二维相控阵-MIMO雷达联合发射子阵划分和波束形成设计方法

为了有效地抑制干扰信号并进一步提高雷达系统的性能,该文提出一种基于2维相控阵-MIMO雷达的联合发射子阵划分和波束形成设计方法。该方法首先将MIMO雷达系统的发射阵列等分成一定数目的非重叠子阵并给每个天线分配相同的发射能量,以确保发射信号具有恒模特性;其次,在一定的约束条件下,以最大化接收波束形成器的输出信干噪比为准则建立关于子阵结构、每个子阵对应的发射波束形成权矢量以及接收波束形成权矢量的优化模型,并采用循环迭代方法进行求解。仿真结果证实了所提方法的正确性和有效性。

相控阵-MIMO雷达的相位编码信号设计方法

具有良好性能的正交编码信号是相控阵-多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)雷达获得优良性能的前提。为得到对接收端噪声容忍度更高的编码信号,利用改进的离散粒子群优化(discrete particle swarm optimization,DPSO)算法,以接收端匹配滤波之后输出信号的性能为代价函数,将编码设计转化为约束优化问题,设计了可灵活编码的正交相位编码信号。新算法得到的编码信号有较低的自相关旁瓣和互相关干扰,在匹配滤波时其对噪声的抑制要好于已有算法,且能有效分离出多个目标。仿真结果验证了算法的有效性。

相控阵-MIMO雷达发射波束形成

对MIMO雷达提出了一项新技术——相控阵-MIMO雷达。该技术充分利用了MIMO雷达和相控阵雷达相干处理的优点，其实质就是把发射天线分隔成多个子阵，每个子阵发射相互正交的波形，通过设计每个子阵的加权矢量使天线在空间形成波束，并且每个子阵可以构成MIMO雷达模型。仿真分析表明：和相控阵和MIMO雷达相比，提出的相控阵．MIMO雷达具有更优越的性能。

机载有源相控阵火控雷达技术发展

机载火控雷达是战斗机平台获取信息的主要传感器,经历了测距机、脉冲雷达、脉冲多普勒雷达、相控阵雷达的发展历程。文中通过对现有战斗机火控雷达现状分析,结合未来战斗机平台作战需求分析等多个角度分析对机载火控雷达的需求和技术牵引,结合射频一体化、分布式探测、智能蒙皮、隐身探测和芯片化等新兴技术,展望未来机载火控雷达发展趋势,为后续机载火控雷达设计与研究提供参考借鉴。

应用于全固态激光雷达的光学相控阵技术发展趋势与挑战

应用于全固态激光雷达的光学相控阵是一种电控扫描的光束指向控制技术,具有宽视场、低功耗、轻量化的优异性能,在军事和民用领域发挥着越来越重要的作用。文章首先介绍了光学相控阵基本工作原理;回顾了近年来基于不同材料光学相控阵的国内外研究进展,主要包括:光波导相控阵(如LiTaO3晶体、GaAs/AIGaAs、PLZT电光陶瓷、Si等)和液晶光学相控阵;并对基于不同材料光学相控阵的优劣势进行对比分析;指出了研制高性能光学相控阵需要突破的关键技术;并给出了光学相控阵技术的发展趋势与挑战。

多功能相控阵雷达行为辨识综述

多功能相控阵雷达是指具备相位控制阵列,能同时实现搜索、跟踪、制导等多种功能的雷达。随着雷达对抗的不断升级以及各国对于电子战的日益重视,作为获取多功能相控阵雷达信息的重要手段,其行为辨识技术的研究得到了进一步发展。结合目前多功能相控阵雷达行为辨识的背景与意义,对已有的不同多功能相控阵雷达信号模型进行梳理,对高密度、大噪声信号环境下的波形单元提取算法和基于深度学习的工作模式识别算法进行识别性能、适用场景等方面的系统性对比,并归纳了不同仿真数据集的实际应用情况,最后总结了该技术存在的问题并提出了未来展望。

一种相控阵雷达横滚角标校方法

提出了一种相控阵雷达横滚角标校方法,利用相控阵雷达横滚角与目标俯仰角测量误差之间的近似线性关系,结合雷达自带的角度测量误差标定手段,快速地计算得到雷达的横滚角,进而大幅提高相控阵雷达的角度测量精度。实验证明,使用该方法计算得到的横滚角与使用激光测量仪器测得的横滚角结果精度相当,完全能够满足高精度测量雷达的需求。

