合成孔径雷达高分辨率成像虚拟仿真实验平台设计

合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)系统组成复杂,搭载于飞机、卫星等运动平台上才可实现数据获取,难以开展基于SAR雷达实物的实验教学。为解决此问题,设计并搭建了SAR高分辨率成像虚拟仿真实验平台。该虚拟仿真实验平台将系统设计技术、实验设计技术、数据采集过程、信号处理技术、图像评估技术等SAR实验的完整流程进行了高展示度、高保真度、高交互性的计算机模拟。一方面,该虚拟仿真实验可以帮助学生理解SAR设计、工作和应用的流程,巩固相关课程基础知识,激发学习雷达信号处理知识的兴趣;另一方面,可以考查学生对相关知识的综合应用能力,增强学生解决实际问题的技能。该仿真平台已成功应用于虚拟仿真教学课程实践,教学效果良好,对培养新工科技术型人才具有重要意义。

基于激光雷达的自主移动机器人实验教学平台设计

为培养高素质复合型的“新工科”人才,满足相关课程的实验教学需求,设计了基于激光雷达的自主移动机器人实验教学平台。平台涉及机械设计、机器人操作系统开发、同时定位与地图构建(SLAM)、路径规划等相关理论知识。利用平台开发了Rviz可视化界面、SLAM仿真、室外建图、路径规划等实验项目。实验结果表明,自主移动机器人软硬件系统的基本性能良好,相关SLAM算法、路径规划方法具有可行性。通过该平台开展实验教学,可以显著提升学生解决工程实际问题能力和创新实践能力。

基于探地雷达的隧道衬砌空洞检测方法

隧道衬砌内部空洞等病害检测已经成为隧道检修人员的主要工作之一。本文提出一种将探地雷达与深度学习相结合的隧道衬砌空洞检测方法,通过雷达探测和仿真模拟,得到大量衬砌雷达图像,并对图像进行标注和制作数据集。基于YOLOv5(You Only Look Once version 5)目标检测模型,结合数据集目标特征,提出一种检测衬砌空洞的算法,引入特征融合模块提高网络感受野,并采用K-means聚类算法提高检测准确率。通过现场检测,本文的检测方法准确率达到了97.7%,准确可靠,可在工程中进行应用。

某型雷达天线座旋变轴弯曲故障分析

研究对象为机械扫描的多普勒体制机载雷达,采用平板裂缝天线和伺服传动系统实现雷达的波束扫描。天线座是伺服传动系统的关键组成部分。该型天线座已稳定生产多批次,工艺变更后进行了试生产,首件在随机振动验证试验中出现了方位旋变轴弯曲故障。在分析天线座组成和工作原理的基础上,通过开展仿真分析和试验验证,给出了故障产生的原因和机理,并采取了针对性的改进措施,有效地确保了后续批产天线座的质量稳定,对同类工程问题具有重要的参考价值。

雷达伺服系统教学实验平台的探索与实践

为了让学生更直观地了解现代雷达操作系统,帮助学生掌握雷达伺服技术,设计并实现了一款新型雷达伺服系统教学实验平台。该实验平台主要包括雷达方位转台、伺服控制箱与控制计算机模块,该实验平台不仅涉及雷达伺服系统的工作原理,还融合了电子电路、C语言、控制器等方面的技术。该实验平台紧跟军校学生的任职岗位要求,能够承担雷达工程专业的主要实验项目,具有适应性强、可靠性高以及成本低的特点。

基于FMCW毫米波雷达的人体生命体征检测实验设计

利用线性调频连续(FMCW)毫米波雷达设计人体生命体征检测教学实验。基于FMCW毫米波雷达采集多个人体目标回波数据;采用快时间维快速傅里叶变换和Capon算法生成距离角度图;利用线性约束最小方差准则进行数字波束形成,提取各个目标所对应的慢时间维信号,使用改进的微分交叉相乘算法完成相位信号的提取;结合差分增强处理和带通滤波器实现对呼吸和心跳频率的估计,完成对多目标生命体征检测。有助于学生对雷达系统工作基本原理和信号处理方法的理解,提高雷达原理课程的教学效果。

超宽带穿墙雷达成像技术研究

文中详细介绍了超宽带穿墙雷达试验系统及其数据处理技术。针对试验系统中基于延时-求和波束形成方法的传统超宽带成像算法目标分辨率低、容易产生误判的缺点,引入最小方差无畸变响应波束加权及相关因子加权,优化成像算法,并应用于墙后隐藏目标的检测、成像试验。外场试验表明,应用优化后的成像算法,系统能对未知场景中的目标给予准确定位,目标杂波比改善了9.41 dB。

