雷达分析（共12篇）
雷达分析 篇1
摘要：通过对影响地物目标的后向散射系数因素的分析,结合影响雷达图像色调的表面粗糙度、复介电常数、波长、入射角、极化方式、亚表面粗糙度和体散射、角反射器等主要因素,对雷达图像灰度的变化情况进行阐述。
关键词：雷达图像,后向散射系数,表面粗糙度,影响因素
引言
雷达图像实质上是一张地面目标对雷达发射信号散射的回波强度分布图，图像灰度及灰度空间变化所构成的纹理就是从雷达图像中提取信息的主要依据。雷达图像的灰度是地物目标后向散射回波强度的表现形式，目标的散射特性对雷达图像的形成及解译有重要的影响。因而,地面目标散射特性的研究是成像雷达微波遥感的重要研究内容之一。地物目标后向散射通常以雷达后向散射截面积σ或是后向散射系数σ0来表示，根据理论分析和大量实验结果，影响后向散射系数σ0的有关因素之间的定性解释：
λ—波长；θ—入射角；P—极化方式；—地物目标的参考方位角；ε—复介电常数；Γ1—表面粗糙度；Γ2—次表面粗糙度；V—体散射系数
下面主要分析影响地物目标后向散射系数σ0的以上7个主要因素。
1. 影响地物目标后向散射系数σ0主要因素分析
1.1 表面粗糙度的影响
这里表面粗糙度指的是小尺度的粗糙度，即尺度比分辨单元的尺寸要小得多的地面表面粗糙度，分为光滑表面、稍粗糙表面和十分粗糙表面三种情况。
完全光滑的表面产生镜面反射，其反射规律遵循斯涅尔定律，即反射角等于入射角，几乎没有回波信号，只有当雷达波束垂直于这类地物表面时，才能收到很强的回波。稍粗糙表面产生漫反射，各个方向均有反射能量的分布，雷达天线已经可以接收到少部分能量，图像出现回波信号但较弱。十分粗糙表面发生各向同性散射，即向各个方向比较均匀的反射能量，无镜面反射，此时雷达天线接收回波的强度比较强。
1.2 复介电常数的影响
物质的电性影响物质与电磁波能量之间的相互作用的程度，用复介电常数表示。复介电常数越高，对雷达波的反射作用越强，穿透作用越小。复介电常数相对于单位体积的液态水含量呈线性变化。地物含水量越高，雷达波穿透力减小，反射能量越大，图像变亮。
1.3 波长的影响
波长通过目标的表面有效粗糙度和复介电常数两方面影响回波信号。对同一实物表面粗糙度，波长不同，其有效粗糙度不同，对雷达波束的作用不同，直接影响地物目标对电磁波的散射方向分布，因而影响到回波能量的大小。波长不同目标的介电常数也不同。介电常数不同则影响到地物目标的反射能力大小和电磁波穿透力的大小。实际情况表明，当波长为1cm时，大多数表面被认为是粗糙面，而当波长为1m时，则很少有显得粗糙的。波长1m时，对湿润土壤的穿透能力为0.3m，而对干燥的土壤则有1m或1m以上。
1.4 入射角的影响
入射角的减小即目标表面有效粗糙的增加，散射回波面积大小也随之增大，图像亮度也会随之发生变化（非常粗糙面除外），非常粗糙的表面产生各向同性散射，无论对怎样的波长和入射角都是同一性质。
σ0（θ）曲线按入射角分为垂直入射区，平直区和近切向入射区三部分，如图1所示。确定三个区域的θv和θt因粗糙度而异。
一般在陆地上空，雷达波束的入射角都在平直区范围内，曲线的曲率变化不大，回波强度变化不大，相应的灰度变化不大，入射角非影响回波的主要因素。
对于大尺度粗糙度表面，即对山地等斜坡地形而言，当山坡朝向雷达波束时，σ0（θ）就会处于近垂直入射区，图像色调变亮。而背向雷达波束的坡面，σ0（θ）就会处于近切向入射区，图像色调变暗。其斜坡效应如图2所示。
1.5 极化方式的影响
当雷达成像系统发射的水平（或垂直）极化波（电磁波）与地表相互作用时，会使电磁波的极化方向产生不同程度的旋转，形成水平HH和垂直HV两个分量，可用不同极化的天线去接收，就形成两种极化方式的图像。
地面粗糙时：回波与入射角无关，地表散射各向同性，HH和VV的信号测量基本没差别。表面光滑时：回波和极化有一定程度的相关关系，水平极化可以低至15dB，比同表面垂直极化测量结果小。近垂直入射区时，两种极化的电场矢量都在水平面内，H H和H V（或V V和V H）的差别趋于消失，水面适用于此类情况。城区的房屋建筑H H比V V回波大，有时高出10d B，交叉极化比同极化低8-25d B，因此在比较同极化图像和交叉极化图像的灰度时应注意。
