雷达技术范文

雷达技术范文（精选12篇）

雷达技术 第1篇

1 系统设计方案

系统主要包括DSP、FPGA、FLASH、A/D几个部分, 如图1所示。其中DSP+FPGA+FLASH组成了测向模块, DSP+FPGA+A/D组成了微波前端控制模块。DSP负责计算目标的角度, 产生微波前端控制信号。FPGA主要完成读取从接口芯片送来的各种信号并锁存, 以备DSP的使用, 同时将DSP产生的控制信号通过接口芯片送出及产生DSP中断等任务。本文将详细介绍系统各功能模块的原理及实现。

2 芯片选择

2.1 DSP

根据系统实时性及可靠性的要求, 选择TI公司的TMS320C6416芯片。TMS320C64X为定点数字信号处理器, 它的主频高达1.1GHz, DSP内核采用超长指令字 (VLIW) 体系结构, 有8个并行的处理单元, 64个32位通用寄存器, 一个时钟周期可同时执行8条32位指令, 运算能力可达到 4800MIPS (每秒百万条指令) 。存储器采用两级缓存结构 (L1, L2) , 有2个扩展存储器接口 (EMIF) , 其EDMA可以提供64条独立的DMA通道。

2.2 FPGA

FPGA选用了Altera公司的APEX系列EP20K200芯片。它具有集成度高, 低功耗设计等特点, 采用核心电压2.5V、I/O电压3.3V的双电压体系, 与多种接口标准兼容。供电系统与DSP供电系统分开, 方便DSP与FPGA的单独调试。FPGA在掉电后配置信息将丢失, 每次系统上电都要重新加载配置数据, 系统选用EPC4对其进行配置。FPGA的引入大大减小了电路板的体积, 而且使用方便灵活, 便于改进。

2.3 FLASH

本系统选用了两片FLASH, AM29LV040B和AM29LV160B。AM29LV040B作为DSP的外部程序存储器, 存储各种中断的服务程序, 在DSP复位时, 从该存储器进行程序加载。AM29LV160B作为DSP的外部数据存储器, 存储在计算角度时要用到的相位和频率—角度对应表格。

2.4 A/D

AD9058是ADI公司推出的一种双通道、高性能8bit模—数转换器 (ADC) 。采样时钟频率可达50MSPS, 采样控制脉冲由FPGA给出。其独特的结构参考电压, 能驱动两片ADC。它速度快, 单脉冲采样, 适合实时性信号处理的需要。

3 系统功能原理与实现

3.1 测向原理与实现

3.1.1 测向原理

根据雷达信号的特点, 系统采用单脉冲测向法中的相位测向法进行测向。相位测向法是将系统前端的两个天线接收到的信号的相位加以比较来确定目标在一个坐标平面内的方向。假设在遥远的区域内, 两个天线都照射着同一空间范围。区域内的目标可看作是点目标, 其辐射的信号实际上是振幅相同, 相位不同。

图2表示了两个间距为L的天线。两个天线连线的中垂线即为等强信号方向, 设目标观测线与此垂线之间的夹角为θ, 则, 天线1同目标之间的距离R1为:

天线2同目标之间的距离R2为:

目标到两天线的距离差Δφ为:

由此可求得相位差Δφ为:

由此可得目标在这个坐标平面内的偏角

其中, λ为信号的波长, f为信号频率。

3.1.2 测向功能的实现

测向模块由DSP+FPGA+FLASH组成。系统通过接口芯片从外部处理器接收相位码和载频码, 在特定的时间将其锁存在FPGA中, 同时产生中断信号, 通知DSP信息已经就位, 等待读取。DSP接到外部的中断信号后, 暂停当前的工作, 将锁存在FPGA中的相位码和载频码读取过来。由于雷达信号比较密集, 中断响应很频繁, 要求中断程序快速地进行处理, 如果直接在程序中计算, 容易出错, 所以采用查表法实现角度计算。根据公式 (5) , 将角度与相位和载频一一对应的制成表格, 事先存放在数据FLSAH中, 在中断处理时, 只需根据相位和载频, 将角度值读出来即可。这样大大地缩短了中断处理的时间, 提高的系统的可靠性。

3.1.3 测角误差

测角精度是测角的准确程度, 是关键的性能指标, 关系到ARM的命中概率。相位测向法中的主要测角误差是因为两个测角信道失衡造成的。由于两个信道所用的器件不可能完全相同, 材料、性能指标、工作参数等存在一定的差异, 这样信号通过这两个信道所受到的影响也相应的存在差异, 从而引起了测角误差。

3.1.4 解决方案

既然测角误差是由于两个测角信道失衡造成, 那么要消除误差就要消除信道差异对角度计算的影响。系统采用实时相位校正的方法来改善信道的不平衡性。用标准信号源提供的信号作为校准信号来检测信号的不平衡误差, 在脉冲所测的相位差中减去校准时的数据即可。这样就可以实时地消除信道失衡引起的误差。

3.2 微波前端控制

3.2.1 信道选择控制

由以上可知, 单脉冲测向原理就在于用两个以上的独立支路同时接收目标信号, 然后将这些信号加以比较以得到角度信息。为了确定目标的角度, 系统需要测得方位面和俯仰面的两个角度信息, 通常要在方位面和俯仰面两个平面各采用两个独立的接收支路接收雷达信号。考虑到微波前端的尺寸问题, 系统设计的测角信道只有两路, 为了满足两个平面的需求, 系统采用了信道选择开关, 在一个雷达脉冲信号期间对信道进行时分复用。

如图3所示, 开关常态为‘0’ 状态, 表示此时与俯仰面的天线相连。当脉冲信号到来时, 脉冲的上升沿触发开关打到‘1’状态, 即与方位面的天线相连, 此时系统进行方位面角度的计算, 持续时间T1后, 开关返回‘0’ 状态, 系统进行俯仰面角度的计算。此部分功能在FPGA中实现。

3.2.2 PIN (脉冲幅度) 控制

为了使进入系统的雷达信号强度不超过系统的承受能力, 确保系统正常工作以及准确地消除测角误差, 系统分别采用6bit和5bit的控制线来控制信道PIN衰减和标准信号源PIN衰减。将由外部接口送入的两路DLVA信号分别送入A/D9058进行采样, FPGA产生A/D使能信号, 同时将采样的雷达脉冲幅度信号进行多次累加平均, 得到更加准确的脉冲幅度信号。DSP从FPGA中读取幅度信号, 根据幅度值调整信道PIN和标准信号源PIN的衰减量。

4 结束语

本系统在设计上将FPGA和DSP相结合, 由于它们都是软件可编程器件, 所以该系统可以方便地进行系统的改进和升级, 电路集成度高, 结构清晰, 可靠性好。这种设计能够较好地完成信号处理及控制任务, 具有很高的实用及参考价值。

参考文献

[1]司锡才, 赵建民.宽频带反辐射导弹导引头技术基础[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社, 1996.

[2]任丽香, 马淑芬, 李方慧.TMS320C6000系列DSP的原理与应用[M].北京:电子工业出版社, 2000.

[3]黄智伟.FPGA系统设计与实践[M].北京:电子工业出版社, 2005.

[4]甘历.VHDL应用与开发实践[M].北京:科技出版社, 2003.

航空雷达数据总线技术研究 第2篇

航空雷达数据总线技术研究

在给出航空雷选数据总线种类的基础上,详细阐述了RS-232C、RS-422A、RS-485、ARINC429、MIL STD_1553B等串行数据总线的信号特点、电气特性、和调制形式,并比较了它们的使用方法和应用条件,为航空雷达的深入研究奠定了基础.

作 者：王勇 张欣 钱玉莹 作者单位：中国人民解放军海军航空工程学院青岛分院,山东,青岛,266041刊 名：科技信息英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：“”(15)分类号：V2关键词：RS-232C RS-422A RS-485 ARINC429 MIL_STD_1553B

关于路桥检测的地质雷达技术的研究 第3篇

关键词：路桥检测 地质雷达技术 应用 误差分析

中图分类号：F407 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（c）-0000-0090-01

所谓的地质雷达检测技术其实指的是一种具有精度高，与此同时还可以快速成像的高科技技术之一。归纳的说，其实这项技术主要就是借助地质雷达根据所要检测的物体属性发射与之对应的电波，不仅如此，还可以适当的接收部分对该物体加以判断的发射波。经过多年来的努力研究以及在各个领域中的广泛应用，地质雷达检测技术作用十分显著。

1 地质雷达技术的发展状况以及勘测误差分析

1.1 发展状况

如果仅仅论地质雷达概念的提出可以追溯到20世纪10年代，然后在人们对其不断加强研究的过程中得到越来越为迅猛的发展，而且涉及到的领域也是越来越广泛。但是值得我们注意的是，由于雷达所发射出的电波稳定性较差，外加比较复杂，这样一来就会对地质环境造成很大的破坏。鉴于此，一直到20世纪70年代后，随着各种电子技术的兴起与发展，雷达技术的应用领域也随之广泛起来，并于80年代终于使得第一台雷达设备问世。自从这台雷达设备的出现，广大研究学者产生极其浓厚的兴趣，并在未来的时间里取得了一些重大突破，其中以成像技术为代表，这样一来就可以在很大程度上提高了它的分辨率，大大帮助到了路桥检测。

1.2 地质雷达产生误差分析

就这一点上来看，主要表现为：（1）反射信号时间差。通过调查发现，要想十分准确地对反射信号时间差进行记录，我们首当其冲需要做的就是根据实际需要确定计算时间的起点。话虽如此，但是我们要是将探地雷达的触发点（反射信号的）看作是物理时间的起点位置依然会存在一些问题。首先，直达波信号和地面反射信号的干扰如果比较强烈的话，会使整体记录面貌变坏，这样一来就会在一定程度上影响增益设置以及自动增益的使用效果。除此之外，天线的位置通常情况下都会随着路况的不同而出现起伏颤动，在这个时候我们要想准确无误的识别地面反射点的位置并非易事。鉴于此，要想尽可能的提高起始零点的标定精度，我们最为常用的做法就是将地质雷达配备自动调零设置，设同时将时间起点移到地面反射信号位置。

2 在公路检测中的实际应用

通过以往大量的应用结果表明，公路路基在通常情况下会由于含水量过高、承载力较低、压实度无法达标等综合原因，会在很多时候造成路基产生过量沉陷，这样一来就会形成空洞或者暗穴，情况严重的话局部还会产生滑坍等。另外，还会因为公路结构层透水性差而造成局部出现集水现象。如果是这样的话就会产生软弱体等病害。通过多年的实践情况看来，形成公路病害的原因是多种多样的，有本身质量所导致的，也有自然风化或者是外界作用产生的。有一点值得注意的是，路基和路面问题通常是结伴而行的，而并非独立存在，因此在调查公路病害的过程中，查明“病因”显得尤为重要。以下就是地质雷达技术在路桥检测中的几种主要应用。

2.1 检测公路基层与路基损坏程度

通过实践表明，如果检测出基层及路基损坏的区段较多的话，在雷达资料上的结构层会表现为界面反射凹凸不平，反射波出现一定程度的扭曲。虽然说该段基层反射波起伏比较小。但连续性在通常情况下不是十分好的。如果发现路床反射非常微弱，但反射起伏程度比较大，这就可以从侧面说明路基及基层已遭受外界的破坏。

2.2 检测公路路面裂纹

通常而言，裂纹在高速公路病害异常中是肉眼难以捕捉到的。我们可以根据雷达探测原理可得出以下结论：频率越高，探测越浅，分辨率也会随之越高，反之亦然。从这一点上来看，雷达探测在通常情况下可有效解决浅层部位的裂纹异常现象，如果是深部的裂纹我们最好的办法就是采用超声波探测法。主要表现为向两边分散的产生一定角度的同相轴。