雷达信号处理教学实验系统的研制

采用软件和硬件相结合的方法,构建以FPGA为核心的信号处理系统,模拟雷达中频信号处理的工作过程,同时在上位机(PC)仿真雷达显控终端的工作情况。为学生深入学习和掌握雷达工作原理提供实践环境,为雷达信号处理技术的研究、应用提供实验平台。

黄河河道冰层雷达波特征图谱的现场实验研究

2013年-2014年冬季,利用RIS K2型探地雷达在内蒙古头道拐水文站黄河河道断面开展冰层厚度探测试验。试验使用不同频率天线探测冰厚,并与钻孔实测冰厚对比。结果显示200 MHz频率天线可探测到冰下更深部位的状况,并能够识别出冰花层。利用雷达探测图谱中电磁波传播时间和实测冰厚得到盛冰期雷达电磁波在冰内的实际传播速度为16.3cm/ns;而融化期雷达电磁波在冰内的实际传播速度小于15.0cm/ns。雷达探测结果还显示垂直于河道断面方向的冰层厚度分布不均匀。主流区是以热力学生长的颗粒冰和柱状冰为主,最大冰厚约为60cm;而非主流区是以冰花冰为主,最大冰厚约为70cm。另外,雷达图谱也可以确定冰层裂缝的具体位置、走向。

探地雷达在海塘堤脚淘空损伤检测中的应用试验及分析

本文在简要介绍探地雷达方法原理的基础上,详细分析了浙江某海塘堤脚沉井防冲结构及其相关介质的物理性质和空间分布特点,从而指出了堤脚淘空损伤雷达检测的基本可行性及复杂性.最后通过笔者实际参与的雷达检测试验和综合分析表明,采用雷达检测可指出淘空损伤现象存在的可能性及大致位置和范围,而难以断定损伤的性质及尺寸.

雷达原理实验教学

针对雷达原理实验课程的特点和学员能力培养的需要,总结了构建雷达原理实验教学新体系,改革雷达原理实验教学方法,加强雷达原理实验室建设的做法和体会。

FMCW雷达综合创新性实验教学系统设计与实现

为全面提高实践教学的质量,设计出一套低成本的FMCW雷达近程测距实验教学系统。该系统包括直流供电模块、信号调制模块、中频放大及滤波模块、射频模块和雷达信号处理模块,涵盖低频电路、射频电路、微波天线、信号与系统、数字信号处理等多门课程知识。该系统工作在ISM开放频段2.45GHz,采用模块化设计思路,每个模块都可单独进行测试和调试。给出了系统的基本原理和实验教学方法,学生可以综合运用多门课程的知识来进行系统模块设计,并代入系统进行工程验证。该综合创新性实验教学系统便携性强、简单实用,易于培养学生的创新精神和综合能力,满足了教学与科研的需要。

闽北地区边界层移动风廓线雷达对比试验评估

为了更好地把握风廓线雷达的探测性能和数据精度,对移动风廓线雷达与L波段探空雷达资料进行对比统计分析,结果表明:移动风廓线雷达的有效数据获取率达到80%的高度为3500 m,符合边界层风廓线雷达的有效探测高度。移动风廓线的径向速度平均差和标准差随着高度的增加而增加,东西方向的径向速度误差比南北方向的高约0.5-1.0 m/s。风廓线雷达自身数据的准确性良好,但是降雨对数据的准确性影响比较大。这次对比试验结果表明,对比试验应该选择比较平稳的天气过程。由于秋冬季节大气环流比较稳定,降雨类型多为层状云降雨,因而风廓线雷达数据可靠性高;对流性降雨过程往往造成风廓线雷达资料可靠性降低。

雷达可靠性设计与试验验证

随着科学技术的发展,系统可靠性越来越受到重视,雷达作为一个大规模的电子产品,性能日益提高、功能日益全面,设备集成度越来越高,结构越来越复杂,导致影响雷达可靠性的因素越来越多。从优选高可靠器材、降额设计、简化设计、冗余设计等提高雷达系统可靠性的设计措施出发,并在此基础上分析了可靠性设计的步骤以及试验验证计算,对提高雷达系统可靠性设计水平、合理安排验证可靠性达到指标的试验项目都具有一定的参考意义,充分保证了雷达的设计性能的发挥,降低雷达的使用成本。

