时间反转在UWB-MIMO雷达中的应用

针对UWB-MIMO雷达中的多径干扰问题,采用时间反转技术,利用多径环境中丰富的散射来达到高的目标检测概率。将时间反转应用到UWB-MIMO雷达中,推导出其时域模型表达式。与传统UWB-MIMO比较,在检测概率和目标的DOA估计上,加入时间反转处理后的性能优于传统UWB-MIMO。

浅析对相控阵体制雷达的对抗策略

针对相控阵体制雷达信号难以侦测、干扰效果不理想等问题,着重研究了如何提高对相控阵雷达的对抗效果。提出构建多传感器的侦测系统,分别介绍了判别系统和融合系统的关键技术,并提出混合干扰策略以及构建空间干扰网,以达成对抗目的。

案例教学法在雷达情报组网空情处置课的应用

为进一步提高雷达情报组网系统课程的教学质量,本文将案例教学法引入到该课程的空情处置教学模块中,以空战演习、不明空情等部队真实案例为牵引,构建实战化的教学背景,按课前教学准备、课中处置研讨、课后评价反思三个环节组织实施教学,学员学习目标清晰,任务分工明确,能很好锻炼学员独立分析、深入思考及解决问题的能力。教学实践表明,该教学法成效显著,为预警情报专业其他课程教学提供了借鉴思路。

基于单线激光雷达的果园车辆地头导航方法

果园车辆导航包括行间引导和地头转向,地头转向主要采用开环控制,难以适应果园地面不平整以及车辆有初始偏差的复杂情况,阻碍了果园智能化作业的全程覆盖。针对上述问题,提出一种基于单线激光雷达(light detection and ranging,LiDAR)的果园车辆地头导航方法,引导车辆沿圆弧导航路径实施地头转向。导航电控系统采用上下位机结构,上位机首先读取单线LiDAR实时采集的果园数据,从中提取圆弧导航路径并计算导航偏差;然后采用纯追踪算法求取车辆目标角速度,将其发送给下位机,下位机控制车辆按照目标角速度转向。实验在株行距5 m×5 m的核桃园进行,在车速0.2 m/s、初始横向偏差±25和±50 cm、航向偏差±10°和±25°的条件下,该方法能够在地头转向结束后将横向偏差控制在±9 cm以内、航向偏差控制在±5°以内。本研究方法是对基于单线LiDAR的果园车辆导航方法的补充和完善,实验结果表明,该方法的抗干扰能力较强,能够有效削弱土地不平整和车辆初始偏差给地头导航带来的影响。

伪码调相连续波雷达微弱机动目标高精度参数估计方法

伪码调相连续波雷达具有探测距离远、测量精度高、抗干扰能力强等优势,是天基雷达空间目标探测的重要手段。本文针对高速伪码调相连续波雷达对远距、机动目标的高精度参数估计问题,提出了一种基于跟踪环路的机动目标参数高精度估计算法。该算法首先利用分数阶傅里叶变换获得载波多普勒频率初始值和多普勒频率变化率的估计,并构造对数据跳变不敏感的相干载波提取环路,实现对伪码调相信号中载波参数的鲁棒提取与精确跟踪,从而得到高精度的相对速度估计结果;之后,利用载波多普勒频率估计结果“修正”本地发射伪码,消除伪码相位偏移。在通过相关处理得到伪码相位初始估计后,构造载波辅助相干伪码跟踪环路,实现对伪码相位的精确跟踪,从而获得高精度的相对距离估计结果。所提算法利用参数跟踪环路实时动态匹配的优点,解决了机动目标回波信号伪码相位偏移和多普勒扩展引入的积累效能降低和检测性能恶化问题,有效提高了机动目标参数估计精度。与部分相关-分数阶傅里叶变换、广义拉登傅里叶变换方法、迭代相邻相关运算方法相比,所提算法将机动目标多维参数搜索与匹配问题转化为两次一维参数精确提取问题,在获得机动目标相对距离、相对速度高精度估计的同时,有效降低了算法的运算量,为航天器空间平台资源强约束下实现自主探测感知提供了一种可行思路。