3 地质雷达技术在修建桥梁工程中的实际应用

通过多年的实践表明，地质雷达技术在桥梁修筑中的应用主要表现为以下几个方面。

3.1 地质雷达应用于桥梁施工前的地质勘察

换言之，就是可以通过这种地质雷达来有效检测出地质条件，从而发现一些溶洞、夹泥层以及裂缝等所谓的不良地质体，这样一来就可以很好的提醒施工单位进行安全施工做好充足的准备，比方说某一个桥梁沉降检测中，发现该桥梁竣工通车之后在很短的时间里有部分桥面出现了不同程度的下沉，在这个时候我们应用地质雷达就很容易的发现这是由于地层的底部位置存在较多的裂缝带以及溶洞。

3.2 地质雷达应用于桥梁施工过程中

通过多次的实践发现，在桩基施工之前我们可以通过雷达来有效的检测出基地的实际地质情况，并且在第一时间内发现溶洞或者夹泥层等一些不良现象后迅速的予以处理，从而保证施工质量能够达到设计要求，比方说在LTD2100+GC400兆赫的检测过程中，施工人员可以在基底位置布置两条测线（具体是安置在哪个位置依据实际情况而定），然后可以沿着边线紧紧贴住移动地面天线进行检测。经过正确的操作过后发现在基底下方的3m处存在较为强烈的反射信号，工作人员挖开后果然是夹泥层，这就证明了雷达检测结果的准确无误。

3.3 在桥梁建筑竣工后进行验收以及维护中的应用

我们可以发现，在竣工后我们可以通过地质雷达技术正确的检测出钢结构的水平以及垂直分布情况，与此同时还能够发现桥梁结构的内部存在哪些不足之处等，如果一旦发现钢结构分布情况与设计资料当中的路面厚度不相符合，或者是施工与运营过程中所导致的内部缺陷等相关问题后，施工单位可以派遣专职人员在第一时间进行处理，从而最大限度地减少人力、物力、财力的重大损失，保障桥梁为人们出行提供便利。

4 结语

综上所述，随着地质雷达技术的快速发展，因其自身所具备的独特性，已经应用到了社会的各个领域，比方说在工程施工过程中，可以勘测该工程的地质情况等。除此之外，我们必将会在今后对这项技术不断进行研究和实践的基础上加以完善，这样一来就可以更加方便地借助更多较为先进的技术，来提供更加扎实的技术保障，从而推动地质雷达技术的进一步发展，为路桥检测做出重要的贡献。

参考文献

[1]陈兆峰.关于路桥检测的地质雷达技术的研究[J].建筑工程技术与设计，2014（17）.

[2]王庆明，王友星.用于路桥检测的地质雷达技术[J].城市建设理论研究：电子版，2013（22）.

[3]郑建锋.用于路桥检测的地质雷达技术[J].科技传播，2011（3）：218.

雷达技术 第4篇

在现代化战争尤其是在超视距空战中,雷达讯号探测成为探测飞机、导弹等的最可靠的方法,因此,减弱作战飞机的雷达反射信号强度,便成为飞机设计中提高隐形能力的最关键和最重要的因素[1]。

早在20世纪60年代中期,西方国家就已对飞行器隐身进行了大量探索,研制出YF-12、SR-71、D-21等具有一定隐身能力的飞机。随着物理理论以及计算机、电子、控制、材料技术的进步,1975 年第一代隐身飞机———F-117A“夜鹰”问世,1981年美国空军开始发展第二代隐身飞机———B-2隐身轰炸机。1991年的海湾战争中,美国出动F-117 隐身战机1000多架次,无一损伤;出动的架次仅占总出动架次的2%,却成功地攻击了预打击目标数的43%,取得了很好的战绩。1999年的科索沃战争中,美国首次动用B-2隐身轰炸机,多次对南联盟的军事目标狂轰滥炸,自己却未损失1架,令世人对隐身技术的巨大威力产生了深刻的印象。1997年9月7日,第三代隐身飞机F-22试飞成功,将高空、高速和隐身性能结合在一起,标志着隐身技术已经成熟[2]。

雷达探测时,发射机通过脉冲发生器产生脉冲信号,由定时器协调,通过天线发射出去,发射的雷达波入射到目标表面,产生反射,发射回波又经过天线到达接受机,回波信号非常微弱,经放大器放大百万倍后送到显示屏(雷达屏幕)显示[1]。

雷达波隐身技术是指通过优化探测目标的外形或者在探测目标表面进行涂装处理使之显著吸收雷达波,从而降低雷达回波能量,达到隐藏探测目标的目的[3]。与外形技术相比,雷达吸波材料在飞机隐身技术中占有重要地位,特别是对现役飞机的隐身性能的改装有重要意义。目前,研究和开发高性能的雷达吸波材料成为各国军事技术领域中的一个重大课题[4]。

1 雷达吸波材料的吸波机理

雷达吸波材料是指能够吸收衰减入射的电磁波,并将电磁能转化成热能耗散掉,或者通过干涉使电磁波消失的一类材料。按材料的成型工艺和承载能力,吸波材料可以分为涂覆型和结构型两大类[3,4]。涂覆型吸波材料一般将吸收剂(微粉或纤维)与有机溶液、乳液或液态高聚物(粘结剂)混合制成功能复合涂料,刷涂或喷涂到雷达目标的表面[5]。结构型吸波材料一般将吸收剂分散在各种纤维增强的结构复合材料(如碳纤维复合材料)中,具有承载和吸波的双重作用[6,7]。从设计原理上来说,涂覆型吸波体又分为干涉型和吸收型。本文主要对吸收型涂覆吸波体(吸波涂层)的吸波机理进行相关介绍。

当雷达波入射到材料表面时,一般会发生反射、吸收和透射,期间遵循能量守恒定律[8]。为了更加有效地吸收入射的电磁波,吸波涂层要求具备以下两个特性:一是雷达波能够尽量入射到材料内部而不是在涂层表面就被反射掉,即阻抗匹配特性;二是进入材料内部的雷达波能被涂层迅速地吸收衰减掉,即衰减特性[9,10]。

表征吸波材料性能最主要的参数是材料电磁参数,包括复介电常数(ε=ε′+ε″)、复磁导率(μ=μ′+μ″)。通过调整材料的电磁参数可以优化材料的吸波性能,尽可能增加对入射雷达波的吸收。 一般用式(1)计算吸波涂层的反射率[11]:

一般,在ε′和ε″足够大的基础上,μ′和μ″越大,涂层对雷达波的吸收性能越好。但考虑到阻抗匹配条件,ε和μ的虚部不是简单的越大越好,而是应当根据具体吸波材料的设计来确定电磁参数的最佳值。既要考虑阻抗匹配,减少雷达波在涂层界面的反射,又要考虑加强对已进入涂层的雷达波的吸收,避免雷达波的再次返回。除此之外,在实际应用中,也应该考虑吸波材料的密度、粒度、形状、工艺性、化学稳定性以及耐环境特性,使材料尽量满足“薄、宽、轻、强”的条件。

2 吸波材料的损耗机制

吸波材料按照其损耗机制可以分为电阻型、电介质型以及磁介质型[12,13,14]。

对于电阻型吸波材料,其损耗主要来源于电导损耗。导电载流子在材料内部定向漂移,形成传导电流,以热能的形式将入射的电磁波损耗掉,主要代表物质为炭系物质(如炭黑、石墨、碳纤维、纳米碳管等)、非磁性金属微粉、导电高分子等。对于电介质型吸波材料,其损耗主要来源于介质弛豫极化级谐振损耗,主要代表物质为陶瓷材料,如BaTiO3、金属氧化物、氮化铁、SiC、Si/C/N等。对于磁介质型吸波材料,其损耗主要来源于磁损耗,主要包括趋肤效应引起的涡流损耗、磁滞损耗和磁后效等引起的剩余损耗,主要代表物质为铁氧体、羰基铁、氮化铁、磁性金属粉末等。

3 几类吸波材料的研究进展

3.1 BaTiO3及其复合材料

BaTiO3具有优良的介电性能、极化效应且化学稳定性好、成本低廉,是一种很有前途的雷达波吸收剂,国内外学者对BaTiO3吸收剂进行了广泛的研究。BaTiO3的复介电常数实部主要与偶极子极化和界面极化有关,其损耗则主要是与极化相关的弛豫所引起的[15,16],球磨时间[17]、球磨工艺[18]、粉体粒度[19]等对BaTiO3的介电性能都会有一定的影响。提高吸波效率和拓宽吸波频段是BaTiO3吸收剂目前研究和发展的重点。王桂芹等[20]制备了BaTiO3/环氧树脂复合吸收材料,测试了其在8~18GHz频段内对雷达波的吸收性能,发现当BaTiO3体积分数为20%时吸波性能最佳,有效带宽(<-10dB)达10GHz;当BaTiO3含量为30%,吸波峰有所改进,在12.8GHz处达到-18dB,但有效带宽降低,他们从吸波机理方面对此进行了解释。王桂芹等[20,21,22]对Ba-TiO3与Ni、Co、Ni-Co、CoFe2O3复合粉末的制备工艺及涂层的吸波性能进行了研究。研究表明,含针状和薄片状Ni颗粒的BaTiO3/Ni复合粉体与石蜡的复合体,在1.7mm的匹配厚度下最小反射损耗值达-50.3dB,并且针状和薄片状颗粒的微波吸收能力显著优于球状颗粒;BaTiO3/Co-Ni复合粉体的复介电常数和复磁导率依赖于镀层成分。Co、Ni物质的量比为3∶1和1∶3时,相应粉体与石蜡的复合体在较小的厚度下表现出良好的吸波效果。特别地,当Co、Ni物质的量比为3∶1时,在9.8~18GHz频段内的电磁波吸收率高于90%,而厚度仅为1mm;通过溶胶-凝胶法制备的Ba-TiO3/CoFe2O4复合粉体,随着BaTiO3相对含量的增加,Ba-TiO3包覆层均匀性降低,缺陷浓度增大。复合粉体的组分改变对复介电常数的影响较大而对复磁导率的影响相对较小。当BaTiO3体积分数为70%时,吸波性能达最佳,在1.2mm厚时石蜡基复合体的最小反射损耗值为-41dB。 韩霞光[23]、刘延坤等[24,25]对稀土掺杂BaTiO3的电磁性能进行了研究,发现Nd、La掺杂对钛酸钡的电磁性质与吸波性能的改变最大,当La掺杂量为0.6%、涂层厚度为2mm时,最小反射损耗值在9.8GHz处达到-41dB,有效带宽达1.7GHz。