相控阵天气雷达技术研究进展

天气雷达是一种典型的气象雷达,也称测雨雷达,是用于警戒和预报中、小尺度降雨天气系统的主要探测工具。自第一部天气雷达问世以来,社会经济的持续发展和科学技术的进步,推动了天气雷达技术不断创新发展,经历了常规模拟、数字化、多普勒、多普勒双偏振等发展阶段。天气雷达的核心部件发射机系统也从磁控管、速调管发展到全固态、相控阵技术。本文介绍国内外相控阵天气雷达技术研究进展,重点综述相控阵天气雷达技术研究进展。内容包括:介绍气象微波波段与天气雷达种类,介绍天气雷达体制发展进程,介绍双线偏振多普勒天气雷达;综述相控阵天气雷达技术进展,以及介绍几种新发展的相控阵天气雷达等。最后,给出总结和展望。

活性壳体温压战斗部对相控阵雷达天线的毁伤效应

研究活性壳体与温压炸药组合战斗部的威力,以及对相控阵雷达天线靶标的毁伤效应,以期提升对其的毁伤效果,并为相关战斗部设计提供支撑。设计活性壳体、20号钢壳体2种同尺寸结构温压战斗部,进行战斗部毁伤模拟相控阵雷达天线靶标试验,测试并分析火球温度、冲击波、靶标介质棒损坏比例等数据。试验结果表明:相同尺寸结构和装药量下,相对钢壳战斗部,活性壳体战斗部火球最高温度提高14.9%、500℃以上火球面积增加20%~50%,冲击波比冲量始终高于钢壳战斗部,对8 m处靶标的毁伤程度提升15.5%;温压战斗部可通过自然破片和冲击波毁伤靶标,冲击波能够造成介质棒大面积脱落,基于试验结果分析,对于54.8%以上阵面辐射单元毁伤,冲击波比冲量应达到142.5 Pa·s以上。

西藏墨脱复杂地形X波段相控阵偏振天气雷达降水观测和反演方法研究

墨脱的降水变化与印度洋、孟加拉湾的水汽向内陆的输送、夏季风及我国东部雨带的推进过程联系紧密。它的独特地形与西南气流的相互作用在当地形成了年均降水超过2000 mm的降水带。但墨脱的复杂地形与有限的电力交通条件造成了降水观测的困难。2019年,第二次青藏高原综合科学考察研究任务专题项目在墨脱设置了一部X波段双偏振相控阵雷达,实现了对墨脱云降水的连续观测,对当地生态环境和云水资源研究以及高原东南水汽通道特征研究等具有重要的意义。文中使用墨脱X波段双偏振相控阵雷达2020年6-8月的观测数据,使用统计手段筛选降水回波片段,整合后构造得到符合墨脱复杂地形的混合仰角;利用2019年墨脱雨滴谱数据计算雷达参量、拟合得到适合墨脱地区降水特点的X波段天气雷达定量降水估测(QPE)公式。在此基础上选取2020年7-8月三次累积降水量、平均雨强、持续时间各不相同的降水过程,使用线性规划方案计算ΦDP(差分传播相移)、最小二乘拟合计算KDP(差分传播相移率)、“ZPHI”降水廓线算法订正ZH(反射率因子);以ZH和KDP为阈值,使用R(ZH)与R(KDP)分段估测降水,与单独使用R(ZH)和R(KDP)的估测结果进行对比;并基于降水估测结果和雷达参量的水平分布探讨降水分布与地形的关系。本文经过质量控制的ZH、 KDP数据质量有明显改善;使用统计方法构造的混合仰角有效回波面积大于使用SRTM1 v3.0地形数据构造的混合仰角,三次降水的典型时刻参量与过程累积降水量和平均ZH、 ZDR能初步反映降水变化与地形的关系;本文的降水估测公式和分段估测降水方法整体结果表现良好,各评估参数均具有较好的表现;结果表明:(1)墨脱雷达周边地形变化剧烈,根据现有地形数据构造的混合仰角在降水估测中表现不如本文统计筛选雷达观测数据得到的混合仰角数据;(2)本文采用的数据质控方法、定量降水估测公式与分段估测方法(PEM)在降水反演中表现良好,与单一的R(ZH)、 R(KDP)方法相比,得到的结果在CC和RMSE无明显变化的情况下,估测误差明显减小;(3)墨脱降水的发生发展或与西南气流被河谷偏北方山坡抬升有关,较大雨强、较小粒子直径的云位于地势平缓的谷底。

