海杂波多普勒谱Hurst指数特性分析及目标检测

针对对海探测雷达面临的海面漂浮小目标检测问题,本文主要研究了海杂波多普勒谱Hurst指数特征的统计特性,并提出了一种基于多普勒谱Hurst指数的目标检测方法。首先,本文基于实测数据,详细分析了时间序列长度(脉冲数)、快速傅里叶变换频率点数、极化方式和海况等级对海杂波多普勒谱分形特性及多普勒谱Hurst指数统计特性的影响;其次,利用6种经典统计分布模型(高斯分布、瑞利分布、韦布尔分布、对数正态分布、K分布和KK分布),验证了海杂波多普勒谱Hurst指数的最佳统计分布模型为对数正态分布,进而引入Log⁃t检测器,提出基于多普勒谱Hurst指数的恒虚警检测方法;最后,使用IPIX数据验证了所提方法的有效性。结果表明,所提方法具有较好的小目标检测性能和稳定性,且在VV极化数据中性能最佳。

动态分形粗糙海面散射的遮蔽效应和多普勒谱研究

利用粗糙面电磁散射中的基尔霍夫近似,结合粗糙面遮蔽函数和分形粗糙海面特征函数的计算,导出了考虑遮蔽效应情况下导体分形粗糙海面散射截面的近似公式。研究了海面不同均方根斜率对遮蔽效应的影响。比较了毫米波入射时高斯粗糙面和分形粗糙海面的散射截面分布情况。分析了不同分维下分形海面双站散射截面的角分布情况。详细讨论了不同入射角和不同分维及遮蔽效应对分形海面散射回波多普勒谱的影响。

电离层和海态对天波雷达多普勒谱的影响

在Walsh海杂波模型的基础上,结合实测天波超视距雷达(over the horizon radar,OTHR)回波数据,同时考虑海面洋流、电离层垂直运动以及电离层非平稳性引起的相位污染的影响,提出了改进的OTHR海杂波模型。利用改进模型,从OTHR检测舰船速度盲区的角度深入分析了海态和电离层非平稳性对OTHR多普勒谱的影响。仿真数据和实测数据的对比说明了改进模型能够较好的模拟实测海杂波,得出的结论为选择最佳的OTHR工作参数和电离层传播信道提供了理论参考。

实测海杂波数据的多普勒谱特性

针对海杂波背景下目标检测问题的实际需要,采用两种不同波段、不同极化的实测数据,对海杂波的多普勒谱特性进行了分析和建模。首先对海表面的散射模型和多普勒谱的产生机理进行了简要的介绍。其次,从时间相关性分析的角度入手,揭示了多普勒谱的特点。然后,通过非参数化的Welch方法进行谱估计,重点分析了极化对多普勒谱的谱宽、偏移、对称性、动态范围以及拖尾的影响,并进行了机理解释。最后,分别采用高斯模型、AR模型和谐波模型对多普勒谱进行建模和拟合。结果表明,谐波模型能得到最优的拟合效果。文中的研究结论可以为目标检测算法提供先验信息和理论依据,在实际应用中具有重要的借鉴价值。

基于多普勒谱非广延熵的海面目标检测方法

根据海杂波和目标多普勒谱的聚集性差异,可以用熵特征来检测海杂波背景下的小目标,然而常用的香农熵仅仅是统计学角度的宏观量值,并不能反映出海杂波的非线性特性。非广延熵是香农熵的推广,可以描述海杂波已被证实的多重分形特性。该文首先给出了非广延熵与分形维数的关系,然后结合有目标单元回波的多普勒谱较纯杂波单元回波的多普勒谱聚集性更强以及海杂波回波具有多重分形特性的特点,提出了基于多普勒谱非广延熵的海杂波背景下的小目标检测方法,最后通过实测数据进行实验比较,验证了该文算法的有效性,在观测时间较短的情况下,与现有的多重分形频域Hurst指数方法和基于香农熵的方法相比,该文算法具有更好的检测性能。

微动目标多普勒谱分析和参数估计

首先建立了转动线形目标和进动锥形目标的回波模型,分析了三种典型微动目标的多普勒谱,引入低通谱宽和带通谱宽的概念,推导了机动点目标低通谱宽以及转动线形目标带通谱宽表达式,对进动锥形目标的低通谱宽进行了数值分析,给出了基于多普勒谱的微动参数估计方法,最后进行了仿真,证明了理论分析的正确性。

