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《西安电子科技大学》 2000年
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地海面微波散射和传播特性研究及其在雷达和遥感中的应用

康士峰  
【摘要】: 在雷达设计和性能分析以及微波遥感应用等研究领域,十分关注地球陆地和 海洋表面的微波电磁散射和传播特性。本文从以下几方面对地海面微波散射和传 播特性进行了分析和研究,并讨论了在有关方面的具体应用: 首先介绍了我国第一部地基多波段全极化微波散射计、第一部L波段单通道 HH极化机载杂波雷达和第一部L波段多通道VV极化机载杂波雷达的系统组成、 校准、测试和性能分析方法。基于以上测量系统,组织了多次大规模的地面和空 中试验,为本文研究内容和其它相关课题提供了大量有价值的数据。 散射计和雷达系统的校准是决定散射系数测量数据可靠性的关键问题。本文 对散射计和机载杂波雷达的绝对校准技术进行了详细分析,采用无源或有源校准 器(ARC)分别对其进行了实际测试、误差分析和修正,保证了多波段散射计数据 2.0dB和机载雷达杂波数据2.5dB的较高精度。 对多波段全极化散射计的时—频域测量方法进行了研究,分析了典型地物的 杂波特性并评价了相关模型的适用性;首次对海面散射特性(杂波)进行了长时间、 多海态、多波段、多极化、大范围入射角的系统观测,对数据进行了统计处理并 与Rayleigh分布、Log-normal分布、Rice分布、Weilbull分布和K分布进行了比 较,揭示了海杂波特性与有关参数的一般关系。 使用机载杂波雷达对我国多种典型地形地貌和东南海域进行了多航线多架次 系统的杂波测量,分别给出了不同类型下地海杂波的统计特性,提取了统计模型 的特征参数。进一步用分形模型和Gaussian模型(Gaussian相关和指数相关)下的 Kirchhoff近似并结合常数γ模型、指数模型和实测数据进行了分析比较,测量数 据和研究结果对我国机载预警雷达的试飞区域选取和机载雷达的性能检验具有重 要意义。 将电磁场数值算法即抛物型波方程(PE)的分步Fourier变换方法和空-时二维 动态分形地海面的非线性动力学模型相结合,在考虑实际大气环境指数折射率模 型情况下,分析计算了传播损耗或传播因子与大气参数和地海面分形参数的统计 关系。结果表明,场强起伏可达20dB,传播距离越远、收发天线相对高度越大起 伏越强且呈现与地海面相似的分形特征。 地海面散射特性的产生和演化可以从非线性混沌现象中得到解释,其外在几 何表现又可以用分形来描述。本文运用混沌理论和分形几何对散射计和机载雷达 杂波数据进行了混沌和分形特性分析,计算了Lyapunov指数、相关维数、谱维 数、分形和多重分形参数,首次指出杂波的动态变化不仅对海杂波小擦地角同极 化,而且对多波段较大入射角交叉极化地、海杂波特别是机载雷达杂波都可以用 非线性方法来处理,但地、海杂波可能具有不同的特点和参数,揭示了杂波的短 期可预测性和对杂波中目标检测的重要意义。 地海面微波散射和传播特性研究及其在雷达和遥感中的应用 小波分析优于Fourier分析之处在于它的时频二维自适应高分辨特点,本文 利用小波的自相似性对杂波的多尺度分形特征进行分析。通过比较随机函数、确 定性函数、分形函数以及杂波数据的连续小波变换特征,表明分形函数和杂波在 较大尺度范围内都能表现出明显的自相似性。结果进一步揭示了杂波的分形特征 和小波分析检测分形杂波的有效性,同时比较分析了对检测分形特征效果明显的 小波基特点。根据分形杂波在多尺度小波变换域上的特征可以重构或生成杂波, 为杂波的仿真提供了又一有效途径。 基于理论和实际测试,本文对任意姿态机载PD雷达体制下的三维地杂波算 法进行了研究和实现。这种模拟方法根据雷达功率方程,综合考虑了三维数字地 形信息、散射回波的频率模糊和距离模糊、地形地物散射特性建模、任意姿态载 机和雷达坐标的变换以及地形遮蔽算法等,可以仿真出与理论分析和实际测试相 一致的二维距离-多普勒杂波图以及散射系数图像和雷达可视区图像。 作为对理论和实验成果的具体应用,本文提出了对地球表面微波散射特征的 遥感分类方法,基于多波段多极化多入射角相关测试数据和散射模型,利用人工 神经网络(ANN)对八种地形地物进行了分类实验。结果表明AN-N在一定噪声干 扰或散射系数的一定变化范围内仍然能够作出较好分类,显示了ANN作为遥感 分类器的优越性和实用性。 在本文的最后,利用欧空局 ERS-l/2遥感卫星平台上的散射计所测得的全球 范围C波段VV极化散射系数分布数据,结合中国陆地表面地形地貌特征,分析 了我国散射系数宏观的分布特点和变化趋势,统计和比较了三种典型环境散射系 数随时间的变化规律和动态范围等参数,首次提出我国陆地五种散射类型和相关 地理区域的划分及环境特征。其结果可为我国陆地环境的微波遥感和军事雷达特 别是机载和星载雷达的目标检测杂波背景评估提供重要的依据。