架空输电线路激光雷达点云数据处理技术研究

为了构建输电线路走廊、导地线与杆塔本体的高精度三维模型,采用激光雷达点云数据处理技术,对不同杆塔重要巡检对象的自动精准定位方法进行研究,提出了一种直接从点云数据中自动提取杆塔并精确定位其位置的方法。该方法能够获取包括塔身、塔头等关键部位的位置信息。将提取的杆塔位置、绝缘子位置、挂点位置等信息进行展示、分析以及精度定位评估。结果表明,所提方法的效果很好、完成度高,能够真实地展现输电线路的走廊环境、杆塔架构、导地线布局以及绝缘子串等部件的信息。

毫米波雷达监测人体生命体征应用的Meta分析

目的系统评价非接触式生命体征监测装置准确性。方法检索建库至2024年10月Cochrane Library、PubMed、Web of Science、Embase、SinoMed、中国知网、万方数据库及维普网,收集比较心电监护仪、智能手环或呼吸检测仪等接触式生命体征检测设备与雷达监测人体生命体征的研究。采用Stata 17.0软件进行荟萃分析。结果共纳入21篇文献,328名受试者。Meta分析结果显示:雷达监测与心电监护在心率[SMD=0.05,95%CI(-0.11,0.21),P=0.705]和呼吸频率[SMD=0.10,95%CI(-0.33,0.14),P=0.755]上差异无统计学意义,但亚组分析结果显示,调频连续波雷达比连续波雷达和超宽带雷达具有更精确的测量效能,所有雷达的测量效能都在距离受试目标1 m左右时达到最佳,且在众多雷达频率中,77 GHz对心率和呼吸频率的监测最为准确。结论接触式生命体征监测设备相较于雷达在心率和呼吸频率监测方面差异无统计学意义,但调频连续波雷达在准确性方面占优,众雷达在距离受试者1 m时数据最精准,最佳雷达频率可能为77 GHz。

基于风廓线雷达的四川盆地西部强降水过程风场特征

根据暖区暴雨的分型(西南涡型、副热带高压边缘型、西南急流型和东南风型),选取四类天气背景下四川盆地西部(成都地区)的暴雨过程,利用风廓线雷达新资料,详细分析了青藏高原-四川盆地特殊地形下,不同类型暖区暴雨中典型强降水发生、发展时的风廓线特征。研究表明:(1)风廓线雷达资料可以很清楚地表现出对流层及边界层存在的中小尺度系统,不同类型强降水过程的风场演变特征同特殊地形与区域环流及天气系统的相互作用密切相关,除副高边缘型外,其他三种类型暖区暴雨典型过程发生前或发生时都出现了边界层东北风或偏东风;(2)垂直速度变化梯度大,直观地体现了这几次过程时间短、对流强的特征,降水开始后,向下的垂直速度明显减弱甚至转向的突变时期,代表气层中上升运动的明显增强,这种垂直速度的突变对于强降水的预测有指示意义;(3)垂直速度极值在强降水发生前或发生时会明显增大,并伴随有极值层降低的现象,水平风速极值和极值层有同步的增减趋势,大部分强降水过程发生前,中层都出现了中尺度急流,并伴随急流层的降低;(4)在这四种类型的暴雨过程中都有低空急流的参与,其中副高边缘型和西南涡型暴雨过程中,低空急流指数第一次增大都对降水的开始有1~2 h的预报提前量,而在东南风型和西南涡型过程中低空急流指数的突增预示了降水强度的增大。