3.2 铁氧体及其复合材料

铁氧体是铁元素与氧元素化合形成的各类型化合物,属亚铁磁性材料,是应用最早、最广泛、技术最成熟的一类雷达吸波材料,已广泛应用于隐身飞行器,如F-117A机身、B-2机身和机翼蒙皮、TR-1高空侦察机等[26]。铁氧体的吸波性能来源于其既有亚铁磁性又有介电性能,其相对磁导率和相对电导率均呈复数形式,它既能产生介电损耗又能产生磁致损耗[27]。AliSharbati等[28]采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了M型铁氧体SrMnx/2(TiSn)x/4Fe12-xO19,测试了x=0、1、2、3时的电磁参数,研究表明,当x=3、f=9.7GHz时,反射率损耗达到最小值-39dB。同时,他们对Mg、Zr掺杂的铁氧体SrMgxZrxFe12-2xO19也进行了相关研究[29]。 Muhammad Javed Iqbala等[30]对W型铁氧体BaCoZnFe16-2yAlyCeyO27在y=0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0时的电磁吸波性能进行了研究,发现y=0.2与0.4时表现出优异的吸波性能,同时涂层厚度对电磁波的吸收也有较大影响,随着厚度的增加,涂层对低频电磁波的吸收能力增强。R.S.Meena等[31]采用固相反应法制备了Co、Mn掺杂的U型铁氧体Ba4Co2-xMnxFe36-O60,当x=1、涂层厚度为1.7 mm时表现出最优的吸波性能,最小反射损耗为-28dB。Adriana M.Gama等[32]研究了MnZn铁氧体含量对铁氧体/橡胶复合材料的吸波性能的影响,发现当MnZn铁氧体的含量为20%(质量分数)时,复合材料的吸波性能最好,有效带宽为4.5GHz,最小反射损耗达-37dB。

3.3 铁(镍)氮化物

铁(镍)氮化物具有高电阻率、高的抗氧化性、耐腐蚀性以及作为软磁性材料的高铁磁性,它与高分子基体复合成涂层,有望成为一种新型高效吸波材料。王飞等[33]通过固-气反应合成了FexN(x=4,3)纳米粒子、γ′-Fe2.6Ni1.4N纳米粒子和γ′-Fe1.7Ni2.3N包覆γ-Fe1.7Ni2.3纳米复合粒子,测试了其在2~18GHz范围内的电磁参数。Fe4N/Fe和Fe3N/Fe4N纳米粒子分别在3.6~11.2GHz和4.6~13.6GHz范围内反射损耗值小于-10dB,对应的匹配厚度分别为1~2.99mm和0.83~2.49 mm。在4.6~7.6GHz和7.0~9.2GHz范围内反射损耗值小于-20dB。镍的掺杂导致其自然共振频率向低频移动。不同含量的 γ′-Fe1.7Ni2.3N包覆γ-Fe1.7Ni2.3纳米复合粒子分别在2~6.4 GHz和3.6~7.8GHz范围内反射损耗值小于-10dB,最小的反射损耗值为-53.5dB和-35.4dB。杨志民等[34]在不同温度制备出了Fe4N质量分数超过95%的吸收剂粉末,其中540 ℃制备的Fe4N吸收剂可以实现较高的吸收剂体积分数,由该吸收剂粉末、环氧树脂和固化剂制备的2mm厚的吸波材料可以实现在3GHz反射率低于-18dB。

3.4 SiC、SiCf、Si/C/N及其复合材料

陶瓷材料具有优良的力学性能和热物理性能,它耐高温、强度高、蠕变低、膨胀系数低、耐腐蚀性强,且化学稳定性好,常被用作高温吸波材料。Cecilia Bartuli等[35]采用大气等离子喷涂的方法制备了一系列陶瓷涂层,并对其电磁性能做了测试分析。SiC具有耐高温、质量轻、韧性好、强度大、吸波性能好,而且使用温度范围宽,是应用广泛的一类陶瓷类高温吸波材料,其常作为添加剂或复合材料基体使用。关莉等[36]利用溶胶-凝胶法制备SiO2/SiC复合粉体,吸波性能测试表明,SiO2/SiC复合粉体具有一定的吸波效果,20%(体积分数)含量的SiO2/SiC复合粉体样品在18GHz时反射率达-2.07dB,BaTiO3、Fe3O4的加入实现复合吸波效果,当V(SiO2/SiC)∶V(BaTiO3)∶V(Fe3O4)=6∶2∶2,在5.75GHz时反射率达到-13.97dB,合格带宽为10.08GHz。吴友朋等[37]研究了掺杂碳化硅对纳米炭黑/环氧树脂复合涂层吸波性能的影响,在质量分数为5%的炭黑中添加50%(质量分数)的碳化硅制备厚度为2mm的涂层,反射衰减率在7.5~13.5GHz宽频范围内均优于-10dB,吸收峰最大值达-40dB。陈兆晨等[38]研究发现,将碳化硅颗粒填充到碳纳米管/环氧树脂复合材料中可提高其吸波性能,碳化硅颗粒的填充量存在最佳值为质量分数6%,此时复合材料在632~13.36GHz频率范围内对电磁波有低于-10dB的反射率,有效带宽达到7.04GHz,最大反射衰减-27.3dB。罗发等[39]研究了由SiC(N)纳米吸收剂制备的SiC(N)/LAS吸波材料的介电性能,材料中形成的碳界面层使得吸波材料的复介电损耗明显升高,提高了吸波材料对电磁波的吸收能力,从而降低吸波材料对微波的反射率,使材料表现出优异的高温吸波性能。耿健烽等[40]以硅溶胶为粘结剂,氧化铝为主要填料,纳米Si/C/N复相粉体为吸收剂,制备了一系列不同吸收剂含量的耐高温吸波涂层。当纳米Si/C/N复相粉体的质量分数为2.92%,涂层厚度为1.6mm、1.7mm、1.8mm时,最高吸收峰随着厚度的增加向低频移动,反射率均小于-4dB。

3.5 碳纳米管

自1991年日本学者发现碳纳米管以来[41],由于其独特的结构,优异的物理、化学、力学性能,成为一维材料研究的热点。碳纳米管属于类石墨结构,具有相当好的导电性。由于碳管是中空的,这种独特结构为碳管的管壁改性及管内掺杂提供了可能。通常将碳纳米管加入绝缘树脂或聚合物基底材料中形成复合材料,或者在碳管内部进行铁磁材料掺杂、碳管外铁磁性金属包覆后形成碳纳米管-磁性链复合物[42]。彭志华[43]对碳纳米管的微波吸收机理进行了研究。Ali Ghasemi等[44]研究了MWCNTs/掺杂钡铁氧体纳米复合材料的电磁性能,与纯净的MWCNTs和掺杂钡铁氧体相比,复合材料的吸波性能有了明显的改进,其最大反射损耗随着MWCNTs体积分数的增加而显著增加。华绍春等[45]采用微弧等离子喷涂制备了7%(质量分数)碳纳米管/纳米Al2O3-TiO2复合吸波涂层,其厚度为1.5mm时,反射损耗值最小为-24dB,有效带宽为3.36GHz。汪刘应等[46]采用等离子喷涂技术制备了5% (质量分数)CNTs/Al2O3-TiO2复合涂层,测试了其高温吸波性能,研究表明复合涂层具有较好的高温吸波性能,25 ℃ 时复合涂层的反射率峰值为-7.86dB,随温度的升高,涂层的反射损耗峰值不断减小,谐振频率向低频移动,300 ℃ 时复合涂层的反射率峰值为-12.88dB,小于-5dB频带宽为4.48GHz。刘顾等[47]采用微弧等离子喷涂技术制备了CNTs-SiC/Al2O3-TiO2复合涂层,在一定范围内随着涂层厚度的增加,涂层吸波能力显著提高,其谐振频率不断向低频移动。

4 吸波材料的发展趋势

飞机隐身技术及其雷达对抗措施 第5篇

现代战争表明,隐身飞机已成为雷达防空系统的.主要威胁之一,给雷达的生存和探测能力提出了巨大挑战.文章通过分析隐身飞机的发展情况、雷达隐身机理和作战特点,阐述了它对作战样式和防御系统产生的重大影响.分析讨论对隐身飞机进行雷达对抗存在的困难和可能性,并从研发新式反隐身雷达、利用新技术改进现有雷达和运用战略战术三个方面对如何提高雷达反隐身能力进行重点论述.

作 者：马井军 赵明波 张开锋 穆仕博 作者单位：马井军(93251部队,161001)

赵明波,张开锋(国防科技大学电子科学与工程学院,410073)

穆仕博(中国空空导弹研究院军事代表室,471009)

雷达技术 第6篇

【关键词】激光；雷达；测绘；技术

激光雷达测绘技术，即Lidar，是一种高配置高原理集成系统，是当前数码测绘技术的典型代表。激光雷达技术主要由记载GPS提供空间位置，这种技术的激光方向建立在惯性测量技术的基础上。此外，激光系统主要供给激光脉冲，由计算机系统提供高速和大规模的数据存储空间与处理能力。运用激光雷达技术可以同时快速的获得空间三维坐标。实地拍摄的数码摄影像片，在计算机的处理后，可以重现大型实体及场景目标的3D数据模型，呈现设计生活中的事物的真实存在形态，确保快速获取空间信息的效果。

1.激光雷达测绘技术的原理

激光雷达测绘技术是结合了全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS）的系统，可以用来获取数据来源，并呈现清晰的DEM。通过密切配合，能精确的区分和重现指定激光速在物体上留下的击打痕迹。这种技术被普遍运用在地面数字高程模型的获取（DEM）、水下DEM的水文LIDAR系统等领域。激光具有精确的测量效果，测距精确度可以达到4cm之内的效果。Lidar系统的高精度不但包括单纯激光作用，还需惯性测量单元（IMU）三者共同发挥作用。

Lidar系统含有单束窄带激光器（1个）和接收系统（1个）。激光器工作的过程主要是：在脉冲的产生和发射后，迅速击打物体表面，发射到原处，最后由接收器处理。光脉冲发射出之后直到发射原地时所用时间均有接收器进行精确的测量和统计。因为光脉冲凭借光速传播，所以，接听器可以准确记录下一个光脉冲发射之前的上一次光脉冲所用时间。因为光速是已知的，传播时间可转换成测量距离。

2.激光雷達测绘技术在工程测绘中的应用

2.1快速获取数字高程模型

激光点云数据是激光雷达技术中特点相当明显的数据产品，它产生的数据产物密度和精度都比较高，且能快速清晰的显示点位的三维坐标构架。经人工交替操作或自动运行，将人放射到地面植物中或建筑物之类的地形之外目标上的点云统一分类、滤波或清除，之后构建二角网TIN，就能及时得到DEM。因为激光点密度非常大，数目比较繁多，DEM的生成也成为了现实。

2.2实现基础测绘

基础测绘的产品主要有数字高程模型，还包括数字正射影像（DOM）、数字线划地图（DLG）和数字栅格地图（DRG）。无论是上述哪种产品的运行，都需要高精度三维信息的协助和引导。数字摄影测量操作起来很复杂，设备的前期准备及技术规划方案都相当严格，要求技术工作人员有熟练的操作水平；在机载激光雷达技术处理下得到的数据和三维坐标，均能达到高精度影像微分纠正的需要，但是DOM的生产变得越来越简易化，不再依靠数字摄影测量，在一般的遥感图像处理系统中即能实现规模化生产。

2.3森林工业的应用

机载激光雷达系统最早应用的商业领域即森林工业，由于森林业发展与国土管理都需要森林及其树冠下端地形的准确数据，而传统技术中很难获得树高及树的密度的精确信息。机载激光雷达与卫星成像不同，当利用这种技术勘测树冠下的地形时，还可同时获得树的高度。

2.4精密工程测量

很多精密工程测量，都需要采集测量目标的高精度三维坐标信息，甚至需要建立精确的三维物体模型，比如：电力选线、矿山和隧道测量、水文测量、沉降测量、建筑测量、变形测量、文物考古等等行业。地面和机载LIDAR就是解决这种实际问题的最有效手段。通过数码像片获取的纹理信息与构筑物模型进行叠加构建三维模型，是进行景观分析、规划决策、形变量测、物体保护的重要依据。

