RGB分解后得到三个灰度图像,对三个图像分别使用不同的高维混沌序列进行分段线性特征映射,产生加密序列,把加密后的图像进行像素位置置乱后重组其特征,在密文域下生成认证密钥,实现3D激光雷达图像认证。仿真结果表明,采用该方法进行3D激光雷达图像加密认证,具有很强的像素去相关性,密钥空间大,密钥的敏感性提高,加密认证性能好。

青岛沿海地区雷暴过程闪电始发位置的微物理参量特征分析

本文通过低频磁脉冲闪电探测系统和双偏振雷达联合观测结果,针对2019—2020年青岛沿海地区发生的5次雷电灾害天气,研究了雷暴的闪电始发位置与微物理参数之间的关系,结果如下:(1)闪电主要始发于组合反射率大于45 dBz的强回波区,地闪的接闪位置距离主雷暴云系可达10~30 km左右。闪电始发区域组合反射率的中位数为55 dBz,液态水含量的中位数为37 kg/m^(2)。(2)闪电始发位置的双偏振雷达水平反射率主要集中于35~45 dBz,差分反射率主要集中在1.5~2.5 dB,相关系数集中于0.97~0.99。大部分雷电始发于0℃等温线和–10℃等温线之间,位于液态水、湿霰和干霰混合相态粒子区。部分雷电过程发生于湿霰区的中上部,这种情况一般差分反射率值很大。(3)在–10~0℃等温层之间存在相关系数大值区且相态粒子为湿霰粒子,说明为过冷水区。过冷水区中极易产生大直径的霰粒,在强上升气流的作用下,大直径霰粒与冰晶碰撞从而极易发生闪电过程。

基于二维、三维地质雷达快速探测城市地下灾害——以长沙某道路为例

采用新一代三维地质雷达Raptor45联合二维地质雷达,在湖南长沙某道路开展了地下灾害快速探测研究,快速有效分辨出地下管线、人工构造物等地下结构物和地下疏松体、脱空、空洞等城市道路地下灾害。研究结果为新一代三维地质雷达进一步应用于道路塌陷、地下空洞、地面疏松等地下灾害探测提供了示范案例。

天线折叠机构运动时间的仿真分析

对某机动三坐标雷达天线折叠机构进行运动仿真分析,根据该雷达天线折叠机构特点,定义机构的连接及运动关系副,机构的原理图,运动输入函数,通过对不同设计参数求解,得出相应参数天线阵面角加速度、角速度的响应函数图,分析比较运动时间与角加速度、角速度的变化关系,找出最佳运动时间。

基于FPGA三维杂波图的设计与实现

研究了现代三坐标(3D)雷达体制中三维杂波图的形成原理,并给出了相应的算法,利用现场可编程门阵列(FPGA)与外部存储器相结合,解决了多工作方式下三维杂波图的冗余问题并实现了具体的方案。此外,对三维轮廓杂波图一些相关问题也作了讨论。

基于DDS技术的三坐标雷达目标模拟器

针对一种三坐标雷达故障检测和在线模拟训练需求,文中设计一款雷达目标模拟器。该目标模拟器基于直接数字频率合成技术,采用数字信号处理器+现场可编程阵列+直接数字频率合成硬件架构,通过软件配置生成一组和、差模拟中频回波信号,可模拟特定方位、俯仰以及距离的雷达目标回波。采用该目标模拟器进行系统联试,结果表明该模拟器控制简单、运行稳定,便于扩展。

毫米波测云雷达的特点及其研究现状与展望

云在大气的能量分配、辐射传输,尤其是水循环系统中有不可忽视的作用。云探测对云物理、人工影响天气、气候变化和航空航天等领域有重要意义,是大气科学研究的热点之一。尽管目前已经发展了很多种遥感设备对云进行观测(如激光雷达、卫星、云幂仪等),但这些设备无法得到高时空分辨率的云水平和垂直结构,而毫米波雷达是云三维精细结构探测的重要工具。由于毫米波雷达具有更接近小粒子尺度的短波长,因此更适合用来探测弱云,同时毫米波雷达也存在衰减严重的缺点。介绍了毫米波雷达的特点以及其探测小粒子的优势;对比分析了其与新一代多普勒天气雷达、晴空风廓线雷达的差异,得出:毫米波雷达具有高时空分辨率,能够更精确地反映云的垂直和水平结构,比普通天气雷达更适合监测云的变化。概括了国内外毫米波测云雷达的发展现状以及在云物理研究方面的情况,并展望了国内毫米波雷达未来研究的方向。

