基于AR模型的多普勒散射计回波功率谱估计

当采样点数少或流速较小时,采用周期图法估计的多普勒散射计(Doppler scatterometer,DopSCAT)回波功率谱分辨率低,多普勒频移提取精度低。对此,提出了一种基于自回归(autoregressive,AR)模型的DopSCAT回波功率谱估计方法。该方法为DopSCAT回波信号建立含有未知参数的AR模型,采用赤池信息量准则自适应确定模型的最优阶数;对定阶后的AR模型采用Burg算法计算模型参数,利用得到的AR模型估计回波功率谱;对功率谱进行峰值检测提取多普勒频移计算径向流,采用两个观测方位向的径向流合成得到海面流场。利用OSCAR海流数据进行了回波功率谱估计与海流反演实验。分析结果表明,与周期图法相比,该方法能够显著提高回波功率谱分辨率和多普勒频移的提取精度,进而提高了海流的反演精度。

海洋表面流的高频雷达遥感

解释了利用高频雷达探测海洋表面流的基本原理，简要介绍了新研制的海态监测分析雷达OSMAR的组成及其工作流程，着重分析了利用OSMAR探测北部湾海流的实验结果．

高频地波雷达海洋回波数据采集及其处理

根据线性调频雷达技术理论和 Donald E.Barrick提出 FM/CW雷达信号的处理方法 ,研究雷达数据采集系统的组成和数字信号处理板 (TMS32 0 C5 0和 ADSP2 181DSP)的结构、工作原理 ,以及程序编写 .同时分析了提取海洋表面距离信息的 FFT(Cooley- Tukey)算法、数据结构 .数据采集系统采用流水线工作方式 ,由 DSP硬件和 PC微机组成 .应用 C/C++高级语言和汇编语言混合编程 ,实现了数据的实时采集及处理 。

高频雷达海洋回波谱的数字模拟

根据Ｂａｒｒｉｃｋ导出的一阶和二阶高频雷达海洋回波截面方程，以二阶雷达截面方程为基础，在极坐标条件下，把参与散射的二维海浪波数空间分解为无数一维海浪波数空间之和，与之对应，并将二阶海洋回波谱的模拟转化为固定波数下二阶回波子谱的模拟，再将各二阶回波子谱叠加就得到完整的二阶海洋回波谱．这一算法避免了传统的回波谱模拟过程中需求解非线性方程──等频线方程的麻烦．文中给出的模拟结果与其它模拟算法结果相一致，提出的模拟算法简洁，编程简单，模拟结果的精度容易控制．运算速度大大提高．

MUSIC算法提取海洋表面径向流方位的信号预处理

阐述从高频地波雷达海洋回波反演海洋表面流中 ,使用 MUSIC算法提取径向流方位必须的信号预处理。海洋回波首先经线性调频中断连续波 (FMICW)波形解调 ,分成不同距离元海洋回波。在各通道独立接收的海洋回波谱分析的基础上 ,针对每一距离元进行通道幅度的软件校准。接着从每一距离元合成的海洋回波多普勒功率谱中 ,分离包含海洋表面流信息的一阶谱区 ,再依据“局部噪声阈值扣除法”确定其中的可用信号。最终由 MU SIC算法提取每一可用信号 (其频偏对应径向流速 )的多个存在方位 ,从而获得海洋表面径向流场的完整信息。本文阐述预处理使用的各种算法、效果及实测信号的部分处理结果。

FMICW雷达海洋回波信号频率间断点和频率混叠的处理

根据 Donald E.Barrick提出的线性调频中断连续波 (FMICW)雷达信号处理方法 ,探测海洋表面回波距离、Doppler频移和角度信息 .研究了当使用 FMICW雷达实现天线的收发共用时 ,雷达接收和发送矩形脉冲串两项因素引起的频率混叠 ,以及周期线性调频连续波 (FMCW)存在频率间断点对 Doppler谱的影响 .提出了采用FMICW雷达天线收发共用时 ,处理频率间断点和频率混叠的方法 .利用浙江舟山实验数据进行处理 。

逆式回声测量仪在全球海洋中应用及前景展望

系统总结了逆式回声测量仪(IES)的发展历史,重点介绍了其目前在世界范围内的应用情况,并阐述了CPIES(集成流速和压力传感器的IES)在我国吕宋海峡周边布放的意义及对未来应用的展望。结果表明采取不同的排列方式布放的IES阵列所获取的数据通过结合地转经验模态GEM(gravest empirical mode)以及最优插值方法能够获得观测海区的温度、盐度和流场的三维空间分布特征。基于CPIES的应用,可深入地研究多尺度的海洋动力过程,如内波、内潮和中尺度涡等,对后续大洋环流理论发展、中尺度涡产生和消亡机理、海洋中不同尺度能量串级等具有重要意义。