例如LIDAR技术为公路、铁路设计提供高精度的地面高程模型DEM，以方便线路设计和施工土方量的精确计算。在进行电力线路设计时，通过LIDAR的成果数据可以了解整个线路设公共区域内的地形和地物要素情况。在树木密集处，可以估算出需要砍伐树木的面积和木材量。在进行电力线抢修和维护时，根据电力线路上的LIDAR数据点和相应的地面裸露点的高程可以测算出任意一处线路距离地面的高度，这样就可以便于抢修和维护。

2.5进行城市数字化建设

很多地方在21世纪都在力争构建信息化目标。空间信息作为数字城市的基础框架和平台，是构建数字城市的重要研究课题。LlDAR系统可以获取高分辨率、高精度的数字地面模型和数字正射影像，为城市提供了最宝贵的空间信息资源，是数字城市建设的重要技术力量。数字城市还需要构建高精度、真三维、可量测，具有真实感的城市三维模型作为管理城市的虚拟平台。但是采用传统技术，进行城市三维建模是精雕细琢的工艺，工作量很大，效率非常低，而且效果并不好，影响了数字城市服务面的宽度和深度。利用LIDAR技术对地面建筑物进行空中激光扫描或地面多角度激光扫描，可以快速获取目标高密度高精度的三维点坐标，在软件支持下对点云数据进行模型构建和纹理映射，多方面地构建大面积的城市三维模型。并可以实施快速动态史新，为数字城市建设基础数据源的持续性、历史性提供了确实的保障。

2.6水下地形测量

一些激光雷达技术采用了两种不同波长的激光束对水底进行测量。比如，SHOALS系统在采用红光（或红外光）测量水面的同时，用蓝绿光穿透水面测量水底，通过这两个光束的接收时间差计算水的深度，因此可以进行大面积的水下地形测量。通常情况下，海道测量Lidar所能测量的海水深度为50m，此一深度随水质清晰度的不同而变化，为航道、近海海洋、水文等行业的人士所推崇。

2.7数字矿山的构建

当前矿山以及依附矿山发展的城市遇到了很大的麻烦，环境由于过度的开采直接导致了环境问题的出现，再者过度的开采面临着严峻的资源枯竭，此外还要考虑市场的近期状况，考虑矿山的内部环节以及人、机、料、法、环方面的影响。当前的有效方式就是加强数字矿山的建设，从多方位多角度去看待问题，以达到根治的目的。数字矿山就是通过运用激光雷达技术快速采集整个矿山的数据，与此同时构建三维模型更好的表现其形式，因为每一部分的构成不同，建模时所考虑的侧重点也不同。一般情况下，应分层构建，同时进行多方位的评价，一般情况主要是进行环境、经济型、自然灾害等方面的评价。如此一来，可以实现高效的反馈数据，连续二十四小时不间断的提供数据，对于整体的模型构建的清晰合理，此外可以预测评估未来可能发生的事故，能帮助我们防患于未然。

2.8电力传输与管道布图

在直升机平台上工作的激光雷达系统，最适用于测量传输线路。由于直升机可以沿着电力线或者管道传输的走廊飞行，比固定翼飞机节约成本，并且直升机可以随时根据需要调整高度和速度，以获得更为精准的数据。如果在激光雷达应用平台中同时使用录像机、数字相机及其他传感设备，既可实现激光雷达测量，也可同步进行线路检查及制图工作。■

【参考文献】

[1]杜恩祥，常雷，李文珍.基于阵列法检测的激光驾束制导信息场特征提取技术[J].装甲兵工程学院学报，2011（4）.

[2]沈蔚，王林，王崇倡，等.基于LIDAR数据的建筑三维重建[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2011（3）.

一种雷达光轴校准技术 第7篇

1 技术难点

分析雷达的结构如图1所示, 方位轴与水平面保持垂直, 方位轴旋转一圈, 俯仰轴的运动轨迹就是与大地平行的水平面:俯仰轴与方位轴垂直, 俯仰轴旋转一圈, 光轴的运动轨迹是一个过三轴正交点, 且垂直于俯仰轴的铅垂面, 三光轴的方位、俯仰转角就能准确反映目标的方位角和俯仰角。[1]

光轴的校准定位及三光轴定位是雷达装配的末端环节。光轴定位基准建立在方位轴铅垂、方位轴与俯仰轴垂直、光轴与俯仰轴垂直、光轴与方位轴垂直, 这三轴若互相垂直[2], 光轴的定位即准确。

根据装配顺序, 首先通过水平归正误差测量来调整方位轴铅垂:其次通过正交误差测量来保证方位轴与俯仰轴垂直。当前两步装配精度满足技术要求, 即方位轴与水平面铅垂, 方位轴与俯仰轴垂直, 光轴的校准便转换为光轴与俯仰轴垂直, 光轴与方位轴垂直。由于方位轴已经与水平面铅垂, 光轴与方位轴铅垂可进一步转换为光轴与水平面平行。

方位轴、俯仰轴在产品设计时都预留了测量基准平面, 装配过程中可以直接通过调整测量基准平面调整两轴的轴系偏差。但是光轴是望远镜的视轴, 望远镜是圆管, 不易定位[3], 产品上也无与望远镜一致的测量基础平面, 想直接测量光轴与其他轴系的关系不易实现, 光轴的校准精度便无从考核, 故而如何找到光轴的基准是校准的难点。

2 技术方案

解决校准的难点的思路为首先寻找与水平面平行的光线为基准:再使光轴与基准光线平行, 校准光轴:最后根据光轴定位三光轴。具体方案如下:

2.1 确定基准光线

根据光学反射原理可知 (图2) , 当光线与水平面呈夹角α, 入射点距水平面的高度为h, 通过与水平面铅垂的镜面反射, 反射点与入射点的总高度为2h。假设入射点距镜面L, h与α的关系可表示为式 (1) :

式 (1) 中, 入射点位置确定, L为常数。当h→0, 则α→0, 即当入射点无线接近反射点, 光线与水平面平行。此时当反射面平行于俯仰轴时, 光线即与俯仰轴垂直。利用上述原理, 可增加一条辅助光线, 光线的反射面既与水平面铅垂又与俯仰轴平行。当辅助光线的入射点h→0, 即光线的入射点与反射点重合, 则辅助光线与水平面平行, 同时辅助光线与俯仰轴垂直, 即可作为校准的基准光线。

2.2 光轴校准

如图3, 在基准光线对面放置光轴望远镜, 望远镜接受到光线后可在望远镜中观察到高亮的十字刻线。光轴与基准光线呈角度β时, 望远镜内十字刻线与原点偏离, 可读到读数 (m, n) , 十字刻线在y轴的偏离角度为β1, 十字刻线在x轴的偏离角度为β2, 假设十字刻线到光轴与基准光线交点的距离为p, (m, n) 与β的关系可以表示为式 (2) :

式 (2) 中, 望远镜类型确定, p为常数。当n→0, m→0, 则β→0:即当望远镜的十字刻线的坐标为 (0, 0) , 则光轴与基准光线平行, 即光轴与水平面平行, 光轴校准完成。

2.3 三光轴定位 (以电轴为例)

如图4, 在望远镜对面放置一组靶标, 这组靶标中光轴靶与三光轴靶的距离为光轴与三光轴的安装距离h。当光轴观测到光轴靶原点时, 三光轴读取的三光轴靶的坐标为 (x, y) , 三光轴与光轴呈角度γ, 假设光轴的观测点距离靶标的长度为S, 则 (x, y) 与γ的关系可以表示为式 (3) :

式 (3) 中, 观测点距离靶标长度确定, S为常数。当x→0同时y→0, 则γ→0, 即当光轴观测到光轴靶原点, 三光轴读取的三光轴靶的坐标为 (0, 0) 时, 则三光轴与光轴平行, 三光轴定位完成。

3 实用范例

以某回转雷达的装配为例, 具体介绍光轴校准及三光轴定位的操作方法。开始校准前, 需要完成方位轴及俯仰轴装配, 并通过水平归正和方位与俯仰正交误差测量, 确保前级装配精度。校准操作的具体步骤如下:

(1) 锁紧方位轴:为方便观测, 需要采用工装或产品的锁定装置锁紧方位轴, 保证方位旋转方向不产生位移。 (2) 锁定俯仰轴:锁定俯仰轴前, 需采用水平仪测量光轴 (一般为望远镜) 安装面, 使其水平。再采用工装或产品的锁定装置锁定俯仰轴, 使俯仰旋转方向不产生位移。 (3) 安装反射面:在光轴安装面附近安装一面反射面, 反射面既与水平面铅垂又与俯仰轴平行, 反射面高度基本与光轴中心一致。 (4) 确定基准光线:沿俯仰轴线垂直方向安装自准平行光管。调整光管的光轴水平, 并且使光管的光轴中心与反射面的中心基本等高。微调平行光管, 使光管中光源的十字刻线与原点重合, 即光管的光轴与四面体反射的光轴重合, 则光管的光线即为基准光线。 (5) 校准光轴:自准平行光管的位置保持, 拆掉反射面。再将望远镜安装到反射面的位置。调整望远镜, 使望远镜的原点是否与平行光管的十字刻线重合, 光轴位置校准。 (6) 定位三光轴:将靶标板摆放在雷达前方, 调整使其铅垂。安装三光轴, 调整产品, 先使光轴对准靶标板上光轴靶中心, 再将方位、俯仰轴锁定。分别调整光、电、视三轴的十字刻线与信标板上对应靶标的中心, 定位三光轴。

4 结语

通过以上的分析, 采用本方法进行光轴校准及三光轴定位具有以下优点: (1) 校准精度高:本方法测量仪器精度对测量的影响较小。影响精度的因素来自于肉眼观察十字刻线的重合度, 即十字刻线的目视宽度, 以十字刻线目视宽度为0.1 m m为例, 根据式 (1) 在L=2000mm的反射距离内, 基准光线与水平面的夹角仅为:α=arctg (h/L) =arc (0.1/2000) =0.003°=10”。 (2) 适应性强:本方法采用的测量仪器均为标准仪器, 未采用高精度仪器, 一可以降低产品的制造成本, 二也减少了高精度仪器对使用环境苛刻要求。在一般装配厂房即可完成操作。 (3) 操作简单:本方法反复调整环节少, 工装搭建简单, 能够满足批生产进度的要求。

实践证明, 按照本文介绍的技术可以指导光轴校准及三光轴定位, 测量误差控制得当, 并且本技术已经应用与实际。实际证明这种方法简单合理, 为其他雷达的光轴校准及三光轴定位提供了一种切实有效的方法。

参考文献

[1]张润逵, 戚仁欣, 张树雄, 等.雷达结构与工艺[M].北京:电子工业出版社, 2007:404-409.

[2]傅强.相控阵雷达光轴的标定与校准[J].火控雷达技术, 2002 (31) :63-66.