宽带相控阵雷达孔径渡越与距离徙动联合校正

宽带相控阵雷达探测高速运动目标时,目标回波快时间频率与空、时二维耦合,容易出现孔径渡越和距离徙动双重问题。针对该情况,提出一种联合校正方法:当雷达工作于窄发模式时,通过频域补偿和一维时间尺度(TS)进行解耦;当雷达工作于宽发模式时,通过二维TS进行解耦。针对雷达工作模式界定问题给出了明确条件。仿真结果表明,所提方法可有效解决孔径渡越、距离徙动引起的目标回波跨阵元、跨脉冲问题,联合校正后目标有效检测临界信噪比较理想状态损失不超过3 dB。

基于瓦片分区的雷达动态定量降水估测方法研究

雷达定量降水估测(QPE)考虑雨滴谱的时空变异性,是提高QPE的有效途径。雷达采用Z-R关系开展降水估测时,雨滴谱的差异,主要表现为Z-R关系式不同;利用瓦片分区方法,将降水估测区域进行瓦片分区,每个瓦片内利用雷达和自动站数据动态拟合Z-R关系式开展QPE。文中利用六次天气过程对瓦片分区降水估测方法进行评估,从QPE各项评价指标看,误差较传统的固定Z-R关系法和全域动态Z-R关系法,有很好的提升,降水估测结果与强降水中心基本一致,各项误差指标均最小;结果表明瓦片分区降水估测方法是提升雷达QPE的有效方式。

石家庄S波段和X波段双偏振雷达定量降水估测应用研究

基于石家庄S波段雷达和X波段雷达、雨滴谱仪观测资料以及地面雨量计数据,分析两种雷达的R(ZH)、R(ZH,ZDR)、R(KDP)和R(KDP,ZDR)四种定量降水估测方法。结果表明,利用雨滴谱仪数据计算出的雷达反射率因子与雷达实测具有较好的一致性,但整体偏大5 dB;两种雷达使用R(KDP,ZDR)方法估测降水结果优于其他方法,使用偏振参量KDP能明显提高降雨估测结果,使用ZDR后,测雨公式较单参量提高不明显;使用R(KDP)和R(KDP,ZDR)方法,利用X波段雷达估测降水的准确度略高于S波段雷达,可提升约10%,利用高空间分辨率的X波段雷达可以提升城市降水估测的精确度。

基于低空目标检测的分布式多输入多输出雷达功率分配合作博弈算法

为提升低空突防作战场景下分布式多输入多输出(Multiple Input and Multiple Output,MIMO)雷达系统的目标检测效能,提出一种合作博弈功率分配(Cooperative Game Power Allocation,CGPA)算法。基于带误差的支援信息建立了低空多径环境下的分布式MIMO雷达信号模型,并推导了基于奈曼皮尔逊准则的检测模型。结合Max-Min准则以信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR)为优化模型的效用函数。在此基础上,利用加权方法简化了联盟利益Shapley值的计算,得到满足帕累托最优性和公平性的合作资源分配方案。通过对发射功率资源的细致化管理,有效减小多径效应引起接收信号幅度的参差与衰落。在改善接收信号的稳定性的同时,挖掘并利用多径环境下丰富的散射特性,有效提升了雷达系统的探测效能。仿真实验验证了分布式MIMO雷达系统低空多径目标检测的出色性能,所提功率分配算法能够有效提升系统检测性能,并具有较好的实时性。

复杂地质条件下隧道地质雷达与数值模拟研究

文章探讨了地质雷达在复杂地质条件下隧道勘探中的应用。对复杂地质条件对隧道施工的影响进行了分析,重点介绍了地质雷达在隧道地质勘探中的关键作用,以及数值模拟技术在解决复杂地质问题中的优势。在理论层面,着重阐述了地质雷达的基本原理以及数据处理方法,并通过运用gprMax软件设计实验,研究尺寸因素对目标体的影响。结合湖南永州紫金山3号隧道工程项目的案例,使用地质雷达采集数据并验证了数值模拟的结果。在这一实例中,有效地应用了地质雷达技术,预测了隧道掘进面前的断层破碎区及其断层位移,这为工程操作提供了重要的指引和帮助。这些发现不仅深化了大家对地质雷达在隧道勘探中应用的认识,同时也为复杂地质环境下的隧道工程施工提供了实际可行的预警和探测手段。