海洋回波模拟与定标

根据雷达探测的原理 ,利用超声延时线对高频地波雷达射频信号延时一个固定时间的方法 ,实现了对探测目标距离的模拟 .并根据模拟回波信号中包含有相应的多谱勒谱的信息 ,模拟了海流的流速 .该模拟海洋回波信号可以模拟 5 6 .7km距离的雷达回波 ,可以模拟流速为 5 5 ,5 .5 ,2 .75 cm / s的海流 ,解决了高频地波雷达的实验室调测和定标 。

基于声信号海温垂直结构反演试验

目前利用声回波记录反演海洋温度垂直结构的方法中大多以声阻抗剖面作为反演对象,不便于实现声速和密度分离。针对此问题,提出了一种新的反演思路。在优化海温垂直结构参数化表达的基础上,利用遗传算法进行参数寻优,建立了海温垂直结构反演模型,以海温垂直剖面实测数据检验了模型的准确性。结果表明:反演模型能够直接得到温盐垂直结构反演结果,对混合相位信号的回波进行反演时,精度较高,且不需要对信号进行最小相位化处理,较之层剥算法更简便。

地海环境中目标监测的微波遥感信息技术

空对地海目标的监测、识别是用电磁波(可见光、红外、微波、毫米波等)与处于地海环境中的目标相互作用的散射和辐射来获取信息、制导和目标截获的。作为空间遥感信息机理基础的地海环境中电磁散射辐射传输的研究直接在国家安全、军事环境监测、导弹制导、背景中目标识别与跟踪、军事预警、电子对抗等军事高科技中有着十分关键的应用。介绍近年来对于地海环境中目标监测的研究,包括:雷达监测与截获海杂波环境中舰船目标的双站电磁散射数值仿真,弹道导弹寻的雷达目标跟踪时地表散射杂波的模拟与多普勒频移的仿真,SAR图像中船行尾迹对舰船目标的识别,从空间微波遥感SAR,SSM/I等图像数据中反演特定区域的气象等环境特征的研究等。

星载海洋激光雷达测深回波分类方法及验证

基于海洋激光雷达测深回波的时域特性,分析水体散射和海底回波不同特征,以及不同视场下不同回波数据的噪声统计特征,提出一种基于回波时域特征和双视场融合的星载海洋激光雷达测深回波分类方法。针对岛礁区域的机载试验数据分析表明,所提出的回波分类方法可实现99.4%的分类准确率,并且方法处理相对简单,易于实现,能为星载海洋探测激光雷达发展和应用提供有效技术支持。

高频雷达海面回波信号的数字模拟与分析

根据Barrick导出的海面回波的一阶和二阶高频雷达截面方程,结合海浪能量谱,利用等频线方程,模拟出窄波束高频雷达的海面回波多普勒谱,并对模拟结果进行了分析.把接收的高频雷达回波信号和模拟的结果进行对比可以获取海面风场和洋流的部分信息.

基于压缩感知的时域抗射频干扰方法

射频干扰是高频地波雷达中一种不可避免的干扰,在海态探测应用中,会对海洋回波信息的提取造成极大困难。基于射频干扰在原始时域数据上的短时性特征,提出了基于压缩感知的时域抗射频干扰方法。该方法利用少量的无干扰采样数据即可对干扰数据段的海洋回波进行估计,以完成射频干扰抑制。经过仿真和实测数据的检验,射频干扰被完全抑制且海洋回波保持完好,表明该方法对射频干扰有良好的抑制效果。

回声状态网络下海洋多目标跟踪控制系统研究

针对传统海洋多目标跟踪控制系统跟踪速度慢的问题,设计一种基于回声状态网络的海洋多目标跟踪控制系统。选用PMI1201C D/C卡,插在兼容的计算机卡槽中,进行海洋多目标的数据探测,并通过安装多通道信号调理卡,实时改变滤波器截止频率。利用目标检测算法,选择海洋多目标控制区域,并对目标中心位置进行计算,得到目标状态估计结果,确认目标轨迹,实现基于回声状态网络的海洋多目标控制。仿真实验结果表明,该系统设计在进行目标控制时,速度较传统速度高出了22.78%,符合理想的海洋多目标控制要求。