大气波导对雷达异常探测影响的评估与试验分析

针对海洋大气波导环境对雷达性能影响的定量评估问题,本文建立的方法将对流层大气中电波传播的抛物型数值方程模式与雷达接收机理论结合起来,通过对雷达电磁波在实际波导环境下的传播损失分布规律进行阈化处理来分析雷达的最大探测距离特征.雷达探测评估的仿真数据显示,该方法能够较方便地评估雷达在大气波导环境下所具有的超视距探测等异常特征,该方法应用于某海域的试验分析中,评估的结果与实际雷达探测效果较为一致,验证了方法的实用性及大气波导环境下雷达的异常探测能力.

DInSAR技术在成昆铁路复线路基及边坡垂直变形监测中的应用

针对常规铁路路基及边坡垂直变形监测技术效率较低、局限性较大的问题,本文将合成孔径雷达差分干涉测量(Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar,DInSAR)技术引入铁路路基及边坡的垂直变形监测中。以成昆(成都-昆明)铁路复线越西段一处(R1区域)路基及边坡为依托,利用4期ALOS-2卫星PALSAR-2高分辨率合成孔径雷达影像,研究DInSAR技术在路基及边坡监测中应用的可行性。结果表明:在监测的126 d内,R1区域地表垂直变形速率为0.12^-0.13 mm/d;以水准测量监测结果为真值,经误差分析得出DInSAR监测中误差为7.57 mm;在污水处理厂的应用实践证明,雷达影像与高分辨率遥感影像、无人机影像等光学影像的互补使用是解决铁路工程领域监测问题的有效途径;DInSAR监测得到的点(像元)密度远大于水准点的密度,能更好地反映区域性地表变形的细节特征。

基于DSP+FPGA的信号处理实验系统研制

本文利用DSP+FPGA技术,研制了一种信号处理实验系统,实现了滤波、MTI、求模、恒虚警等各种信号处理算法,对算法的实时性、效果进行了验证和分析,可对各种算法的工程应用价值进行客观评估,已作为实验室专用设备用于雷达、水声信号处理有关算法的验证和分析。该系统由DSP、FPGA、双路高速A/D和D/A等构成,可对串行、并行输入的信号进行处理,处理后的信号可以以串行、并行方式输出。本文对系统的硬件、软件结构和有关实验结果进行了介绍。

空间目标双基地雷达ISAR成像技术研究

由于双基地雷达在复杂电磁环境中的独特优势,日益成为现代雷达研究的热点之一。通过构建双基地雷达系统,开展空间目标双基地ISAR成像技术研究对空间监视、探测识别等技术有非常重要的战略意义。通过对双基地雷达的工作原理、ISAR成像原理、系统关键参数等分析计算,实现了双基地ISAR成像系统设计,并利用现有系统构建了双基地雷达,开展双基地ISAR成像技术研究,利用实际试验数据进行了技术验证,结果表明双基地雷达ISAR对空间目标成像的可行性及其系统成像效果的良好性。

雷达抗欺骗式干扰信号特征提取方法

欺骗式干扰由于与雷达回波特征相近,对军用雷达造成严重威胁,迫切需要研究雷达抗欺骗式干扰新方法。为了分析提取欺骗式干扰和目标回波信号之间的不同特征,从而实现雷达抗欺骗式干扰,该文通过对欺骗式干扰和目标回波数学模型进行分析和仿真,比较了欺骗式干扰和目标回波在幅度起伏、高阶累积量和双谱特征方面的不同特征;并提出了特征提取方法,定义3组特征因子,构建了抗欺骗式干扰特征参数集。通过仿真和外场试验的数据对部分特征进行了验证。

一种认知电子战雷达对抗教学训练系统

电子战的迅猛发展使得原有基于手控干扰的雷达对抗训练方式难以完全满足实战教学训练的需求。对此,提出并实现了一种新的、基于认知电子战的雷达对抗训练系统实验方案。该系统由雷达/雷达模拟子系统、干扰子系统和干扰评估子系统3部分构成,其中,干扰子系统在不同干扰模式间切换,干扰评估子系统通过机器学习和人工智能的方法可针对干扰模式进行迭代处理并形成最优干扰策略表,雷达/雷达模拟子系统则形成相应的电磁对抗环境仿真。室内仿真测试和室外真实应用环境测试结果均表明,该系统可有效提高雷达对抗训练的有效性和真实性,大大激发了学生对雷达对抗训练的学习兴趣。