基于地质雷达的巷道松动圈探测图像优化分析及支护改进

以河北中关铁矿井下巷道为工程背景,开展松动圈探测及图像处理优化分析及支护改进。首先依据雷达探测原理,提出了针对金属矿山井下巷道的松动圈探测方案,并优化了雷达探测图像处理方法;然后对探测结果进行了详细分析,讨论了不同岩性及不同埋深水平对巷道松动圈范围的影响。研究结果表明:采用探地雷达可以有效测得井下巷道松动圈范围,中关铁矿井下巷道松动圈分布复杂多变,巷道岩性越差,埋深越大,松动圈范围越大,反之亦然。依据松动圈范围和锚杆作用机理,在岩性较差的围岩段,松动圈厚度范围超过2.5 m,应优化支护方案采用长度更长的锚杆并加密锚杆间距。

基于高次时频谱特征的LPI雷达信号识别

针对传统LPI雷达信号识别算法在低信噪比下识别率较低的问题,提出了一种基于高次时频特征的雷达信号识别算法。利用时频变换得到雷达信号的时频分布,时频谱做幂次化计算得到信号的高次时频图像,提取时频图像的灰度梯度共生矩阵和伪Zernike特征并组成联合特征向量,通过支持向量机实现雷达信号的分类识别。实验结果表明:在信噪比为−6 dB时,所提算法对8种典型雷达信号的整体识别准确率能达到95%以上。

激光雷达反演森林冠层参数研究进展

森林是地球生态系统的重要组成部分,森林冠层生物物理参数表征冠层结构特征,森林结构多样性支持着森林生态系统的稳定和生物多样性,因此准确估算冠层结构参数对监测森林生态系统的变化至关重要。激光雷达(Light Detection and Ranging,LiDAR)作为一种快速发展的主动遥感技术,已成功应用于冠层参数的反演。本文总结了激光雷达在植被遥感中的应用,重点介绍了在冠层生物物理参数提取中的应用,对比分析了不同平台(地基、机载和星载)激光雷达提取参数的方法。结果表明:①地基激光雷达(Terrestrial laser scanner,TLS)、机载激光雷达(Aerial laser scanner,ALS)和星载激光雷达(Spaceborne laser scanner,SLS)3种激光雷达在生物物理参数的反演中各有其适用范围,其中,TLS适用于局部区域的精细结构研究,ALS适用于中等面积森林监测,SLS适用于全球尺度变化监测。②在叶面积指数(leaf area index,LAI)反演中,TLS提供了样地内LAI的精确分布,ALS提供多尺度LAI估计,SLS可以反演全球尺度的LAI。而在消光系数和聚集度指数(clumping index,CI)的反演中,TLS反演精度高、效率高,适用于精细结构研究;而ALS数据可反演大范围CI及消光系数。③激光雷达为森林结构多样性研究提供了强有力的工具,通过精确估算表征冠层结构特征的各类参数,有助于更好开展森林生物多样性的动态监测。鉴于此,对激光雷达未来发展方向提出展望,建议进一步融合TLS、ALS、SLS数据,优化反演算法,提高大范围和复杂地形条件下的参数反演精度,为生态学研究和森林管理提供更准确的数据支持。