机载激光雷达测绘技术初探 第8篇

机载激光雷达 (Light Detection And Ranging简称LIDAR) 技术最早是欧美一些发达国家为了满足海域制图、港口和港湾测量的特殊需要于上世纪60年代中期提出并于80年代初步开发应用, 一直到上世纪90年代初该技术才趋向成熟。随着对空间数据的需求和应用领域的不断扩大, 对获得准确可靠的空间数据要求也越来越高。传统的摄影测量因其生产周期长、费用高、效率低等, 已不能完全满足当前信息社会的需要, 机载LIDAR技术随之孕育而生, 正逐步引入摄影测量与遥感领域, 提高空间数据的获取效率, 缩短测绘作业周期。现今, LIDAR系统主要分为两大类:机载LIDAR系统和地面LIDAR系统, 按照用途和功能差异来划分, LIDAR系统又可分为用于获得地面三维信息数据的地形LIDAR系统和用于获得水下地形的海道测量LIDAR系统。

1 机载LIDAR系统的组成

机载LIDAR系统主要由惯性导航、全球定位、激光扫描测距和数码成像系统等组成。

2 机载LIDAR系统的基本功能和原理

1) 惯性导航系统 (IMU) , 用于测量扫描装置主光轴的空间姿态参数 (ω、φ、κ) ;

2) 基于动态相位差分技术的全球定位系统 (DGPS) , 用于确定扫描投影中心的空间位置参数 (X0, Y0, Z0) ;

3) 激光扫描测距系统, 用于测量传感器到被探测目标的距离D;

在LIDAR系统中, 由发射机发出的无线电波射到空中后, 一部分经物体或空气反射后, 由雷达的接收系统接收, 这部分反射波称为雷达信号, 反映从反射无线电波的物体到雷达的距离。激光雷达使用的是由激光器发射的红外线, 或可见光, 或紫外光。激光测距的基本原理是利用光在空气中的传播速度, 测定光波在被测距离上往返传播的时间来求得距离值。

具体实现方法有脉冲法、相位法和变频法, 常用的是脉冲法和相位法。相位法通过量测连续波信号的相位差间接确定传播时间, 脉冲法直接量测脉冲信号传播时间。

激光扫描是LIDAR的核心, 主要由激光发射器、接收器、时间间隔测量装置、传动装置、计算机系统组成。一束激光脉冲一次回波只能获得航线下方的一条扫描线上的回波信息, 为了获取一系列激光脚点的距离信息, 需采用一定的扫描方式进行作业, 目前常用的扫描方式有线扫描、圆锥扫描、纤维光学阵列扫描等。

a线扫描方式:通过摆动式扫描镜和旋转式扫描镜实现, 包括平行线形和“Z”字形两种。

b圆锥扫描方式:通过倾斜扫描镜实现, 扫描镜的镜面具有一定倾角, 旋转轴与发射装置的激光束成一定夹角, 随载体的运动光斑在地面上形成一系列有重叠的椭圆。

c纤维光学阵列扫描方式:光纤沿一条直线排列, 光斑在地面上形成平行或“Z”形扫描线

4) 数码成像系统, 用于获取目标的彩色或红外影像信息。

求解地面上相应激光点的空间坐标 (X, Y, Z) :

3 机载LIDAR系统的特点

通过激光雷达传感器发射的激光脉冲经地面反射后被LIDAR系统接收, 能直接获取高精度三维地表地形数据, 是对传统航空摄影测量技术在高程数据获取及自动化快速处理方面重要技术补充。机载LIDAR系统不仅能快速获取高程数据, 且在遥感测图及其他领域取得了一系列技术突破, 在地形测绘、环境检测、三维城市建模、地球科学等诸多领域具有广泛的发展前景。机载LIDAR系统与其他遥感技术相比较具有自动化程度高、受天气影响小、数据生产周期短、精度高等技术特点, 是目前最先进的能实时获取地形表面三维空间信息和影像的航空遥感系统。由于激光脉冲不易受阴影和太阳角度影响, 从而大大提高了数据采集的质量。其高程数据精度不受航高限制, 比常规航空摄影测量更具优越性。LIDAR系统应用多光束返回采集高程, 数据密度远远大于常规航空摄影测量, 可提供理想的数字高程模型DEM, 大大提高了正射影像纠正精度。能快速为数字制图和GIS应用提供精确的地面模型数据。使航测制图如生成DEM、等高线和地物要素的自动提取更加便捷, 大大提高航测成图的生产效率, 减少生产环节, 缩短生产周期, 提高成图精度, 提供更为丰富的地理信息。

4 激光脉冲点数据类型和数据处理

1) LIDAR系统获取的激光脉冲点数据可大致分为以下类型:

地表裸露点、树高端点、树中端点、桥面点、水域点、建筑物点、噪音点 (即粗差点) 及其它未分类点等。

地面高程模型数据DEM仅需要地表裸露点。由完整地块的地表裸露点三维数据构成地面高程模型DEM。在实践中, 应用LIDAR软件自动处理掉地表上绝大部分的多余激光脉冲点数据, 来获取裸露点三维数据信息, 构建三角网TIN图形。LIDAR软件根据脉冲点的高程值分成不同的高差段并赋于不同颜色值渲染成三角网, 由此生成的LIDAR影像具有非常明显的彩色三维立体效果。再利用程序予处理识别非地表裸露点, 如大部分树高端点、树中端点、建筑物点、桥面点等, 经人工剔除并归类。经过数据处理后所有剩下的LIDAR数据都是地面点数据, 既可生成高精度的DEM和地形图等高线, 并可以进一步制作成正射影像图。

2) 数据处理

a确定航迹

地面GPS基站和机载GPS的测量数据联合平差来确定飞机的飞行轨迹。

b激光点三维空间坐标的计算

利用随机的商用软件, 对机载GPS数据、飞机姿态数据、激光测距数据进行联合平差, 得到各测点的三维坐标数据, 称之为“激光点云”。

c激光数据的噪声和异常值剔除

由于水体对激光的吸收及其他原因, 使有些激光测距点无明显的回波信号以及因电路等原因产生的异常距离值, 在处理激光测距的原始数据时必须先剔除噪声和异常值。

d激光数据滤波

目前用于机载激光扫描数据滤波的方法大部分是基于激光数据脚点的高程突变等信息进行的, 主要分为形态学滤波法、移动窗口法、迭代线型最小二乘法、基于地形的坡度滤波等。

e激光数据拼接

由于机载LIDAR作业时, 不可避免各种误差存在和影响, 使得航带间的DTM拼接存在系统误差和随机误差。可利用同步获得的影像信息, 根据重叠区域的影像可确定航带间的系统误差。因相邻航带间扫描数据的重叠很难保证一致, 为了保证DTM拼接正确, 通常采用变系数加权平均法消除航带间出现的随机误差。

f激光数据分类输出

数据分类处理完毕后, 一些不必要的数据被剔除, 数据量将减小, 可以以ASCII或二进制形式输出。

g坐标转换

利用POS动态定位所提供的定位结果属于WGS-84坐标系, 而我们所需要的空三加密结果应属于国家规定的另一套坐标系或地方坐标系, 因此必须解决动态定位结果的坐标转换问题, 利用地面基站坐标和坐标系间的转换参数进行转换, 一般采用GPS基线向量网的约束平差。

GPS所提供的是以椭球面为基准的大地高程, 必须转换为以大地水准面为基准的正常高, 可通过测区内若干已知正常高的控制点拟合建立高程异常模型 (当测区地形变化较大时应加地形改正) 进行。

h影像数据的定向和镶嵌

数字影像先进行解压处理, 结合激光扫描测量的DTM数据进行定向镶嵌, 形成数字正射影像图 (DOM) 。

5 机载LIDAR技术的主要优势

航空摄影测量作为一种传统的应用最为广泛的航空遥感方式, 在经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和全数字摄影测量三个阶段后, 技术上已经十分成熟。与航空摄影测量技术相比, 机载LIDAR技术具有以下主要优势:

1) 机载LIDAR系统本身是一个主动系统, 从理论上来讲, 可以全天候工作。而航空摄影测量系统则是一个被动系统, 要求具有良好的天气条件, 诸如能见度、太阳高度角等等, 通常只能在白天进行航摄作业;

2) 由于激光对植被具有一定的穿透能力, 因此利用机载LIDAR系统可以获取植被覆盖区域的较高精度的地形表面数据。如果采用航空摄影测量技术, 则需要作业人员进行人工介入, 采用预先调绘或者测量植被高度的方法来获取到地形表面数据。用于地形比较复杂的地区有明显优势;

3) 机载LIDAR高程数据精度优于航空摄影测量方式所获取的高程数据精度。采用航空摄影测量方式所获取的高程数据精度与航高成反比, 而航高对机载LIDAR高程数据精度影响不是很大, 一般情况下LIDAR的高程精度优于10CM, 平面精度优于30CM;

4) 机载LIDAR的作业周期远小于传统的航空摄影测量, 作业成本低于航空摄影测量。采用机载LIDAR技术在数据采集飞行完成后, 无需或只需要少量的外业工作, 利用相应的数据处理软件即可完成全部作业, 获取DSM, DEM高效、快捷。相比之下, 航空摄影测量技术还需要进行诸如外业调绘以及航外控制测量等工作;

5) 对限制进入地区、外业困难地区或无人区, 传统的航空摄影测量和地面测量技术很难对有密集的植被覆盖、没有可通行的道路、沼泽、野生动物保护区及森林保护区、有毒废料场所或废料倾倒场所等进行勘测, 而机载LIDAR测量技术则可不受限制地对以上地区进行勘测;

6 机载LIDAR技术主要应用领域

LIDAR技术在国民经济建设中, 如林业、国土资源调查、公路铁路设计、水利电力设计、农业、交通旅游与气象环境调查、城市规划等各大领域中得到广泛应用。

1) 林业方面:机载LIDAR系统的最早商业应用领域之一即为林业, 森林和国土管理部门需要森林及树冠下面地形的准确数据。在传统技术下, 树高与树的密度是很难获取的信息。机载LIDAR在勘测树冠下地形的同时, 还可以测量树的高度。在数据后处理中, 独立的激光返回值可分为植被返回值和地面返回值, 由此可计算出许多与林业有关的信息, 如树高、树冠覆盖、材质和生态环境等, 这些是常规航空摄影测量或地面测量技术难以获取的信息。

2) 水利方面:LIDAR技术对于河流监控与治理有着极其重要的意义, 利用机载LIDAR产生的DEM, 三角网高程值可以用某一颜色赋值渲染, 水力部门可直观预测洪水的范围, 可测算出水位淹没的区域面积以及其危害程度, 制定防灾减灾方案及补救措施, 进行有效的水利工程设计。

3) 电力输送方面:在进行电力线路设计时, 通过LIDAR数据可以了解整个线路设计区域内的地形和地物要素情况。尤其是在树木密集处, 可以估算出需要砍伐树木的面积和木材量。在进行电力线抢修和维护时, 根据电力线路上的LIDAR数据点和相应的地面裸露点可以测算出任意一处线路距离地面的高度, 极大地方便电网布设、抢修和维护管理。

4) 交通及管线设计方面:LIDAR技术为公路、铁路、油气管线等工程设计提供高精度的地面高程模型 (DEM) , 以方便设计和施工土方量的精确计算。

5) 数字城市方面:利用高精度的LIDAR数字地面模型DEM与GIS系统有机的结合, 可以建立和完善“数字城市”系统, 并可对数据进行实时更新。

7 几点思考

1) 与机载LIDAR系统硬件的发展相比, 虽然目前在数据处理方面的研究进展很快, 而且也取得了一定的成果, 但总体来看, 数据后处理方面的研究仍然相对滞后。我国现阶段在机载LIDAR技术研究和应用方面较国际水平还相对落后, 为促使机载LIDAR技术更好地服务于我国的国民经济建设, 加快开发研究适合我国国情的机载LIDAR系统数据处理软件仍是亟需解决的关键技术问题。

2) 随着LIDAR硬件水平的提高, 以LIDAR数据为基础, 生成理想精度DSM已经不是难题。如何快速将激光扫描数据预处理、滤波与分割、各种典型地物的提取和DEM生成、地表建构筑物、茂密的林地等从高程模型中删除, 从而获取高精度的DTM, 却仍然是该领域非常活跃的研究方向。