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2000
【分类号】:TN011

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 戴幻尧;来庆福;赵晶;张文明;;雷达目标特征数据采集及其应用[J];舰船电子对抗;2008年05期
2 李学森;邱德厚;;岸基雷达的海杂波特性分析和抑制方法[J];现代防御技术;2010年03期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 姜斌;地、海杂波建模及目标检测技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
2 胡绘斌;预测复杂环境下电波传播特性的算法研究[D];国防科学技术大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 但金国;三维电波传播特性标量抛物型方程的研究[D];杭州电子科技大学;2010年
2 倪军林;矢量抛物线方程在电波传播中的应用[D];杭州电子科技大学;2010年
3 任博;基于实测数据的地海杂波特性研究及仿真应用[D];国防科学技术大学;2011年
4 郭华;实际地、海面电磁散射及其反演问题研究[D];西安电子科技大学;2007年
5 王健;近海岸地海杂波建模与目标检测研究[D];长春理工大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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8 王俊;李进锋;张守宏;;时变高分辩雷达海杂波的数据仿真[J];西安电子科技大学学报;1997年S1期
9 张玉洪;保铮;任迎舟;;平面相控阵机载预警雷达的二维杂波谱[J];现代雷达;1993年02期
10 保铮,张玉洪,廖桂生,王永良,吴仁彪;机载雷达空时二维信号处理[J];现代雷达;1994年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王倩;蒋林华;张京丰;徐海群;;模糊神经网络在粉煤灰混凝土强度预测中的应用[J];四川建筑科学研究;2006年06期
2 张彤;王建平;孟改样;;异因同果关联神经网络在工程造价中的应用研究[J];四川建筑科学研究;2009年02期
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4 倪志伟;;BP网络中激活函数的深入研究[J];安徽大学学报(自然科学版);1997年03期
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6 周鸣争;人工神经网络在自动控制系统中的应用[J];安徽机电学院学报;2000年02期
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8 陈刚,刘庆敏;神经网络用于多类识别问题的有效方法[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);1999年03期
9 王素华,张伟林;斜拉桥斜索损伤分析中的小波变换研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2004年03期
10 胡俊,汪忠明,方高倪;基于带有偏差单元的IRN模型的大体积混凝土温度预测与控制[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2005年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 朱成华;;基于USB总线的弧焊电参数虚拟检测分析系统设计[A];制造业数字化技术——2006中国电子制造技术论坛论文集[C];2006年
2 党丽华;高志明;韩夏冰;毕慧超;;Q235钢的大气腐蚀电化学噪声小波包分析[A];中国腐蚀电化学及测试方法专业委员会2012学术年会论文集[C];2012年
3 张娟;陈杰;段梅;;基于神经网络和广义经典分配算法的多传感器航迹关联[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 隋金雪;杨莉;华臻;张鑫;;改进的BP网络在火焰燃烧状态识别中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 樊秀峰;简文彬;;岩土材料疲劳损伤过程的数值跟踪分析[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年
6 龙源;晏俊伟;徐全军;高振儒;娄建武;周春华;;爆破振动信号小波分析和分形机理研究[A];中国工程爆破协会四届二次常务理事会、中国力学学会工程爆破专业委员会学术会议论文集[C];2007年