日本海西南海域现场观测和卫星高度计获取的海面高度距平的比较研究

压力传感逆式回声仪(pressure-sensor-equipped inverted echo sounders,PIES)可以用来测量海底压力和声波从海底到海面的传播时间。海底压力和声波传播时间分别被用来估计水体质量变化(正压)和比容变化(斜压)对海面高度距平的贡献。对由PIES在日本海西南海域现场观测数据得到的海面高度距平(PIES SLA)与卫星高度计海面高度距平(Sat SLA)进行了比较研究。利用相关分析法,对PIES SLA和沿轨T/P卫星、沿轨ERS-2卫星测得的海面高度距平(TP SLA、ERS-2 SLA)进行了比较;对PIES SLA和AVISO网格化海面高度距平进行了比较,估计可能的误差来源,并分析PIES SLA正压部分和斜压部分对SLA的贡献。比较发现,PIES SLA和Sat SLA的相关系数较高,且均方根误差较小,并且对特定区域和特定站点产生误差可能的原因进行了进一步的探讨。通过研究,有以下结论:(1)相对于湾流和黑潮地区,这一区域正压部分对海面高度的贡献相对较大;(2)如果再考虑斜压变化对海面高度的贡献,PIES SLA和Sat SLA相关系数会有所提升;(3)在高能区PIES SLA和Sat SLA相关系数较高,符合得相对比较好。总的来说,在日本海地区,PIES SLA和Sat SLA相关系数较高,具有较高的一致性,能为我国海洋二号(HY-2)等卫星高度计的校验提供一种可靠的方式。该研究对于PIES的研发和设计以及对于PIES的布放位置的选择都有一定的借鉴意义。

2005年12月山东半岛暴雪成因及多尺度信息特征

利用常规天气资料、地面加密观测资料、卫星云图资料和多普勒雷达产品,对2005年12月山东半岛特大雪灾作了综合分析。研究表明,这次的冷流降雪归因于前期气温和海温偏高、冷空气势力偏强引起的海陆温差大、半岛北面临海的丘陵地形以及海岸锋等因素,地面自动站、雷达、卫星等多种尺度的特征信息清楚地揭示了其结构和演变。利用改进的简化伴随模式,对12月6日的烟台单站多普勒雷达资料进行了三维风场反演,结果表明,海陆热力差异和山脉对于向岸风的摩擦辐合作用形成了中尺度海岸锋,它引起了低层浅对流的产生。高空补充弱冷空气和降雪的潜热释放进一步激发了垂直上升运动,使对流活动发展加强,引起强降雪。当高空弱冷空气引起的系统性辐合上升运动与低层海岸线附近的海岸锋引起的中尺度辐合上升运动叠加时,降雪特别强烈。

多波束测深技术在洋中脊构造地貌解译中的应用

多波束测深技术在国际上是海洋科学研究、海底资源开发和海洋工程建设中的重要技术手段。基于对国内外多波束地形数据的广泛调研,对洋中脊附近洋底构造地貌形态进行分析研究。文中利用不同扩张速率洋中脊附近的50 m分辨率的多波束地形数据,基于数字地形空间分析方法,利用不同滑动窗口和阈值自动识别来提取洋中脊附近地形面的最大、最小曲率以及坡度,并以此对洋中脊进行构造解译。对中大西洋洋中脊和东太平洋洋隆两个实验结果的定量分析表明,基于地形曲面曲率和坡度的洋中脊构造解译方法是有效且可行的,其结果为洋中脊构造样式解译提供重要参考。但是相比之下,50 m分辨率下慢速扩张洋中脊的应用效果要明显好于快速扩张洋中脊,这可能与不同扩张速率的断层尺寸及发育规律有关。

高频超视距雷达海面回波多普勒谱仿真与分析

海面回波多普勒谱的特性是研究高频雷达目标检测与海态遥感应用的理论基础。本文根据Barrick等人提出的一阶、二阶海面回波散射截面积方程，研究了海面回波谱的形成机理，并通过仿真试验分析了不同海态和雷达工作参数情况下的海面回波功率谱的特性。仿真结果表明，正、负一阶海面回波功率谱的相对大小受海面风向影响，通过一阶海面回波功率谱的相对大小可以反演海面风向信息；二阶海面回波谱受海面风速的影响，在海态遥感中可用于提取海面风速信息。但是，海态或雷达工作频率的增加将会引起二阶海面回波谱能量的增强，进而影响高频雷达的目标检测性能。

复杂海洋环境下运动目标回波信号建模及仿真

面向现代海战场智能化、无人化、网络化的发展趋势,UUV承担着重要任务和使命。由于UUV工作环境复杂、干扰因素较多,传统回波信号仿真中自由场假设将不再适用。针对UUV等高动态目标实时探测问题,探讨了复杂海洋环境下的目标回波建模方法,从信号级的角度对浅海多基地声纳主动探测接收信号进行计算机仿真,建立了要素完备、高效可靠的回波模拟信号,模拟了包括环境噪声、海洋混响、信道多途、目标亮点模型、多普勒效应等多个影响因素,可避免数值积分方法无法实时预报的缺点和传统自由场假设无法刻画复杂海洋环境的缺点,为复杂海战场下UUV的远距离探测提供一定的参考。

海浪图象的信息提取及海杂波的抑制技术

本文在论述海洋波浪及海杂波的基本特性与数学描述的基础上,提供了用计算机对合成孔径雷达(SAR)获得的海浪图象信息提取的方法及笔者在科研实践中探索过的雷达系统对海杂波的若干已取得实效的抑制技术。