多普勒天气雷达三维数字组网系统开发及应用

为充分发挥多普勒天气雷达网的联网观测优势,依托已有科研成果,开发了多普勒天气雷达三维数字组网软件系统。介绍了该系统的整体设计、系统框架、主要功能模块、数据处理流程和相关算法,分析了系统性能及组网结果的实用性、可靠性,讨论了实际应用中影响组网效果的两个重要因素。业务运行测试及实例分析结果表明:该系统运行稳定;在微机上可实现约15部雷达、频率为6 min左右的高时间频率的三维组网;算法合理,组网结果可靠;为中小尺度天气分析提供了便利,为临近天气预报开发等工作提供了数据基础;有必要对软件系统进行升级,以便更好地满足应用需求,提高组网结果质量。

淮河流域东北部一次异常特大暴雨的数值模拟研究Ⅰ：结果检验和β中尺度对流系统的特征分析

在2000年12号台风(Prapiroon)影响期间,其外围对淮河流域东北部造成了一次罕见的特大暴雨,暴雨中心响水24h降水量达到800mm。文中所用的模式是俄克拉荷马大学风暴分析和预测中心研制的一个三维非静力可压缩数值区域预报模式ARPS(V5.2)。采用了3层单向嵌套网格,Domain1中心取为(27.5°N,117.5°E),格距45km,格点数为75×75;Do-main2中心取为(31.5°N,119.5°E),格距15km,格点数为140×140;Domain3中心取为(33.5°N,119.5°E),格距5km,格点数为180×180;垂直方向分为35层,垂直格距为625m。所利用的资料为:2000年8月29—31日每日4个时次(00、06、12、18时)1°×1°的NCEP/NCAR再分析资料及713雷达资料、GMS-5红外云图、探空报、地面加密资料。物理过程选用简单冰相方案,Kain和Fritsch积云参数化方案。对逐时的卫星云图、713雷达图像进行数值反演,结合探空资料反演出暴雨中深对流系统的水汽三维分布情况,通过三维同化系统ADAS处理,同化初始场和侧边界条件,再用ARPS模式进行数值积分,从8月29日08时开始到31日08时结束,积分48h。并结合雷达资料、红外云图、探空报、地面加密资料等对数值模拟结果进行了对比分析。结果表明:ARPS较好地模拟了在台风移动的左前方、在高空槽与副高之间出现的中尺度强暴雨区,模拟降水区及暴雨中心位置与实况较为一致。利用模拟大气中的水物质模拟了雷达回波,与实际雷达回波进行了对比分析,揭示了该过程中β中尺度对流系统的演变特征,4条对流带的交汇点在响水附近。并将模式模拟的T-lgp图与实际T-lgp图进行了对比分析,揭示了该次暴雨过程的不稳定性。持续的高空风垂直切变为对流系统的发展提供动能,造成对流系统斜压发展,有利于降水集中在某一固定的地点。由于模拟结果与实况较为接近,因此可以利用模拟结果作为对该暴雨过程作进一步研究的基础。

步进跟踪模式下的单脉冲雷达三维成像技术研究

该文提出了步进跟踪模式下的单脉冲三维成像方法。分析了步进跟踪体制下差信号的幅度线性调制问题,同时提出了补偿方法,该方法解决了单脉冲三维成像中所必须的目标精确跟踪问题,最后通过仿真验证了所提方法的有效性。

基于和差波束的三维ISAR成像技术

针对大带宽、高分辨的雷达信号,同一距离单元多个散射点复数叠加,导致传统基于一维距离像比幅测角的三维成像方法效果较差。提出了一种基于逆合成孔径雷达(ISAR)成像的三维成像方法,根据同一距离单元内多个散射点多普勒的不同,利用ISAR成像方法对多个散射点进行分离,在图像配准的前提下对和差信号ISAR像素点进行比幅法测角,最后,剔除角闪烁点及误差较大的散射点,对图像进行重构及合成得到三维ISAR像,同时完成目标定标。实测点目标及飞机目标的处理结果表明了本文方法较传统方法成像质量有较大改善,验证了方法的有效性及可行性。

稀疏阵列L型MIMO雷达运动目标三维成像方法

针对L型多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达对空中运动目标三维成像天线数目较多问题,提出了发射阵列采用稀疏布阵的L型MIMO雷达三维成像方法。该文首先分析了MIMO雷达发射阵列的稀疏布阵方式,其次结合压缩感知理论具体阐述了基于稀疏阵列的三维成像方法。该方法在大幅减少L型MI-MO雷达发射天线的条件下,实现了对运动目标的单次快拍三维成像,不仅有效避免了目标机动带来的运动补偿难题,同时又降低了系统的硬件复杂度,便于工程应用。最后利用仿真实验验证了本文方法的有效性和可行性。