基于Unity3D的杀爆战斗部对相控阵雷达毁伤评估可视化设计与实现

为提高战斗部的设计迭代与毁伤评估效率,引入典型相控阵雷达的目标易损性模型,构建了杀爆战斗部威力场计算模型、弹目交会模型以及典型相控阵雷达的毁伤概率计算模型,并基于Unity3D引擎搭建了杀爆战斗部对相控阵雷达的毁伤评估系统。系统能够实现杀爆战斗部的参数化设计、威力场计算以及杀爆战斗部对典型相控阵雷达毁伤概率的计算及毁伤效果的可视化。针对某杀爆战斗部进行试算,系统直观显示了战斗部威力以及对典型相控阵雷达的毁伤效果,设置战斗部落速为100 m/s, CEP为1 m,计算得到了落高为4~7 m,落角在30°~90°的弹目交会条件下战斗部对典型相控阵雷达的毁伤概率。所设计的系统功能完备,可以为杀爆战斗部方案设计及对相控阵雷达的毁伤评估提供支撑,系统开发的思路可以为战斗部威力计算及毁伤评估软件的设计提供参考。

深圳X波段双偏振相控阵雷达降水估测算法效果评估

为验证X波段双偏振相控阵雷达的降水估测能力,利用2020年深圳市X波段双偏振相控阵雷达探测资料和广州市S波段双偏振雷达探测资料,建立基于双偏振雷达参量强弱(即ZH、ZDR和KDP)的本地化混合降水反演方法,对不同降水使用最优的雷达参量进行定量降水估测,统计广东龙门县2016年雨滴谱观测资料,得到降水估测公式中的系数,分析不同时间、空间和降水强度下降水个例,利用本地化降水反演方法产生的定量降水估计结果与雨量计观测资料对比。结果表明,高时空分辨率的X波段相控阵雷达可以提高降水估测精度。X波段相控阵雷达在高时间分辨率下,其估测降水强度变化趋势和自动站观测的降水强度变化趋势一致,并且对降水强度小于40 mm/h的降水估测较为准确。在最大观测范围内,X波段相控阵雷达能观测到低层的气象信息,其降水估测的评估结果优于S波段雷达。X波段相控阵雷达对暴雨以下的降水估测更加准确,对暴雨以上的降水估测结果误差较大,可信度不高。

有源相控阵雷达TR组件电磁兼容问题研究

TR组件作为有源相控阵雷达中的关键部件,正向着小型化、集成化方向发展。根据TR组件的工作原理和组成分析了其复杂的内外部电磁环境。针对TR组件内部和外部的电磁干扰问题,提供了不同的解决措施。列举了某次雷达系统方向图测试过程中TR组件LC环路谐振问题导致的系统异常工作情况,进行了有效的机理分析,并通过简单的补救措施巧妙地避开LC谐振频率,解决了TR组件的电磁兼容问题;对于雷达系统的TR组件电磁兼容设计具有一定的指导意义。

基于改进D-S证据理论的相控阵雷达作战效能评估

针对相控阵雷达作战效能评估中战场环境等不确定因素的影响,采用改进Dempster-Shafer(D-S)证据理论对其进行作战效能评估方法的优化。首先,通过构建相控阵雷达作战效能评估指标体系,明确评估指标并赋值权。其次,引入Kulsinski差异和模糊熵方法,对传统的D-S证据理论进行改进,减少指标在融合过程中的融合权重不确定性的影响。最后,通过改进D-S证据理论对评估指标进行数据融合,建立评估准确性较高的相控阵雷达作战效能评估模型。通过算例验证分析,所提方法能够有效减少融合过程中的不确定性影响,可实现相控阵雷达作战效能评估的目的,提高作战效能评估精度。

相控阵天气雷达监测预警龙卷风的过程剖析

天气雷达作为龙卷风监测预警的重要手段之一,应用具有超高时空分辨率的X波段双极化相控阵天气雷达系统,较好地捕获并提前预警龙卷风。以2022年6月19日07时发生在广东佛山南海的一次龙卷风为例,详细剖析龙卷生消及雷达监测预警过程。借助雷达智能预警软件,利用X波段双极化相控阵天气雷达的双偏振量和超高时空分辨率数据,实时反演三维风场和分析龙卷碎片(TVS)特征,能够显著提高龙卷风监测预警水平。实例表明,本次成功地提前18分钟预警龙卷,进一步说明了X波段双极化相控阵天气雷达在强对流天气探测方面具有较强的生命力。

