超宽带TEM喇叭天线优化设计与实验

针对用于成像雷达系统的超宽带TEM喇叭天线进行了优化设计,兼顾辐射性能、馈入反射和小尺寸条件,采用平滑渐变结构和加载技术代替原设计,增加了低频电流的回流通道,从而改善了天线的低频特性,增强了其定向辐射能力。在理论分析的基础上对其进行了仿真,并按照仿真结果实际制作了一副天线,对天线进行了测试。仿真与实测结果表明：在电压驻波系数小于2时,该天线具有11∶1的阻抗带宽,较强的辐射能力和良好的定性辐射特性,能够满足雷达系统的需求。     

直线终端金属细线天线特性的数值及实验分析

该文对一种直线终端金属线状结构的天线相关特性进行了分析,对天线在自由空间的辐射特性、辐射有效区以及电压驻波比(VSWR)用时域有限差分方法(FDTD)进行了分析,同时进行实际测试;研究了终端阻抗、介质介电常数、天线张角和距地面高度的变化对天线特性的影响,对在不同调制频率下的近场分布特性进行了仿真。结果表明,仿真和测试结果基本一致,该种类型天线比常规bow-tie天线对测试环境变化的适应能力更强。     

一种数字式高精度测速应答机设计

针对航天测控对应答机高精度、小型化、高可靠性的需求,采用基于大容量现场可编程门阵列平台的全数字模式,并结合直接数字频率合成器、相参转发技术,设计并研制了三通道全相参转发体制的应答机。测试结果表明,较传统应答机,该应答机结构尺寸压缩了40%以上,测速精度提升了2倍左右,达到了mm/s级。该研究成果已应用于后续型号高精度测控系统建设中,具有良好的推广应用价值。     

地磁背景下基于传感器阵列的磁偶极子目标跟踪方法

针对地磁背景下磁偶极子目标跟踪过程中存在的地磁干扰与模型非线性的问题,该文提出一种基于差量磁异常的蒙特卡洛卡尔曼滤波(MCKF)跟踪方法。新的跟踪方法以传感器阵列测量磁场的差量作为观测信号,并利用蒙特卡洛卡尔曼滤波算法解决模型的非线性问题,实现磁偶极子目标的实时跟踪。通过仿真跟踪实验,结果表明该文算法较传统的扩展或无迹卡尔曼滤波算法在稳定跟踪过程中对目标特征参数的估计更精确;通过地磁背景跟踪实验,结果验证了该文算法较传统算法在低信噪比下的性能优势。

     

超短基线电磁脉冲阵在电磁辐射源测向中的应用

为提高电磁辐射源的定位精度,该文提出一种利用光纤方式同步的超短基线电磁探测阵列(CASMA)。该阵列包括5个电磁探测站和1个控制中心,阵元间距约为1 km(基线长度与波长的比值约为0.1),同步精度可达10 ns。CASMA用来测量20～70 kHz长波发射电台的垂直电场信号,并利用低频电磁干涉成像算法计算发射电台的方位角。通过实验对比可以发现,估计的发射台方位角与真实发射台方位角之间的误差小于0.2°,远远优于传统的波达角估计方法。因此,CASMA对电磁辐射源具有很高的测向精度。根据实验结果,在2500 km范围内,若两CASMA电磁探测阵对电磁辐射源进行交汇定位,定位精度预期可达0.5%·R(R为探测距离)。

     

一种改进型的基于Stokes一阶波的海浪磁场模型

海洋磁场测量是海洋科学观测、海底资源勘探、国防安全等领域的基本手段之一。研究海浪等海水运动的磁场噪声机理、预测模型及抑制方法对于提高海洋磁测精度具有重要的意义。该文在分析一阶Stokes波浪运动方程的基础上,提出一种改进型的海浪磁场模型,并推导出深海和浅海条件下的简化公式。为了验证模型的有效性,在2015年第15号台风天鹅过境期间,对我国南海某海域的海洋环境磁场进行了观测,并将该文模型和经典的Weaver模型分别与测试结果进行了对比。结果表明,该文提出的改进型模型能够更加准确地预测海浪磁场大小,预测精度比Weaver模型提高了近一个量级,可为海洋磁场测量的噪声抑制提供一种更加有效的工具。     

航磁全轴总场梯度系统补偿算法研究

航空磁法勘探是一种高效、便捷的地球物理勘探方法。使用多个光泵磁力仪实现全轴梯度测量是航空磁法勘探中的一种重要手段。该文针对无人机飞行平台设计了一种航磁全轴总场梯度测量系统,并提出使用前馈网络的方法来实现航磁数据的补偿。系统通过4个光泵磁力仪获得全轴总场梯度数据,经过前馈网络实现数据补偿后,全轴总场梯度数据补偿质量的提升比分别为15.2, 4.7和5.9,数据峰值信噪比的提升分别为17.1 dB, 6.5 dB和6.5 dB,交叉标定系数表明前馈网络具有很好的泛化性能。实验结果验证了该文采用的全轴梯度系统和数据补偿方法的正确性和有效性,能够有效地应用于高精度航磁勘探领域。     

伪随机序列编码脉冲信号在探地雷达中的应用研究

超宽带编码雷达探测地下介质时,回波信号不可避免地受到噪声影响,这会对数据解释带来一定困难. 频率-波数（f-k）滤波方法可以有效滤除部分噪声,但其对高频段的滤波效果欠佳. 针对此问题,本文提出一种改进的f-k滤波方法,即根据频率和波数的分布情况,设置不同的视速度阈值进行分段处理,提高高频段的视速度阈值,有效滤除了高频段的噪声. 实验结果表明,经本文方法处理后的图像熵较传统方法处理后的图像熵减小了6%,具有良好的噪声抑制效果.

     

一种基于高维频率拟合技术的恒虚警穿墙雷达目标定位算法

针对连续波穿墙雷达在检测过程中可能出现的高虚警及频率模糊区域内的目标丢失问题,该文提出了一种基于高维频率拟合技术的恒虚警目标定位算法。该算法首先根据恒虚警检测技术实时调节系统噪声阈值,抑制虚假目标的产生,然后利用2维拟合处理实现不同目标分量的初步识别和参数估计,最后结合检测的实际需求,通过自适应频率拟合算法对分离的各分量进行高维度的参数修正,并给出目标准确的定位结果。实验结果证明该算法能有效去除检测过程中的虚假目标,在不增加硬件复杂度的前提下,提高系统对不同探测环境的适应能力,并能在频率模糊区域内准确识别和定位多个目标。     

超宽带穿墙雷达天线阵列配置分析及运动人体跟踪成像算法

近场区域的非接触式穿墙条件下运动人体的实时跟踪成像探测是超宽带雷达在火灾救援、安全保卫、城市巷战以及人身安全等方面的一个重要应用。该文基于超宽带短脉冲穿墙雷达,推导分析一种MIMO阵列排列方式,并在修正的Kirchhoff算法基础上引出简单适用的成像步骤应用于慢速运动人体的跟踪探测中,给出5 Hz的图像更新速率从而实现实时成像。仿真结果验证了新的MIMO阵列排列方式的有效性,并为穿墙雷达系统研制提供了依据。实验结果说明该文提出的成像步骤具有可行性,能够有效地实现墙后运动人体的实时成像,跟踪滤波处理后,可以获得较为理想的目标运动轨迹。