7 陈晓钟;孙华燕;;基于更佳分辨率小波分解的图像纹理分类[A];第九届全国信号处理学术年会(CCSP-99)论文集[C];1999年
8 盛怀洁;钟子发;吴彦华;;一种在频域内实现的连续小波变换快速算法及其应用[A];第九届全国信号处理学术年会(CCSP-99)论文集[C];1999年
9 李映;白本督;焦李成;;基于小波变换和混合进化算法优化设计雷达目标识别系统[A];第九届全国信号处理学术年会(CCSP-99)论文集[C];1999年
10 薛巍;姒牟孙;向敬成;;机载雷达回波仿真及模拟系统硬件实现[A];第九届全国信号处理学术年会(CCSP-99)论文集[C];1999年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王婷;EMD算法研究及其在信号去噪中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 李莎莎;反辐射导弹仿真系统技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 刘文海;水下被动目标瞬态特征检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 李华文;船舶交通管理系统经济社会影响评价研究[D];大连海事大学;2010年
5 苏晓宏;海杂波的特性分析与目标检测处理[D];大连海事大学;2010年
6 张进;地震叠前数据的弹性阻抗非线性反演方法研究[D];中国海洋大学;2009年
7 朱松;随机回归神经网络的动力学行为研究[D];华中科技大学;2010年
8 刘强;基于复杂系统的铁路客流预测方法研究[D];中国铁道科学研究院;2008年
9 王晓东;双机架紧凑式炉卷轧机模型自适应优化控制[D];昆明理工大学;2008年
10 王丽君;基于信号处理的氢燃料发动机优化控制[D];解放军信息工程大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 代宏伟;布里渊散射水下探测目标的自动识别[D];南昌航空大学;2010年
2 滕景忠;智能瓦斯传感器的研制[D];山东科技大学;2010年
3 李安新;BP神经网络研究与硬件实现[D];山东科技大学;2010年
4 陈少华;基于Hopfield神经网络控制系统的研究[D];山东科技大学;2010年
5 吴国曾;实时信号小波分析中边界处理方法及应用[D];郑州大学;2010年
6 李卫鹏;正交小波变换支持向量数据描述方法在故障诊断中的应用研究[D];郑州大学;2010年
7 郑宁;离散分数阶Fourier变换算法的仿真研究及FPGA实现[D];郑州大学;2010年
8 吴国强;无人机航迹跟踪控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 宋晓玥;基于TDPCA与SPIHT的高光谱压缩和降维算法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
10 欧阳杰;基于灰度图像的信息隐藏算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 熊刚,赵惠昌,张淑宁;引信海洋回波信号的分形特性研究[J];兵工学报;2005年01期
2 蒋世军;沈剑峰;王炳;;反舰导弹海杂波建模与仿真[J];四川兵工学报;2009年12期
3 陈占荣;山区超短波无线电通信链路的设计[J];电讯技术;1998年05期
4 罗贤云;吉健康;张忠治;;雷达地杂波功率谱模型[J];电波科学学报;1992年04期
5 杜干,张守宏;分形模型在海上雷达目标检测中的应用[J];电波科学学报;1998年04期
6 陈轶,金亚秋;非均匀植被地表散射的Monte Carlo数值模拟与实验观测[J];电波科学学报;2001年01期
7 李中新,金亚秋;数值模拟低掠角入射海面与船目标的双站散射[J];电波科学学报;2001年02期
8 王涛,王雪松,肖顺平;一种极化测量雷达的角闪烁抑制方法[J];电波科学学报;2004年06期
9 潘威炎,张红旗;地层各向异性对极低频水平低架天线的影响[J];电波科学学报;2005年02期
10 胡绘斌,柴舜连,毛钧杰;宽角抛物方程在阻抗边界条件下的应用[J];电波科学学报;2005年04期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈彦辉;雷达信号检测的分形方法研究[D];西安电子科技大学;2000年
2 杜干;目标检测的分形方法及应用[D];西安电子科技大学;2000年
3 姚纪欢;粗糙海面的电磁散射研究[D];西安电子科技大学;2000年
4 童立;面向对象的水下声场仿真应用框架研究[D];西北工业大学;2002年