2022年6月19日广东佛山龙卷的双极化相控阵雷达特征

利用X波段双极化相控阵雷达等多源观测资料,分析了2022年6月19日早晨广东佛山超级单体龙卷的环境条件和对流风暴的结构及演变特征。龙卷母体风暴是在强西南季风天气背景下的一条东北-西南向飑线南端发展起来的。环境条件具备较大对流有效位能、低抬升凝结高度和强垂直风切变等有利于超级单体龙卷发生发展的热力和动力条件;低空风暴相对螺旋度、超级单体复合指数和强龙卷指数的显著增强对超级单体龙卷的发生有较好指示意义。具有高时空分辨率的佛山南海X波段双极化相控阵雷达探测到了龙卷母体微型超级单体的发展过程和龙卷涡旋的演变特征:对流单体在前侧低层入流的加强下逐渐形成钩状回波和反射率弱回波空洞;中气旋首先在2.5 km附近高度形成后向低层伸展,随着后侧下沉气流的加强,低层涡旋旋转增强,当低层中气旋旋转速度超过22 m·s^(-1)(强中气旋)且直径紧缩至1.5 km以内时,龙卷即将触地,龙卷涡旋特征(TVS)和龙卷碎片特征(TDS)出现是龙卷触地的主要特征,龙卷发生在反射率弱回波空洞、TVS和TDS附近。

东莞一次强对流天气的X波段相控阵雷达特征

利用X波段相控阵雷达等资料分析了2023年4月21日在广州南部和东莞发生的一次混合型强对流天气过程,结果发现:(1)该过程由海上北抬的暖式切变线触发,具有低空暖平流强迫和中等垂直风切变等有利条件,导致冰雹、短时强降水、下击暴流等强对流现象;(2)雷达观测到雨雹混合物具有高基本反射率、低差分反射率、低相关系数等特征;(3)雷达捕捉到普通降雹单体风暴,其CC谷和ZDR柱反映了暖湿气流在前侧抬升到过冷冻层形成大冰晶,在中心附近下降时融化成大雨滴或外包水膜的雨雹混合物;(4)降水的拖曳作用和冰雹融化下降导致了下击暴流的形成,雷达显示了近地层的辐散速度对特征;(5)相控阵雷达能监测到下击暴流形成前雷暴的反射率因子核和风暴顶高度下降等变化特征。

一次强对流天气的X波段相控阵雷达回波分析

利用东莞市X波段双偏振相控阵雷达资料,对2021年7月28日东莞一次局地冰雹和短时强降水天气的雷达回波特征进行分析。结果表明:台风“烟花”登陆北上形成宽广的台风低槽、低层的北风和西风辐合是该次强对流天气发生的背景条件;前期台风外围下沉气流造成的能量条件积累、中层的冷平流和珠江口低层西南风的加强为风暴的发展和维持提供了有利的环境条件。该次过程东莞东南部的对流风暴在原地生消,造成了塘厦镇125.5mm的局地短时强降水。低层KDP印对短时强降水有指示意义,而ZDR可以影响强降水阶段的雨强。东莞北部的对流风暴产生局地冰雹和8级短时大风,与东南部产生强降水的风暴不同,产生冰雹的风暴在降雹前具有强的ZDR柱,PPI上可观测到三体散射。风暴趋势产品VIL的两次明显下降对单体质心下沉产生辐散大风和冰雹的降落有较好的指示作用,相态识别产品也可作为判断冰雹是否落地的辅助工具。

基于相控阵多普勒雷达技术的强对流天气预警系统设计

为了避免突发性灾害对人身以及财产安全造成的影响,针对天气预警过程的干扰因素较多、雷达成像像素精度较低等问题,设计基于相控阵多普勒雷达技术的强对流天气预警系统。设计数据采集芯片和电路混频器,通过不同的电压获取双通道接口的稳定运行。基于相控阵多普勒雷达技术,采集强对流天气数据并进行前期处理,通过多普勒雷达格式数据计算水平反射率结构以及梯度垂直反射率,避免干扰因素影响,计算最大模糊速度与最大模糊距离,得到雷达退速度模糊参数,建立强对流天气预警模型,得到一个新的强对流天气预警系统。实验结果表明,该系统所得到的不同径向距离以及不同方位角度的像素精度均小于0.03,提高雷达成像精度可以得到更准确地预警结果。

机载有源相控阵雷达外场巡检系统的设计与研究

机载有源相控阵雷达在交付用户后,需要构建一种基于快速故障定位和修理为目的的装备型测试系统。由于外场条件有限,无法对雷达阵面的T/R组件幅相等性能进行测试,在充分利用天线阵面监测耦合线资源的基础上,提出一种基于原位测量技术的测试方案,并设计了巡检系统。该系统从雷达外场巡检的需求出发,对雷达参数进行实时测试,对雷达状态进行实时控制,建成智能化、信息化和小型化的外场智能巡检系统。其特点是选用最新测试技术,按照“新一代测试系统”进行架构,提高了外场测试的适应性和灵活性,实现了机载雷达外场精益保障自动化、一体化。