从高频雷达海面回波多普勒谱提取风场信息

用Ｈｏｗｅｌ法从二阶海面回波多普勒谱反演出有效浪高及浪高谱峰值频率后，根据ＳＭＢ算法或ＪＯＮＳＷＡＰ算法计算风速，同时采用雷达多波束采样法由一阶回波多普勒谱确定唯一合理的风向，从而得到完整的海面风场信息．并利用该方法对模拟的海面回波多普勒谱进行反演实验，结果表明该方法是正确可行的，且ＳＭＢ算法优于ＪＯＮＳＷＡＰ算法．

从高频雷达海面回波多普勒谱提取浪高参数

将浪高谱表示为级数形式，通过高频雷达的二阶雷达截面方程反演出浪高谱，进而计算出浪高．由双站雷达系统计算的有效浪高随风向变化小，说明双站探测优于单站．

基于多普勒谱特征的海杂波背景下小目标检测

海杂波中的小目标检测是雷达信号处理中较为复杂的问题之一。该文在分析海杂波多普勒谱特性的基础上,提出了基于联合瑞利分布的海杂波多普勒谱统计模型和描述多普勒谱扩展程度的波形熵特征,并给出了海杂波背景下的小目标检测算法。基于加拿大IPIX雷达实测数据的检测结果,证实了文中算法的有效性。

海面受限波和自由波的多波段雷达多普勒谱模型

海面上除了存在一种满足频散关系的自由重力毛细波外,还存在一种与主波速度一致的重力毛细波,即受限重力毛细波。该文在受限波与自由波的组合表面模型基础上,针对中等入射角情况下提出一种预测受限波与自由波的多普勒谱宽的理论模型。文章通过数值仿真和水槽微波实验讨论了两者的多普勒谱频移和谱宽随风速和雷达波段的变化情况。

基于多普勒谱的多目标鉴别技术

多目标鉴别是雷达信号处理中迫切需要解决的技术难题。针对Chirp脉冲雷达体制及其相参积累处理的原理和特点,利用多个目标的多普勒谱分布特性,提出了应用CLEAN算法的多普勒谱旁瓣抑制技术实现多目标鉴别。仿真结果表明了这种技术的有效性,且在信噪比较低的情况下仍然非常稳健。

船载S波段雷达多普勒谱模型

根据海表面的散射机理和船舶在海中的运动规律,建立了3次谐波船舶运动模型,提出了船载S波段雷达回波多普勒谱的中心频率和谱宽的理论模型。本文采用仿真多普勒谱的方法,分析了船载S波段雷达多普勒谱的中心频率和谱宽大小与船速的关系,并讨论了船舶各种运动导致多普勒谱的变化情况,最后采用一段实测船载三坐标速度并仿真其多普勒谱,结果表明其中心频率的变化明显,谱展宽明显。文章的结论为船载S波段雷达海浪参数提取提供先验信息和理论模型,具有重要的价值。

自由空间中箔条云极化散射的多普勒谱特性

研究了自由空间中箔条云团极化散射的多普勒谱特性。建立了自由空间中箔条云团的扩散模型,并导出箔条云团等多普勒的解析表达式,得出其近似为等波程的结论。在此基础上,分析了任意极化电磁波激励下箔条云团反射场的频谱特性,并给出了箔条云团散射截面积在多普勒频移上的统计分布。

基于散射体模型的地空信道多普勒谱仿真分析

飞行器不同飞行阶段经历的信道特性不同,多普勒频谱是表征信道特性的重要物理量。飞行器在某些飞行阶段下与地面站间存在可视通路,某些阶段下又不存在,导致地空信道特性复杂多变。基于散射体模型对飞行器从起飞到着陆的各个阶段的信道的多普勒谱做了仿真分析。仿真结果表明,飞行器在航行、到达/起飞、滑行阶段多普勒谱为Rician型,停场阶段为Rayleigh型。

基于不同散射机制特征的海杂波时变多普勒谱模型

海杂波的多普勒谱建模对采用多普勒处理技术的雷达进行有效的海杂波抑制和目标检测具有重要的意义.本文分别考虑Bragg,白冠和破碎波三种散射机制对应的多普勒谱分量的特征,对三种谱分量的频移和展宽进行分离,并引入附加速度频移量,提出了基于不同散射机制特征的雷达海杂波时变多普勒谱模型.该模型假设谱强度为受观测时间区间影响的随机变量,能够同时适用于平均多普勒谱与短时多普勒谱建模.通过分别对黄海海域实测的岸基P,S波段海杂波平均多普勒谱与短时多普勒谱建模测试,结果表明该模型相对传统模型的建模精度更高,尤其体现在短时谱的观测时间较长和平均谱形式较为复杂的情况下,建模误差显著减小.