多普勒雷达三维拼图资料在强对流天气监测中的应用

利用多普勒雷达三维拼图产品和石家庄新乐雷达站单多普勒雷达产品,对比分析了2008年6月23日发生在河北省中南部的一次强对流天气过程。结果表明:反射率因子和回波顶高拼图产品展现了整个对流系统自西向东发展、演变的全貌,为全面跟踪灾害性天气影响的时间和地点以及短时、临近预警提供有利依据。同时,根据反射率因子剖面图,不仅可以提前10—20 min对冰雹或大风天气做出预警,而且还可以从回波垂直剖面的形状区别冰雹或者大风,明显的回波悬垂、弱回波区和回波墙是发布冰雹预警的充分而非必要条件。

空间旋转目标窄带雷达干涉式三维成像与微动特征提取

该文根据干涉式逆合成孔径雷达(InISAR)中多天线干涉处理的思想,提出一种基于L型3天线模型的空间旋转目标3维成像与3维微动特征提取方法。将微多普勒效应理论与多天线干涉处理技术相结合,在时频面上通过Viterbi算法分离散射点并进行干涉处理获取目标在各时刻沿基线方向的2维投影坐标;根据目标微动特性,采用非迭代椭圆拟合方法重构出散射点的高度维信息,实现目标的真实3维成像,并在成像过程中提取目标的3维微动特征参数。仿真实验验证了所提方法的有效性与鲁棒性。

基于目标指示的两坐标警戒雷达目标高度补偿状态估计

为了克服现有目标高度补偿算法存在的模型假设不合理、实际应用效果难以保证等问题,本文以目标恒海拔等速运动为前提,利用协同单元提供的目标指示信息,对两坐标雷达的空间目标跟踪问题重新进行了研究.首先根据不同坐标系间的转换关系,构建了目标高度的准确表达式.然后通过恒等变换和合理的近似,得到了目标高度的估计公式,并利用绝对值不等式和柯西-施瓦茨不等式,推导得到了高度估计公式的误差.最后联合目标高度估计公式和两坐标雷达的缺维量测方程,采用扩展卡尔曼滤波方法,实现了目标空间状态的估计.仿真结果表明:本文算法可有效地对目标高度进行补偿,获得稳定、可靠的目标空间状态估计,从而为两坐标雷达目标空间状态估计问题提供了相对有效完善的解决方法.

基于SWAN和LAPS产品的人影作业参数自动估算方法研究

利用SWAN的雷达三维拼图和LAPS的特征层数据,通过自动化处理,进行人影作业临近预警和目标云识别,并计算用弹量、距离目标云最近的作业点及其发射方位角和距离,给出作业高度参考,最后生成人工增雨和防雹的作业技术参数产品。通过与实际作业情况比较发现,人工增雨防雹作业技术参数产品可提前60～30 min发出预警,提前30～0min计算出作业技术参数;预警报给出的作业站点基本都在目标云移动路径上,作业技术参数与实况基本相符;火箭弹用量误差在鄂西山区为0%～5.6%,鄂东孝感、黄冈等地误差25%～55.5%。运用该方法指导人工增雨和防雹作业,能够实现作业决策自动化和定量化,取得较好效果,对市县人影作业有一定指导意义。

MIMO雷达三维成像技术的研究与仿真

在MIMO雷达成像的过程中,由于其杂波特性、波形设计以及空时自适应处理等存在的缺陷,使发射波形的自相关和互关性对雷达造成严重的影响,而在传统的雷达杂波抑制中采用的是二维联合处理,需要对距离依赖杂波进行补偿,不具有良好的收敛性能,导致成像精度和质量较差。提出基于三维虚拟现实的MIMO雷达成像技术,分析了MIMO雷达成像模型,采用匹配滤波器对去载频回波信号进行波形解相关滤波,将其分成若干信号,完成回波运动的补偿,去除平动干扰,以消除发射波形相关性对MIMO雷达成像的影响,再依据对相位的二维Fourier转换获取两个方向的方位分辨率,对于所有距离单元均沿XOY平面进行二维Fourier转换,获取目标的"距离-X方位-Y方位"三维立体像,将其映射至XOY平面、YOZ平面以及XOZ平面中,实现空时三维自适应处理,即可获取目标成像的三维图,实现MIMO雷达成像。仿真结果表明,所提方法具有很高的精度及图像质量。