1.6 亚表面粗糙度和体散射的影响
当电磁波穿透地物时，第二层介质的表面粗糙度即亚表面粗糙度和第一层介质和第二层介质的体散射才会产生作用。体散射是当雷达波束穿透地物时，由于地物内物质的不均匀性，和不连续的空间位置分布，如树干、树叶、叶面等分布的随机性，引起体内散射的各向同性。如果地物内部物质是均匀的，则不会产生体散射，而只会表现出表面散射信息。
1.7 角反射器效应的影响
当地物目标具有两个相互垂直的光滑表面或有三个互相垂直的光滑表面时就是所谓的角反射器。如图3所示。
当雷达波遇到角反射器时，由于角反射器每个表面的镜面反射，使波束会回转180度向来波方向传播，这使得各条射线返回去的时候方向相同，相位也相同，故信号相互增强，回波信号极强。在两面角雷达图像上出现相应于两平面交线的一条亮线，在三面角图像上形成相应于三个面交点的一个亮点。
对于角反射器，两面角轴线与雷达波束所在平面的夹角称为指向角。当指向角为900时，回波最强，但三面角无指向角的明显效应，无论雷达波束方向如何，其回波总是比较强的。
2. 结束语
影像反映的信息更多是地表自然状况，雷达影像比光学遥感对地物纹理的反映更为细密，层次更丰富。分析影响地物目标图像特征的诸要素，对于图像的解译和目标识别是非常重要的。只有对图像信息作出正确的分析和判断，才能更好地在科研、生产等各方面的应用中发挥作用。
参考文献
[1]舒宁.微波遥感原理(修订版).武汉:武汉大学出版社.2003
[2]潘习哲.星载SAR图像处理.北京:科学出版社.1996
[3]郭华东.雷达图像分析及地质应用.北京:科学出版社.1991
雷达分析 篇2
国外合成孔径雷达卫星发展趋势分析
合成孔径雷达(SAR)卫星能克服云雾雨雪和夜暗条件的`限制对地面目标成像,可全天时、全天候、高分辨率、大幅面对地观测,这对于观测长年受云覆盖的地区尤为重要.在军事侦察、军事测绘及诸多民用领域可发挥重要作用,近年来受到世界各国高度重视并得到迅速发展.
作 者：孙佳 SUN Jia 作者单位：61646部队刊 名：装备指挥技术学院学报 ISTIC英文刊名：JOURNAL OF THE ACADEMY OF EQUIPMENT COMMAND & TECHNOLOGY年，卷(期)：200718(1)分类号：V19关键词：合成孔径雷达卫星 航天侦察 趋势
雷达分析 篇3
关键词：汽车安全性测距技术防撞雷达
0 引言
为保障汽车驾驶时的舒适性和安全性，世界各国对汽车防撞技术的研究和发展投入了大量的人力、物力和财力。据统计，危险境况时，如果能给驾驶员半秒钟的预处理时间，则可分别减少追尾事故的30％，路面相关事故的50％，迎面撞车事故的60％，所以现代汽车安装各类雷达系统以保障行车安全。
1 超声波距离测距
它利用超声探测原理，在司机倒车时，能正确的从数码显示器上了解汽车尾部与障碍物之间的距离。当测距显示小于报警距离时，还能准确报警，及时提醒司机刹车。超声波一般指频率在20kHz以上的机械波，具有穿透性较强、衰减小、反射能力强等特点。超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理装置三部分组成。工作时，超声波发射器不断发出一系列连续的脉冲，并给测量逻辑电路提供一个短脉冲。超声波接收器则在接收到遇障碍物反射回来的反射波后，也向测量逻辑电路提供一个短脉冲。最后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理，自动计算出车与障碍物之间的距离。超声波测距原理简单，成本低、制作方便，但其在高速行驶的汽车上的应用有一定局限性，这是因为超声波的传输速度受天气影响较大，不同的天气条件下传播速度不一样；另一方面是对于远距离的障碍物，由于反射波过于微弱，使得灵敏度下降。故超声波测距一般应用在短距离测距，最佳距离为4～5米，一般应用在汽车倒车防撞系统上。
2 毫米波雷达长距离测距