基于多普勒谱优化的HRWS SAR系统通道相位偏差估计算法

方位多通道SAR系统通过抑制多普勒模糊,能够实现高分辨率和宽测绘带(HRWS)对地观测。针对通道间幅相偏差会导致成像结果中出现目标模糊分量的问题,该文提出一种通道相位偏差估计算法。该算法利用通道间相位偏差会造成多通道重构方位谱在主瓣内展宽的特性,通过优化多谱勒谱能够实现通道相位偏差的有效估计。该算法在通道相位偏差估计前不需要进行多普勒中心估计,减小了由多普勒中心估计不准引入的误差,并且在低信噪比的情况下仍然具有良好的估计性能。基于仿真数据和实测数据的实验验证了该文算法的有效性。

海面上方低飞小目标多普勒谱研究

针对海面上方低空飞行慢速小目标探测问题,采用Kirchhoff近似(KA)和矩量法(Mo M)的混合方法研究了时变海面与其上方运动目标的后向散射回波的多普勒特性。分析了海况参数、入射角、目标运动速度、目标与海面之间的距离以及目标截面形状等对后向散射回波多普勒特性的影响。这项研究对于海面与目标耦合散射机理的分析以及海杂波背景下低飞慢速小目标的检测与识别具有重要意义。

移动散射体下的V2V信道相关性和多普勒谱特性研究

该文首次提出两种典型的移动散射体存在的车辆对车辆(V2V)的无线传播信道模型,一种是基于一次散射发射(SBT)和一次散射接收(SBR)的信道,另一种是基于两次散射(DB)的信道,并在这两种模型的基础上给出了同时包含一次散射发射,一次散射接收,两次散射和视距(LOS)分量的信道模型。在假设移动散射体的运动速度和方向都随机且运动速度较小和较大的散射体速度分别用指数分布和混合高斯分布来描述的情况下,给出了这些传播信道的复增益,通过计算得到了信道的自相关函数(ACF)和多普勒功率谱密度(PSD)。文中还将理论计算得到的多普勒谱与已有文献的测量结果进行了对比,两者符合得较好。

天线主瓣照射区多普勒谱分布规律研究

为了研究雷达高度表相对于地面运动时天线主瓣照射区内多普勒谱分布规律,建立了大地回波宽多普勒带模型,利用基于等多普勒带、等距离环的网格映像法将波束照射区划分为若干矩形散射网格,采用等多普勒带内各矩形网格回波功率叠加的方法对回波多普勒功率谱进行仿真,克服了基于极坐标积分法计算繁琐且不利于后续工程实现的缺点,仿真结果与理论值相符,表明模型合理,最后分析得出了雷达高度表在不同高度及速度下多普勒谱分布规律,为后续雷达高度表的回波模拟提供了理论支撑。

油膜覆盖的非线性海面电磁散射多普勒谱特性研究

当海面上方漂浮油膜时,海面的毛细波成分将因油膜的阻尼作用而被破坏.本文采用PM谱,基于Marangoni阻尼效应,建立油膜覆盖的一维Creamer非线性海面模型,并简单分析了油膜的阻尼作用对海面轮廓的影响.在此基础上,利用迭代物理光学方法研究了L波段下该模型的后向散射回波的多普勒谱特性,通过与基于线性模型的海面散射回波多普勒谱对比发现,在大中入射角下,非线性海面散射回波与线性海面多普勒谱的差异不可忽略,说明采用Creamer非线性理论建立海面几何模型的必要性.研究发现,油膜覆盖海面的散射回波的多普勒频移及展宽与干净海面雷达回波的多普勒特性具有明显差异,这表明海面上漂浮的油膜对雷达散射回波的多普勒特性具有显著的影响.数值结果重点分析了入射角、油膜参数以及风速对油膜覆盖海面散射回波多普勒谱展宽和频移的影响规律.