3) 由于机载LIDAR所发射的激光脉冲很容易被水系所吸收, 因此若单独采用机载LIDAR数据还不便于确定水系的边界。

4) 目前还没有机载LIDAR测绘技术标准规范可依, 国家或测绘行业标准制定部门应尽快出台相关的技术标准规范, 提高标准的时效性、适用性和协调性, 将对推动机载LIDAR测绘技术的应用具有非常重要的意义。

5) 目前机载LIDAR系统软硬件价格昂贵, 这也在很大程度上影响了测绘单位对机载LIDAR测绘技术的开发应用。

从机载LIDAR技术与航空摄影测量技术的对比中不难发现, 迄今为止, 机载LIDAR测绘技术还无法完全取代航空摄影测量技术, 二者将在一定时期内存在互补。但可以预见在未来的摄影测量与遥感领域, 机载LIDAR技术将会成为主流。

8 结束语

航空遥感未来的发展方向是多种传感器的高度集成, 多数据源的合成处理, 机载LIDAR技术是当今摄影测量与遥感领域的一项前沿技术, 机载LIDAR系统同被动光学传感器及IMU/GPS等系统的高度集成将给整个摄影测量领域带来一场技术革命。机载LIDAR技术的发展与应用为获取高时空分辨率的地球空间信息提供了全新的技术手段, 使人们从传统的单一数据获取变为连续自动数据获取, 提高了观测的精度和速度, 快速精确获取数字地面模型及地面物体的三维坐标, 同时配合数码影像或红外成像信息, 提高数据分类和物体识别的能力, 可快速制作正射影像图、数字等高线、纵横断面图等数据产品, 在摄影测量与遥感领域及工程测绘等领域具有广阔的发展前景和应用需求。

摘要：机载激光雷达是一个集激光、全球定位及惯性导航三种现代尖端技术于一身的主动式对地观测系统, 其主要由惯性导航系统、激光扫描测距系统和数码成像系统 (通常集成有成像系统) 组成。机载激光雷达能部分穿透地表树林等植被的遮挡, 直接获取真实地表的高精度三维信息, 是一种低成本、高效率空间数据的获取方法之一。本文主要阐述机载激光雷达系统的组成、基本功能和原理、数据处理、该测绘技术与航空摄影测量相比的优势、主要应用领域、对目前尚存在问题的几点思考。

关键词：机载激光雷达,惯性导航,激光扫描,全球定位,航空摄影测量,遥感,空间数据,测绘,激光数据,DSM,DTM,DEM,DOM

参考文献

[1]刘经南.张小红.激光扫描测高技术的发展与现状[J].武汉大学学报, 信息科学版, 2003[1]刘经南.张小红.激光扫描测高技术的发展与现状[J].武汉大学学报, 信息科学版, 2003

[2]李德仁.摄影测量与遥感的现状与发展趋势[J].武汉测绘科技大学学报, 2000, 25 (1) [2]李德仁.摄影测量与遥感的现状与发展趋势[J].武汉测绘科技大学学报, 2000, 25 (1)

雷达目标的分类识别技术 第9篇

1 目标类型及对识别的要求

雷达目标的分类方式很多。为便于进行目标分类分析, 该文将目标分如下三类:空气动力目标、弹道导弹目标和面目标。空气动力目标指的是飞机 (固定翼、直升机) 、巡航导弹、反舰导弹、无人机等, 这类目标的一个重要特性是利用气动升力飞行, 其速度一般为亚音速或超音速。弹道导弹类目标特指一类导弹, 通常没有翼, 在燃料燃烧完后只能保持预定的航向飞行——其后的航向由弹道学法则支配。为了覆盖广大的距离, 弹道导弹必需发射得很高, 进入空中或太空, 进行亚轨道宇宙飞行;对于洲际导弹, 中途高度大约为1200公里, 速度一般可达每秒千米以上。面目标指的是在地面、海面上行驶的目标, 一般指的是舰船、汽车、火车、掠海飞行器等。这类目标的一个重要特性是速度很慢。

在以上三大类目标之下, 仍可进行更为精细的分类, 如空气动力目标中的飞机还可以分为战斗机、运输机、轰炸机等;巡航导弹之下, 还可分为反舰巡航导弹, 对地攻击巡航导弹等, 详细分析如下。

1) 空气动力目标。

飞机:分为民用飞机、军用飞机。民用飞机包括:大型飞机、中型飞机、小型飞机。军用飞机可分为:战斗机、攻击机、轰炸机、歼击轰炸机、侦察机、运输机、教练机、预警机、电子战飞机、反潜机等。

无人机:无人机一般按续航时间和航程的长短, 可分为四大类型:长航时无人侦察机、中程无人侦察机、短程无人侦察机和近程无人侦察机。

直升机:一般包括如下几类, 武装直升机, 运输直升机, 反潜直升机 (一般都是舰载, 驱逐舰和大型护卫舰后甲板上停放) , 侦查直升机, 轻型攻击直升机。另外, 在一些民用场合, 还活跃着警用巡逻机。这类直升机以轻型为主, 乘员2-4人, 主要用于城市空中巡逻。

巡航导弹又称飞航式导弹, 靠的是喷气发动机的推力和弹翼的气动升力实现巡航之目的。一般分为:战略巡航导弹、远程战术巡航导弹、反舰导弹、空地导弹等。

2) 弹道导弹目标。该类导弹主要用来打击已经预定好的大目标 (比如要求对某城市实施核攻击) , 导弹从地面发射到空中, 然后飞出大气层, 到达预定位置或轨道后在穿过大气层后击中目标, 一般按射程分为如下几类:洲际弹道导弹 (ICBM) :射程在8000km以上;远程弹道导弹 (IRBM) :射程在3000km和8000 km之间;中程弹道导弹 (MRBM) :射程在1000km和3000 km之间;短程弹道导弹 (SRBM) :射程在1000 km以内。

3) 面目标。面目标可以分为以下几类, 海面目标 (指的是各种舰船) 、陆地目标 (汽车、火车等) 和地物。这类目标识别的最主要的任务是识别海面目标。舰船一般分为军舰、商船、渔船、小艇等。近些年伴随反恐的需求, 地面目标的分类识别也引起了人们的关注。

目标分类与识别的任务就是实现上述目标的分类与识别, 重中之重是识别出军用目标, 以便及时全面地了解战场态势信息, 为战斗赢得主动权。但这是一项很难完成的任务。该项研究受到了世界各国的重视。

2 雷达目标的分类识别的途径

目标分类识别已走过了三个阶段。最先的分类识别靠的是人工, 识别的效果取决于操作员的能力。这一阶段主要靠的是读取雷达的原始回波, 结合目标的点迹、航迹数据, 给出目标的性质。这种识别能力对操作人员的要求极高, 另外, 可以识别的目标数量也很有限, 一次只能识别一个。第二个阶段的识别主要靠数字技术、计算机技术的实现识别能力的提升。雷达可以测量的参数越来越多, 从最初的两坐标 (距离、方位) 到三坐标 (距离、方位和仰角) , 甚至到四坐标 (距离、方位、仰角和多普勒速度) 。第三阶段始于大规模集成电路和模式识别技术, 由于军事需求对目标识别的要求越来越高, 人们不仅想要知道目标类型, 甚至还要知道目标的详细性质。因此, 人们又提出了宽带识别技术, 如一维距离像和ISAR技术。同时, 引入先进模式识别理论, 实现目标更为精准的识别。

分类识别是目标检测的深化和发展。雷达根据回波信号与噪声或杂波能量的显著性水平, 结合雷达信号的空间、时间的相互关系, 检测得到目标的参数。这些参数可分为三类:运动学参数、本征参数和模式参数。运动学参数主要有距离、距离变化率、方位、高度、高度变化率、多普勒速度、多普勒速度变化率等。本征参数主要有雷达回波截面积, 目标尺寸, 目标形状, 回波相位。模式参数则是目标更加细微的组成要素, 如散射点的位置及分布形式。

运动学参数一般用于窄带目标识别, 这些参数最容易得到, 一般的雷达可以通过直接或间接测量得到。它们是雷达分类识别必备的条件。由于这些参数得到的是目标高度简化的信息, 对目标识别而言, 是远远不够的。为了识别目标, 作战部队不得不通过其它途径进行信息融合, 甚至是合作识别。现代战争是复杂电磁环境下的战争, 要素多, 环境杂, 信息瞬息万变。因此, 提高雷达自身的目标分类识别能力是一项紧迫的任务。

提高目标分类识别能力一般有两条途径:挖掘现有装备的潜力、提升技术能力。前者可通过引入了模式识别技术, 通过聚类、神经网络分析等技术对窄带信息进行充分融合、优化以期获得关于目标特性的更为精细的信息, 从而达到目标分类识别的目的。这些参数是用于分类识别目标的基础。后者的主要目的是得到更为清晰的本征参数, 从而实现目标识别。本征参数更多地通过原始回波得到。这种参数对目标的描述更加清楚, 对于目标分类识别的帮助更大, 但在实现上所需要的代价更大。模式参数则是本征参数的更进一步的细化。现代雷达一般采用超宽带技术, 甚至是ISAR技术实现本征参数和模式的提取。

3 雷达目标分类识别方法

雷达的分类过程:根据获取的参数, 建立特征向量, 通过模式识别的办法, 分析特征向量, 对目标进行分类识别。雷达上常用的办法一般有以下几种:贝叶斯分类, D-S分类, 决策树分类, 准则分类, 神经网络分类, 联合分类。这些分类方法均识别合窄带识别。

贝叶斯分类技术是一种基于后验概率的分类技术。这种分类方法需要预先知道目标对应特征出现的概率及检测到该型特征时, 目标出现的概率。这些数据的获得需要进行大量的统计与分析。贝叶斯分类虽然理论完备, 但在实际工作中操作难度大, 因为需要大量的积累。

D-S证据理论使用证据, 可信度及概率集等参数进行分析。通过计算目标的概率集值, 可以得到该目标与可能目标的相似度, 从而推定该目标是某一个目标。由于检测的目标很可能不是事先假定的目标, D-S证据理论在目标分类上并不是最佳的, 只能算做是一个临时措施, 或针对某一特定目标识别。

决策树分类是一个定性的方法, 该方法根据一个事先确定的体系进行分类, 如对目标的分类通常定义为“小目标”、“大目标”, “快目标”、“慢目标”, “空中目标”、“海面目标”等。准则分类的处理方法与决策树分类相似, 但结论更加明确。这两种分类技术的精度低, 没有完备的理论支持, 但对计算资源的需求很小, 因而得到很广泛使用。

神经网络分类则是通过采用BP网络、Hopfield网络等技术, 利用人工训练的办法, 实现目标的识别, 该技术的理论分析充分, 实现难度相对较小, 但识别的性能在实践中未得到充分的验证。该技术的难点在于训练参数和网络的结构设计。

联合分类是综合上述若干种分类技术的分类方法。

4 提高现有雷达目标识别的建议

根据前文分析, 建议从两个方面入手。充分利用窄带参数, 提高雷达目标分类识别能力;提高雷达的分辨能力。

1) 充分评价测量参数的信息, 设计优化识别向量。现役雷达绝大多数为窄带雷达, 主要测量的参数为距离、方位、仰角、速度、多普勒速度等。另外, 还可深挖原始回波信息, 如:回波强度, 回波形状, 回波频谱。其中后者在以往的探测中使用的很少。根据基本的测量参数, 可以导出一些参数, 如距离变化率、高度变化率、速度变化率等。可以看出用于识别目标的参数很多, 信息量很大, 如何对这些参数进行组合优化, 以提高识别目标的能力是一项重要的技术。该技术花费小, 易实现。

2) 引入高分辨技术。精细的分辨无疑是目标识别最为直接、最为可靠的途径。高分辨技术可以形成目标的一维距离像、二维成像甚至是三维成像。一维距离像可以通过采用超宽带技术实现, 二、三维成像可以通过ISAR技术实现。高分辨雷达对目标的探测是一个面或者体分布信息。面或体信息给出的信息量远远大于一个点给出的信息量, 更有利于目标的分类与识别。这项技术需要对现役雷达进行大改造, 代价大, 应在新研或改造的雷达上使用。

另外, 为提高雷达目标识别能力, 还可以通过现代信号处理技术、模式识别技术和人工智能技术, 充分挖掘雷达信号的内在信息, 提高目标识别的可靠性。

5 结束语

本文总结了雷达探测的目标类型。给出了各种类型目标的基本特性, 分析了雷达目标识别的需求, 回顾了用于目标识别的一些主要技术及其实现方法, 比较了各种识别技术的优劣, 最后, 提出了提高目标识别能力的建议。目标识别对现代战争至关重要, 该项工作尚处于起步阶段, 随着越来越多的技术投入使用, 雷达目标识别能力将会得到很大的提高。

参考文献

[1]潘镜芙.水面舰艇和舰载雷达的发展展望[J].中国雷达, 2001 (2) :1-8.