为了更好的适应道路交通状况，解决盲区视野问题，在日本和美国开展了大量的工作。如应用毫米波雷达CCD摄像检测交通状况，根据危险程度改变直观信号的音调、颜色和位置，并在显示器中显示。实现高度智能化，极大的改善车辆的安全性。雷达是利用目标对电磁波反射来发现目标并测定其位置的。汽车上应用的雷达采用的是30GHz以上的毫米波雷达。毫米波频率高、波长短，一方面可缩小从天线辐射的电磁波射束角幅度，从而减少由于不需要的反射所引起的误动作和干扰，另一方面由于多普勒频移大，相对速度的测量精度高。在汽车上应用毫米波雷达测距，探测性能稳定，环境适应性能好。
3 激光测距
激光测距装置是一种光子雷达系统，它具有测量时间短、量程大、精度高等优点，在许多领域得到了广泛应用。目前在汽车上应用较广的激光测距系统可分为非成象式激光雷达和成象式激光雷达。非成象式激光雷达根据激光束传播时间确定距离。它的工作原理是：从高功率窄脉冲激光器发出的激光脉冲经发射物镜聚焦成一定形状的光束后，用扫描镜左右扫描，向空间发射，照射在前方车辆或其他目标上，其反射光经扫描镜、接收物镜及回输光纤，被导入到信号处理装置内光电二极管，利用计数器计数激光二极管启动脉冲与光电二极管的接收脉冲间的时间差，即可求得目标距离。利用扫描镜系统中的位置探测器测定反射镜的角度即可测出目标的方位。
成象式激光雷达又可分为扫描成象激光雷达和非扫描成象激光雷达。扫描成象激光雷达把激光雷达同二维光学扫描镜结合起来，利用扫描器控制激光的射出方向，通过对整个视场进行逐点扫描测量，即可获得视场内目标的三维信息。非扫描成象式激光雷达将光源发出的经过强度调制的激光经分束器系统分为多束光后沿不同方向射出，照射待测区域。由于非扫描成象激光雷达测点数目大大减少，从而提高了系统三维成象速度。
在汽车测距系统中，非成象激光雷达更具有实用价值。同成象式激光雷达相比，具有造价低、速度快、稳定性高等特点。但由于激光雷达测距仪器工作环境处于高速运动的车体中，振动大，对其稳定性、可靠性提出了较高的要求，其体积也受到了一定的限制，同时还要考虑省电、低价、对人眼安全等因素。这些决定了其光源只能采用半导体激光器。目前，在汽车上，上述各种激光雷达测距仪均有应用，但成象式激光雷达还在进一步研究之中。
3.1 自适应巡航控制(Adaptive Cruise Contro) 该装置是通过装在汽车前方的雷达传感器，帮助司机保持适当车速并控制与前方车辆的距离。当需巡航控制时，可通过节气门的控制和有限制动来调节车速，保持车辆前后之间的距离，并可减少手动变速的动作。
3.2 防碰撞预警系统(COllision Warning Systems)
3.2.1 防碰撞预警探测系统 该系统采用76GHZ的微波雷达传感器，能探测距离车辆前方150m以上的物体，不受车辆行驶速度的影响。它能根据所测出的障碍物与本车辆的距离，给司机发出不同的警告，如司机对发出的视觉闪光警告未作出反应，能立即发出蜂鸣声或响铃报警。如车辆在行驶状态时，即能自动工作，可减少前面碰撞的危险。
3.2.2 防侧面(左右两边)碰撞预警探测系统 该系统采用微波雷达探测行驶在盲区内的车辆及警告司机注意车道左右两旁的车辆和行人的距离等。当车辆在正常行驶状态时，该侧面探测预警系统会自动工作，它不会对雷达探测器及其他电子系统造成干扰。
3.2.3 防后部碰撞预警探测系统 该系统采用微波雷达探测车辆后部司机看不到区域内障碍物体(固定的或移动的)，探测距离为5m以内，当车辆正常行驶时也会自动工作，能测出后面跟随车辆的距离，提供警告预防后部车辆碰撞。它为倒车和停车泊位提供了帮助。
3.3 碰撞干预预警系统(ColIision Intervention Systems) 该系统通过微波雷达探测系统，向司机发出预警后，司机如未能及时采取措施，系统就能通过发动机的节气门控制和有限制动，使车辆自动减速，直至车辆停驶。另外，该系统还能自动控制转向，帮助司机将车辆行驶在正确的车道上，这对女性驾驶汽车提供了很多方便。1999绅宝9-5型轿车因此销售量大幅度上升。
4 高招度的摄像系统测距