5 杨虎;植被覆盖地表土壤水分变化雷达探测模型和应用研究[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2003年
6 杨世海;相控阵雷达低空目标探测与跟踪技术研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
7 周力;城市小区电波传播预测算法研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
8 赵宏钟;毫米波多卜勒制导雷达信号处理方法研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
9 谢红梅;基于混沌理论的信号处理方法研究[D];西北工业大学;2003年
10 计明军;若干随机性全局优化算法的研究[D];大连理工大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈其科;城市环境电磁辐射的计算机分析[D];电子科技大学;2001年
2 李永顺;基于抛物线方程求解电大尺寸目标双(多)站RCS方法的研究[D];安徽大学;2003年
3 刘剑;海杂波背景下目标检测方法研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
4 洪丽娜;雷达地杂波建模仿真研究[D];国防科学技术大学;2003年
5 唐路;基于双谱散射模型的裸土壤湿度微波遥感反演研究[D];清华大学;2004年
6 赵小龙;蒸发波导环境中的电磁场分布研究[D];西安电子科技大学;2005年
7 王运华;粗糙面与其上方简单目标的复合电磁散射研究[D];西安电子科技大学;2005年
8 杨向锋;混沌在水中目标识别中的应用[D];西北工业大学;2005年
9 王海华;大气波导环境中电波传播特性及其应用研究[D];西安电子科技大学;2006年
10 陈大明;基于抛物线方程的电磁散射与传播问题的研究[D];安徽大学;2006年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡绘斌;陈建忠;姜永金;;一种基于Globe地图的雷达探测范围计算方法[J];电波科学学报;2010年01期
2 李广成;郭立新;吴振森;刘金海;;障碍物对蒸发波导中电波传播影响研究[J];电波科学学报;2011年04期
3 杨瑞;陈慧丽;;电磁场数据可视化系统设计与实现[J];信息技术;2011年06期
4 郑禹;陆鹏程;;米波雷达的低角测高分析[J];舰船电子对抗;2010年06期
5 赵小龙;黄际英;温志贤;张利军;王玉平;;大气波导中的电波传播与环境特性研究进展[J];装备环境工程;2009年05期
6 张敬卓;袁修久;赵学军;孟慧军;;基于APM的雷达探测范围三维可视化[J];计算机工程;2012年04期
7 张敬卓;袁修久;赵学军;孟慧军;;复杂环境下雷达三维探测范围[J];计算机应用;2011年10期
8 汪霜玲;何茜;何子述;;非高斯杂波下分置天线MIMO雷达的动目标检测[J];计算机应用研究;2011年02期
9 沈怀荣;余国浩;;导弹试验电磁环境仿真评估系统研究[J];航天电子对抗;2012年06期
10 王英;何小光;余贵水;吴三元;;海上电波传播预测模型研究与仿真[J];电子测试;2010年09期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 王晶;李智;来嘉哲;;基于宽角抛物方程的复杂电磁环境建模与仿真[A];2009系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2009年
2 刘帅;李智;;分步傅里叶算法在求解抛物型波动方程中的应用及精度分析[A];第13届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 郭熙业;主动声呐海底混响信号的合成方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
2 王波;基于雷达杂波和GNSS的大气波导反演方法与实验[D];西安电子科技大学;2011年
3 张军国;面向森林火灾监测的无线传感器网络技术的研究[D];北京林业大学;2010年
4 赵小龙;电磁波在大气波导环境中的传播特性及其应用研究[D];西安电子科技大学;2008年
5 杨超;大气波导中电磁波传播及反演关键技术[D];西安电子科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 董景均;导航雷达信号采集及目标提取技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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3 但金国;三维电波传播特性标量抛物型方程的研究[D];杭州电子科技大学;2010年