[2]Thomas W.Jeffery.Phased-Array Radar Design[M].Danvers.SciTech Publishing, Raeigh, NC.

雷达信号分选关键技术研究综述 第10篇

雷达在现代战争中占据着重要的地位,电子对抗无论是舰载、路基、还是导弹上都安装有雷达设备,充分展示着雷达技术的重要性。雷达分选信号指的是将不同辐射源的雷达脉冲从密集的截获脉冲流中挑选出来,它对于侦查处理雷达信号具有关键作用,因为只有经过了信号分选才能够进行接下来的识别、分析、测量信号参数,进而干扰威胁辐射源。分选雷达信号主要就是对信号进行截获和参数分析, 基本参数有:TOA脉冲到达时间、PA脉幅、PW脉宽、RF载频、DOA到达方向等。 自动分离交叠随机的信号脉冲成为单独的雷达脉冲序列,对信号特征参数进行测量和系统分析,还有就是辐射源的具体地理位置,进而明确各个雷达的威胁等级、 系统配置、平台类型以及雷达用途等,组建战略分析所需的数据参数。

1发展现状

利用雷达进行电子对抗的历史已经有半个多世纪了,简单的信号分选也逐渐深入到复杂,进而发展到战场实用阶段。

1.1模拟雷达电磁对抗

利用雷达对电磁环境进行对抗主要就是侦收系统收集的雷达信号总和。雷达对抗自产生以来就存在着模拟电磁环境问题,因为电磁环境是侦收和分选雷达信号的关键。再加上根本不可能利用战场真实的电磁环境研制和测试分选和侦收雷达信号的技术,所以,模拟是在所难免的。 模拟电磁环境的方法从用途、成本和性能方面主要划分为以下三种:

第一,雷达信号射频模拟

射频模拟主要就是使用射频发生器对射频雷达信号以及平台运动状况进行模拟,这种方法模拟的对抗环境比较真实,可以对雷达对抗系统的情报处理器、 信号处理器以及侦察机的性能进行全面的侦查,但是它的缺点就是需要的射频发生器和平台数量较多,而且要进行微波屏蔽。

第二,雷达信号视频模拟

视频模拟指的是视频发生器在微机的操控下,对视频雷达脉冲以及平台特征进行真实的模拟,它的功能是对情报系统中的综合处理器和信号处理器进行监测, 国防科大在视频模拟方面研究较深入。

第三,侦查参数模拟

侦查数据模拟主要就是指侦察机在微机的控制下进行雷达信号数据的截获, 例如:雷达信号射频频谱、信号特性、视频信号脉冲波形、视频信号脉冲序列、雷达分选信号数据以及信号参数等。侦查数据模拟具有大的信息量,能够得到较真实的结果,方便使用且设备简单,主要功能就是对情报处理体系进行监测,需要全面考虑信号处理器、接收机、射频传播空间、运动平台特性以及射频信号特性等多个方面。

1.2分选计算基于软件的负担估计

雷达分选信号主要包括重复脉冲间隔为基础的主分选、基于脉冲载频宽度和方向的预分选。因为侦察系统分选雷达信号的基础是软件程序,这就带来了计算软件实现的负担问题。统计法能够论证串行纯软件处理雷达信号的负担估计计算问题,能够得到辐射源个数和计算负担之间具有平方的关系,收集信号的时间和负担估计具有线性关系,丢失脉冲概率与之关系较复杂。所以,现代战场不断增加辐射源数量、信号形式也复杂化,这种以纯软件为基础的负担计算会大幅度增加,这就给实时分选雷达信号带来了困难,因此, 结合软硬件的方法来分选信号是发展的必然方向。

1.3硬件实现

信号分选存在的主要矛盾就是实时性和准确性。当信号环境比较复杂时,以模式匹配辐射源参数和PDW为基础的软件方式具有很大的计算负担,严重影响了信号分选的实时性,主要就是因为软件方式不能够完成并行处理。开发一种硬件来完成数据并行处理势在必行,所以AC关联比较器和CAM寻址存储器应运而生, 输入内容和存储内容相比较对于匹配的存储地址进行输出,能够大幅度增加信号分选的并行性,提高了分选处理高密度信号的能力。

2待解决的技术问题

2.1参数的高精度测量技术

精确测量辐射源的信号参数对于信号分选至关重要,能够提高特征参数的可信度,同时可以使得参数模糊化和计算量都大大降低。RF脉冲载频、DOA到达角、 PRI重复间隔、PW脉宽是信号分选的关键,精确测量这四个参数对于整个的信号分选过程非常的重要,参数测量主要包括设计动态测量脉宽电路、研制天线瞬时测向技术、研制天线瞬时测频技术等。

2.2分选及干扰雷达变频信号技术

为了适应现代战场的需要,雷达反干扰使用了很多形式不同的的捷变频信号, 参差或重抖动,使得信号更加的交错重叠。目前的信号分选手段很难对捷变频信号进行分选处理,还有就是相应的干扰方式也没有效果,所以对于捷变频信号的分选和干扰至关重要。

3小结

随着现代战争环境的复杂化,雷达探测和对抗技术也在进行深入的发展和完善。雷达技术新体制的出现给信号分选带来了很多困难,所以,在当前分选技术的研究基础之上提高测向测频的精确度,开发新的分选技术和实现方法势在必行。

摘要：利用雷达技术侦探干扰的重要组成部分是雷达信号在电磁环境较复杂状况下的分选技术,信号分选是利用雷达进行截获的一直正在进行的技术和理论研究问题。本文对于近几年来国内外雷达分选信号技术的发展现状进行了系统的介绍,并且进一步提出了当前信号分选方面仍然存在的问题,对于雷达信号分选相关技术的研究情况进行了系统综述。

雷达技术 第11篇

【关键词】激光雷达；工程测绘；应用 随着上世纪80年代激光机技术的突破，推进了激光技术的进一步发展。激光雷达采取与激光测距器类似的原理和构造进行研制，其工作在由红外到紫外光谱段的探测系统中。由于激光雷达的不断改进，其重复频率快、峰值功率高、体积小、波长范围广，目前已在工程测绘的多个领域得以应用。

1.激光雷达测绘技术概述

激光雷达是在光频波段工作的雷达，且与微波雷达的工作原理相近，利用光频波段的电磁波向目标地点发射探测信号，然后再将接收到的同波信号和发射信号进行比较，进而得知目标的方位、距离、高度等具体位置，以及其运动状态信息，以实现对目标的跟踪、探测和识别。激光测距机是简化的激光雷达形式，在激光测距技术的基础上，实现方位配置、测量俯仰状态、自动跟踪激光目标等，以此构成完整的目标探测与跟踪激光雷达。一般情况下，激光雷达由激光接收机、激光发射机、伺服控制系统、信息处理系统、操控显示终端组成，且激光雷达可根据不同方法进行分类：如果按照发射波形与数据处理的方式，可分为连续波激光雷达、脉冲激光雷达、脉冲压缩激光雷达、脉冲多普激光雷达、动目标显示激光雷达及成像激光雷达等；如果按照安装的平台划分，则分为机载激光雷达、地面激光雷达、航大激光雷达以及舰载激光雷达等；根据完成的不同任务，分为靶场测量激光雷达、火控激光雷达、障碍物回避激光雷达、导弹制导激光雷达、飞机着舰引导激光雷达。

在实际应用中，激光雷达可以单独使用，也可与微波雷达、红外电视、可见光电视、微光电视等组合使用，让系统既能搜索到远距离目标，也可实现目标精密跟踪，在当前工程测绘中应用广泛。

2.激光雷达测绘技术在工程测绘中的应用

2.1础测绘

在基础测绘中，包含数字正射影像、数字线划地图以及数字栅格地图。对于数字正射影像与数字线划地图来说，其生产离不开高精度三维信息的技术支持。例如，数字正射影像就是在精确的地形信息基础上，实现数字微分纠正而获得。由于数字摄影测量工作的程序较复杂，对设计要求与技术路线也非常严格，同时对生产人员提出更高的技能要求。而机载激光雷达技术所提供的地面三维坐标，则可以满足高精度影像微分纠正的要求，让数字正射影像生产更加容易，并不需要数字摄影测量平台，极大降低成本，在一般遥感图像处理系统中就可以实现规模化生产。另外，高精度的激光点云数据，可直观反映地物、植被等三维信息，充分利用这些资源，实现更加精准的判读与测量，提高数据的采集效率与质量。

2.2精密工程的测量

很多精密工程的测量，都涉及到测量目标的采集，并获得三维坐标信息或者三维物体模型，例如在水文测量、建筑测量、沉降测量、电力选线、文物考古、变形测量等行业中。地面激光雷达和机载激光雷达就是解决这类问题的有效方法。利用数码相片获得纹理信息，并与构筑物模型实现叠加，以构建三维模型，可有效实现对景观的规划分析、物体保护、形变测量、规划决策等。例如激光雷达技术在铁路设计、公路设计中提供的高精度地面高程模型，可便于线路的设计与施工方法精确计算。在电力线路设计过程中，利用激光雷达技术的成果数据可以对整个线路有所了解，包括公共区域内的地物、地形等要素；在电路线维护或抢修时，根据电力线路中的激光雷达数据点，以及对应地面裸露点的高程，计算出任意位置线路距离地面的高度，方便维护与抢修；另外，在树木的密集区内，也可利用激光雷达估算出需要砍伐树木的面积与木材量。

2.3数字矿山的构建

数字矿山的建立既满足环境友好型、经济节约型社会需要，也对促进矿山可持续发展具有重要作用。近年来，我国矿业及矿业城市遇到了生存与发展的困境，而矿山生态环境、资源枯竭等问题严重，矿山系统内的功能受到局限，矿山的人力、物力、财力都有所影响。

若想解决这些问题，必须加强对数字矿山的重视。利用激光雷达数据滤波迅速提取矿区内的相关数据，建立起三维虚拟地面模型，并确定建筑物的合理区域，提取建筑物的顶面信息，以重建建筑物模型。建筑物的模型和地面的分层组合建模、匹配融合等，实现塌陷区的生态环境与经济评价，对由于沉陷造成的土地侵蚀与裂缝进行分析，调查沉陷区的建筑物破坏情况，以及检测滑坡地质灾害等。