CCD摄像机是一种用来模拟人眼的光电探测器。它具有尺寸小、质量轻、功耗小、噪声低、动态范围大、光计量准确、其线扫描输出的光电信号有利于后续信号处理等优良特性，在汽车行业也得到了广泛的应用。利用面阵CCD，可获得被测视野的二维图像，但无法确定与被测物体之间的距离。只使用一个CCD摄像机的系统称为单目摄像系统，在汽车上常用于倒车后视系统，辅助驾驶员获得后视死角信息，以避免倒车撞物。为获得目标三维信息，模拟人的双目视觉原理，利用间隔固定的两台摄像机同时对同一景物成象，通过对这两幅图像进行计算机分析处理，即可确定视野中每个物体的三维坐标，这一系统称为双目摄像系统。双目摄像系统模仿人体视觉原理，测量精度高。但目前价格较高，同时由于受软件和硬件的制约，成象速度较慢。随着计算机软硬件性能的提高，最终将得到广泛应用。
目前，在国外已有一些汽车厂家推出了可根据路况控制车速的装置，如新款奔驰S系列高级轿车装备了安全距离自动控制雷达系统，不仅可自动调节车速，还能根据的速确定与前车的距离。新系统在汽车后视镜背后装置了两台微型摄像机以充当“眼睛”。两台摄像机指向汽车前方，其间距与人自然间距接近，可提供汽车前方交通情况的三维图象。通过对比，电脑系统对汽车在道路上所处的位置以及周围的路况等进行判断，然后通过传动装置对汽车的方向盘、油门或刹车进行自动控制。司机只需重新握住方向盘或踩下油门或刹车，即可轻易“夺回”对汽车的控制权。
某型雷达测量精度分析 篇4
关键词：雷达,测速,测距,样条拟合,测元匹配,差分
1 引言
本文结合仿真数据处理的结果, 采用样条拟合法求随机误差、测元匹配诊断系统误差、与融合飞行器轨迹进行差分比较三种方法, 对某型雷达的测距和测速的测量精度进行综合分析。
2 样条拟合统计随机误差
下面采用样条函数拟合出各测元在每个测量时间节点上的值, 求出仿真数据值与拟合值的差, 然后统计残差的根方差, 以此来统计测量设备的随机误差[1]。
采用样条拟合得到的各站飞行器轨迹精度参见表1。
从样条拟合误差统计结果可看出:测距参数和测速参数的随机误差都较小。
由于各站情况类似, 因此在本文中统一选取数据质量最好的2#站的数据进行画图比较。
由拟合后的残差曲线可以看出:除在段落开始或结束点附近和特征点残差抖动较大外, 其余点处测量数据很稳定。
样条拟合结果表明:测距的随机误差都较小, 测速某些段随机误差都较大, 其余大部分随机误差都较小。
3 测元匹配诊断系统误差
测元匹配的基本思想:对于一种测量设备的定位测元和速度测元来说, 二者在物理上是满足积分匹配和微分匹配的。积分匹配是指利用速度测元进行积分得到位置与定位测元作差, 对于正常的测元来说, 其差是一均值为零的近似白噪声序列, 如果不满足, 则说明定位测元或速度测元二者其一存在问题。例如对于差分结果如果呈现明显的线性趋势, 则在很大程度上说明速度测元存在系统误差。另外, 还可以使用微分匹配进行类似的检测, 即对位置测元进行拟合微分然后与速度测元作差。
由于中心平滑无法对端点的数据进行处理, 所以本文对测速匹配数据头尾数据赋该点的测速值, 这样在作比对时, 头尾数据残差为零, 不会影响对中心数据的分析。
对各站测量数据采用下面方法进行处理, 即对测速数据进行积分, 与测距作差, 统计测距残差均值[2]。
测元匹配统计结果参见表2。
由于各站情况类似, 因此在本文中统一选取的2#站的数据进行画图比较。
由匹配残差曲线可以看出:
在2#第1段, 测距有4米左右的系统偏差;在1 0 9秒、1 2 0秒、1 3 2秒, 测速有突变。在2#第2段, 积分匹配残差在185秒开始残差曲线倾斜, 说明该段测速数据有系统偏差。
测元匹配结果表明:此雷达测距测速都存在一定的系统误差。
4 融合飞行器轨迹反算测元
各站测量数据和融合飞行器轨迹作差, 统计出测距和测速的随机误差和系统误差, 参见表3。
2#各测元 (测距、测速) 与融合飞行器轨迹的差分曲线参见图5、图6。
由测元与融合飞行器轨迹比对统计表和残差曲线图可看出:
此雷达测距比较稳定, 但测速在某些点有较大的随机误差。测距测速都存在一定的系统误差。
5 结论