基于地基激光雷达人工蒙古栎削度-二元材积方程的构建

为提高干形复杂树种材积无损估算的精度,利用地基激光雷达点云数据,构建基于人工蒙古栎最优削度模型的二元材积方程。以哈尔滨市城市林业示范基地的蒙古栎人工林为研究对象,使用地基激光雷达扫描获得完整点云数据,经过裁剪、高程归一化、滤波、单木分割和枝叶分离等处理提取树干结构参数。根据蒙古栎干形特征,选用6种削度方程模型(Biging(1984)、Amidon(1984)、孟宪宇(1982)、Kozak(2004)-Ⅱ、曾伟生等(1997)、Max and Burkhart(1976)),通过非线性回归拟合,筛选最优模型并构建削度-二元材积方程。研究结果表明,单木定位识别精度为95.22%,树高和胸径的提取值与实测值决定系数(R2)分别为0.97和0.98;最优削度模型拟合结果的决定系数(R^(2))和均方根误差(RMSE)分别为0.99和0.38 cm。所构建的蒙古栎削度-二元材积方程与现有材积计算方法进行残差分析表明,其估算结果具备可靠性,可为利用地基激光雷达点云数据估算干形复杂的树种材积提供重要技术支持。

一种联合泰勒展开与最小二乘的运动目标被动雷达质心定位算法

针对两步加权最小二乘(two stage weighted least squares,TSWLS)算法在复杂场景下对运动辐射源定位不精确、观测站位置和目标位置的几何关系与精度相关的问题,提出一种基于泰勒展开与两步加权最小二乘联合的运动目标被动雷达质心无源定位算法。该方法首先利用两步加权最小二乘算法求解目标的位置与速度;再将所获得的目标参数作为泰勒展开的初始值构造定位误差方程,并通过迭代对目标寻优求解;最后利用联合算法和两步加权最小二乘算法分别获得估计值,对两次估计值进行质心定位得到最终结果。仿真实验表明,无论目标处于高速还是低速状态下,相较于传统的两步加权最小二乘算法和加权最小二乘(weighted least squares,WLS)算法,本文所提算法在鲁棒性和定位精度方面均有较大提高,且降低了观测站位置和目标位置几何关系对定位精度的影响。

机电扫描雷达波束指向控制方法

相控阵雷达配备伺服机构,可显著扩大雷达的作用空域范围。当伺服机构带动天线阵面在全空域工作时,需要电扫系统配合完成波束指向控制。在机扫、电扫相结合阵面的波束控制、跟踪算法中,为了避免复杂坐标变换,提出了一种由伺服转角、阵面倾斜角、目标方位角和俯仰角计算波束控制码的方法。由该计算方法得出的波束控制码,通过一种快速分布式控制方法,经济高效地控制阵面波束指向。和已有方法对比,该计算方法可以通过机扫参数和目标的雷达站心坐标,直接计算出电扫波束控制码,无需再进行繁琐的坐标变换。另外,快速分布式波束控制方法可以减少控制总线数量和降低阵面复杂度,缩短电扫流水节拍时间。因此,在更短的机扫驻留时间内,可以覆盖该驻留空域中更多的目标,提高雷达系统的效率。

基于祝融号火星车次表层探测雷达的乌托邦平原浅表层结构分析

火星次表层探测对于获取火星历史演化信息、寻找火星可能的生命生存环境至关重要。中国祝融号火星车成功着陆于火星乌托邦平原南部,其携带的火星车次表层探测雷达(RoPeR)能够对着陆区次表层进行高精度探测。基于祝融号RoPeR高频通道数据,开展对乌托邦平原浅表层结构的探测研究,包括:1)祝融号着陆区浅表层结构建模与基于时域有限差分算法(FDTD)的浅表层回波数值模拟;2)祝融号RoPeR高频通道数据处理;3)乌托邦平原浅表层结构解译分析。研究结果验证了祝融号RoPeR的浅表层探测能力:乌托邦平原表层存在10~20 cm厚的固结硬壳,硬壳下为混有不同粒径岩石的松散风化物,推测随着深度增加逐渐过渡到亚马逊纪中期的沉积层序;第101个火星日的雷达图像中出现强回波信号,推测与近期陨石活动有关。