2.4电力传输与管道布图

在直升机平台上工作的激光雷达系统，最适用于测量传输线路。由于直升机可以沿着电力线或者管道传输的走廊飞行，比固定翼飞机节约成本，并且直升机可以随时根据需要调整高度和速度，以获得更为精准的数据。如果在激光雷达应用平台中同时使用录像机、数字相机及其他传感设备，既可实现激光雷达测量，也可同步进行线路检查及制图工作。

2.5森林工业的应用

机载激光雷达系统最早应用的商业领域即森林工业，由于森林业发展与国土管理都需要森林及其树冠下端地形的准确数据，而传统技术中很难获得树高及树的密度的精确信息。机载激光雷达与卫星成像不同，当利用这种技术勘测树冠下的地形时，还可同时获得树的高度。在对数据的后处理中，独立的激光返回值可分为地面返回值与植被返回值两部分，并以此计算出更多林业相关信息，如树高、材质、树冠覆盖以及生态环境等，这些都是传统摄影测量或者地面测量无法获得的信息内容。

2.6规划城市建设

自从进入21世纪，数字电视已成为各地力争构建的信息化目标。空间信息则成为数字城市的基础平台与框架，也是规划城市建设的重要内容。通过激光雷达测绘技术的应用，可以获得高精度、高分辨率的数字正射影像与数字地面模型，为城市规划与发展提供宝贵的空间信息资源，也是构建数字城市的重要技术支持。

另外，若想构建数字城市，还需要满足可测量、真三维、高精度等要求，具有真实效果的城市三维模型是管理城市的虚拟平台。如果应用传统技术，若想实现城市三维建模，工艺比较复杂，且工作量大、工作效率低，最终效果不理想，对数字城市的服务深度与宽度有所影响。如果利用激光雷达测绘技术，对地面建筑物进行空中激光扫描或者地面多角度激光扫描，则可迅速获得高精度、高密度的三维点坐标，再加上软件的后期处理，即实现点云数据的模型构建与纹理映射，全方位构建城市三维模型，对数字城市建设的基础数据持续性、历史性提供保障。

由上可见，激光雷达测绘技术将成为未来工程测绘的发展方向，具备更多的优势。通过激光雷达测绘技术与其他测量技术的配合使用，将提高工程测绘的效率与质量。但是目前我国在激光雷达的数据处理方面技术尚不成熟，仍需进一步深入研究。

【参考文献】

[1]朱筱茵.基于激光雷达的数字化精密测量技术研究[J].长春理工大学：光学工程，2010.

MIMO雷达技术及其应用研究 第12篇

1 MIMO雷达概述

1.1 MIMO雷达的含义

MIMO雷达又被称为多输入多输出系统, 其最初主要只是作为控制系统中的一个概念被提出, 而在雷达领域中则指代相应的雷达系统具有多个输出和输入。如果将相应的通信传输通道比作一个完整的系统, 则相应的系统通信信道的输入信号和输出信号则就相应的指代发射信号和接收信号。另外, MIMO雷达在探测目标的时候可以借助多个正交信号, 并且所有的发射信号均可以由接收端的各个阵元来进行接收, 同时也可以需要采取滤波组来尽量获得更可能多的多路回波从而额可以大大提高观测通道的数目和雷达的整体性能。

1.2 MIMO雷达的工作原理

MIMO雷达可以在多阵元天线结构的基础上实现正交信号的同时发射, 并且可以做到M发N收, 即MIMO雷达可以借助N个接收阵元来接收相应的多个波形信号。鉴于不同信号之间的正交特性, 所以即便是多个发射信号也不会出现相互干扰的问题, 可以始终保持独立性, 同时这样也可以使相应的发射和接收物理空间保持MN个通道, 且每个特定的通道均与一个发射阵元及其对应的接收路径和收发阵元的位置和所接受。另外, 接收端的各个接收阵元会配有M个发射波形来匹配对应的M个滤波器, 接着通过分选正交性就可以获得相应的MN通道回波数据。

另外, 每个发射阵元的发射信号均会被相应的接收阵元所接受, 而每个接收阵元又会接收相应发射阵元所发出的各种信号。从而可以实现接发信号的目的。MIMO雷达所发射相应的正交信号无法在空间中形成特定的波束, 从而导致发射波束主瓣的增益变为原来的M倍, 而每个子阵发射功率则会变为原来的1/M, 进而会大大提高雷达抗信号截获性能。

2 MIMO雷达技术分析

2.1 空间分集技术

实践研究表明, 在MIMO雷达技术中引入空间分集技术可以借助目标闪烁来提高雷达的整体性能, 并且该种形式的雷达可以划分到分布式MIMO雷达范畴。而就空间分集技术的必要条件而言, 其主要包括以下几个方面。图1为雷达双基地工作场景, 其借助散射中心模型来作为其目标, 且包含Q个散射中心。与传统雷达技术相比, MIMO雷达技术可以引入大量的物理阵元数目的处理自由度和观测通道, 从而可以大大改善和提高雷达系统的整体性能, 这是当前雷达系统性能改善中值得深入研究的一种技术途径。图1中假设目标散射的中心线主要呈现均匀性, 且该目标中心与雷达发射和接收阵之间的间隔距离分别为ΔRt和ΔRr, 且发射阵列和接收阵列分别为均匀线阵, 而其间隔分别为d1和d2, 然后根据相应的阵元目标线阵即可确定相应的空间接收分集需要满足的条件为:dr≥λRr/D。

实践研究表明, 在MIMO雷达中应用空间分集技术可以相互统计多个独立的通道, 这样也可以降低雷达信号衰落的概率, 进而还可以借助平均处理方式来抑制目标的角闪烁, 进而达到提高雷达侦测目标的检测性能。另外, 在MIMO雷达中应用空间分集技术有利于提高MIMO雷达的抗摧毁、抗反辐射导弹以及反隐身等能力。

2.2 虚拟阵元技术

在MIMO雷达技术中引入紧凑阵列的密集式技术, 是雷达技术的一个重要发展方向。密集式MIMO雷达技术没有充分利用空间分集, 但是在虚拟阵元技术的应用中有许多潜在的应用特点。由于MIMO雷达系统的M发N收方式主要包括MN个观测通道, 且相应的观测通道中的传输路径主要由发射阵元和接收阵元所组成, 而各个通道的延迟时间以及发射波形的MN个观测通道匹配滤波时间的延矢量也可以也可以通过相应的公式来进行计算。

另外, 虚拟阵元技术在MIMO雷达中的应用也大大提高了雷达的整体性能, 具体主要表现在以下几个方面:虚拟阵元有利于拓展原物理接收阵列的孔径长度, 可以获得更窄的波束方向图, 进而达到提高阵列的空间分辨率的目的;为了产生更低的旁瓣, 虚拟阵元还可以重叠相应的物力阵元, 并以加权的形式来加以实现;如果物力阵元阵列的间隔大于半波长度, 则需要内插到相应的物理接收阵列中, 从而可以无模糊地来进行角度测量;可以增加目标的最大可辨识数目和物理接收阵列的自由度。由此可见, 在MIMO雷达系统中应用虚拟阵元技术有利于改善和提高雷达的性能。

3 MIMO雷达的具体应用

3.1 MIMO阵列对空成像雷达

实孔径雷达和逆合成孔径雷达 (ISAR) 是当前应用对空成像技术的两种雷达类型。其中实孔经技术则是借助单发多收的方式来实现阵列成像, 该技术不需要对目标进行运动补偿, 且具有实时成像的优点, 但是同时也有实际的阵列规模比较大, 且造价比较高等缺点;而逆合成孔径雷达 (ISAR) 成像过程需要一定的时间来积累, 且实时性比较差, 所以为了弥补目标的运动缺失, 需要确定非合作高速机动目标的运动性状态。而MIMO阵列在上述两种雷达重点额应用则可以有效地解决上述的问题, 提高教学的质量。虚拟阵元技术在MIMO雷达中的应用, 有利于扩展实际物理接收阵列孔径的长度, 所以必须要采用合理的天线布阵来扩大阵列孔径等特点, 以提高分辨对空成像的特点。鉴于MIMO雷达的并行多通道空间采样能力, 有利于充分发挥对空成像在MIMO阵列中的实时性优势。

另外, MIMO雷达技术本身是一种实时阵列有效性很强的合成技术, 所以为了更好地运用对空成像技术, 可以将实孔经雷达与MIMO雷达技术进行有效地结合以形成MIMO阵列成像雷达, 并且这种新形式的成像技术有利于避免传统逆合成孔径雷达中所存在的运动补偿困难等问题, 并且也可以有效地解决实孔经雷达成像中存在的分辨能力低的问题, 所以具有较高的学术价值。

3.2 MIMO-SAR

MIMO-SAR实际上就是将MIMO雷达技术和SAR系统进行结合的一种复合雷达形式, 其可以有效地解决传统SAR中脉冲重复频率在满足大测绘和方位向高分辨率之间的矛盾。在对地观测中, 为了确保方位观测的高分辨性, 需要尽量扩大SAR系统观测带的宽度, 但是实际上这两个方面是对立的, 不可兼得, 即大测绘观测带如果比较低, 则可以避免距离向的模糊问题, 而如果方位向高分辨的要求比较高, 则可以避免多普勒模糊问题的出现。而MIMO技术在SAR系统中的应用也可以以比较低的PRF来达到避免方位向多普勒模糊问题的出现。由于MIMO雷达具有并行多通道空间采样能力, 而MIMO-SAR的一次脉冲就能够得到MN路方位向空间采样数据, 而如果这些数据通道的方位向存在不重叠分布问题, 则可以使脉冲重复频率降低到原有SAR系统的1/MN, 进而达到提高MIMO-SAR整体性能的目的。

为了有效地解决传统SAR的大测绘带与方位高分辨之间的相互制约问题, 可以借助MIMO阵列和SAR之间的相互结合来增加少量收发阵元, 进而达到解决问题的目的。另外, 当前的三维SAR主要是借助二维SAR加上干涉法测高来加以实现, 而如果可以借助SAR再加上那些天线数比较少的MIMO面阵来进行三维成像, 这也是一种有效的技术。MIMO雷达技术可以借助虚拟阵元技术来增加系统的方位向采样密度和速率, 并且该技术也可以合理运用于那些依赖于合成孔径技术的穿墙雷达 (TWR) 或探底雷达 (GPR) 系统中, 从而为这些技术水平的提高奠定良好的条件。

总之, MIMO雷达作为雷达领域中一种新体制雷达, 在社会应用中具有广阔的发展潜力和应用前景。本文以MIMO雷达技术为研究对象, 就空间分集技术和虚拟阵元技术在MIMO雷达应用中的应用及其优势等内容进行了详细地分析和研究, 以不断提高MIMO雷达应用系统的科学性和合理性, 同时也可以有效地解决当前雷达系统中存在的各种难题, 从而不断提高雷达技术的整体质量。

摘要：随着科学技术的迅速发展, 雷达技术水平的不断提高。MIMO雷达作为一种新体制雷达, 在遥感、导航、资源探索、气象预报、天体研究等民用领域和国防等领域被广泛应用, 并且充分发挥了其积极的作用。文章从MIMO雷达概述入手, 就其技术和应用进行了详细的探究。

关键词：MIMO,雷达,空间分集,成像

参考文献

[1]强勇, 张冠杰.MIMO雷达进展及其应用研究[J].火控雷达技术, 2010, 39 (1) :1-10.

[2]吴颐雷.MIMO雷达原理及关键技术分析[J].现代导航, 2014, 15 (2) :141-143.