4 倪军林;矢量抛物线方程在电波传播中的应用[D];杭州电子科技大学;2010年
5 袁一鹏;同车多电台电磁兼容设计[D];杭州电子科技大学;2010年
6 龚树凤;宽带相参雷达杂波环境信号的建模与半实物仿真[D];南京航空航天大学;2011年
7 张永栋;基于抛物方程的电波传播问题研究[D];国防科学技术大学;2011年
8 赵蕾;海面上方简单目标复合电磁散射特性研究[D];西安电子科技大学;2008年
9 何玉柱;动态介质海面电磁散射特性及参数反演研究[D];西安电子科技大学;2008年
10 韩星星;雷达海杂波反演海面大气波导的研究[D];西安电子科技大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
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4 黄立基,丁菊仁;多标度分形理论及进展[J];物理学进展;1991年03期
5 张俊荣,张德海,王丽巍;微波遥感中的介电常数[J];遥感技术与应用;1994年02期
6 张德海,张俊荣,王丽巍;海洋微波遥感中的介电常数[J];遥感技术与应用;1994年03期
7 张俊荣,王丽巍,张德海;植被和土壤的微波介电常数[J];遥感技术与应用;1995年03期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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4 刘锦丽;变频单波段雷达方法识别冰雹云[J];大气科学;1988年04期
5 李锦江;雷达使用有效度的预测模型[J];数学的实践与认识;1988年01期
6 南玉盛;雷达参数测量的数据处理及误差分析[J];山西气象;1995年03期
7 苏涵智;713—C雷达“高压过载”故障维修几例[J];江西气象科技;1996年01期
8 田中玉;从宜宾测雨雷达检修看自备力量大修711雷达的优越性[J];四川气象;1996年02期
9 刘锦丽,孙海冰;区域降水分布定量测量及其在IMGRASS综合试验中的应用方案研究[J];气候与环境研究;1997年03期
10 张素芬,牛淑贞,潘新民;雷达联防在短时预报中的作用[J];河南气象;1999年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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6 李朝晖;蔡宏;罗菊英;;新一代天气雷达发射机温度报警现象分析与改进措施[A];2008年湖北省气象学会学术年会学术论文详细文摘汇集[C];2008年
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9 郭磊;;间歇采样转发对脉压雷达的干扰效能评估[A];2011年通信与信息技术新进展——第八届中国通信学会学术年会论文集[C];2011年
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8 林文全;驻马店雷达联防为淮服务[N];中国气象报;2003年
9 徐辉 王忠维 耿海军;新一代雷达:“火眼金睛”功夫不凡[N];解放军报;2002年
10 记者 承京 刘国刚;中航雷达与电子设备研究院成立[N];中国航空报;2004年
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10 许志勇;AEW雷达空时二维自适应处理降维方法研究[D];西安电子科技大学;1997年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孔庆慈;生产自动化测控系统和雷达监测技术在埕岛油田的应用研究[D];中国海洋大学;2005年
2 曾绍平;多功能光栅扫描显示控制器的设计[D];电子科技大学;2003年
3 穆飞航;基于C8051F120控制的雷达式生命探测仪后端系统的研制[D];第四军医大学;2005年
4 翟艺书;AIS与雷达数据融合的数学模型研究[D];大连海事大学;2005年
5 胡文娟;分布式雷达远程监控系统的设计与实现[D];四川大学;2005年
6 曹锐;缺陷接地结构(DGS)模型分析及在微波集成电路中的应用研究[D];合肥工业大学;2006年
7 黄娜;基于雷达和红外传感器的多传感器数据融合研究[D];吉林大学;2007年
8 包承育;基于介质谐振器的光导高功率微波源的研究[D];电子科技大学;2007年
9 盛洪江;某雷达伺服系统的分析、辨识与仿真[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
10 刘伟;通用雷达装备维修编制决策支持系统研究[D];国防科学技术大学;2004年
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