通过上述样条拟合、测元匹配、与融合飞行器轨迹比对三种方法综合分析, 可得出如下结论:此雷达测量设备测距比较稳定, 但测速在某些点有较大的随机误差。测距测速都存在一定的系统误差。
参考文献
[1]刘利生.外测数据事后处理[M].北京:国防工业出版社.2000.
雷达分析 篇5
应用天气图、卫星云图资料,重点应用天津新一代天气雷达(CINRAD/SA)产品,对207月15日发生在天津市宁河县的冰雹天气过程和8月16日发生在天津地区的强降水天气过程进行对比分析,重点分析了速度图上中尺度系统的回波特征和反射率图上的图像特征.结果表明:虽然产生这两次强对流天气的影响系统不同,但雷达回波上显示都是超级单体风暴,强降水超级单体风暴产生的是77.5 mm・h-1的暴雨且回波移动方向不会发生改变;弱降水超级单体风暴产生的是直径40 mm的大冰雹且回波移动方向发生了180°的改变.速度图上的特征也不相同,强降水超级单体风暴显示的`是“逆风区”特征;弱降水超级单体风暴显示的是中气旋特征.对回波转向原因进行了分析,得出了回波将向核区直径较大、旋转速度较大的中气旋所在方位转向的结论.
作 者：胡玲 张殿江 吴强 Hu Ling Zhang Dianjiang Wu Qiang 作者单位：胡玲,吴强,Hu Ling,Wu Qiang(天津市气象台,天津,300074)
张殿江,Zhang Dianjiang(天津市静海气象局,天津,301800)
雷达分析 篇6
关键词：UML；分析建模；雷达信号分选；图
中图分类号：TP872文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)12-21609-03
UML and it's Application to the Analysis Modeling of Radar Signal Sorting System
YONG Yuan-hong1,LI Li-ping1,LIU Nai-qi2
(1.School of E.E, UESTC, Chengdu 610054,China;2.School of C.S.E, UESTC, Chengdu 610054,China)
Abstract:UML (unified modeling language) is widely supported by software industry nowadays as a kind of standard modeling language in field of software engineering. It becomes more and more popular in systems analysis. Modeling is that people use diagrams to technically express functions of all aspects of system. Real-time UML represents one of development trends of radar software design. This paper briefly introduces UML and makes use of using case diagrams and activity diagrams of UML to process analysis modeling of software design of radar signal sorting system and to establish using case model, static model and dynamic model of software design of radar signal sorting system.
Key words:UML;analysis modeling;radar signal sorting system;diagram
1 引言
在现代战争中，雷达的大量使用形成了复杂的电磁环境。电子侦察的电磁环境的复杂、密集使雷达信号分选所遇到的挑战越来越大，雷达信号分选的实时性和识别的正确性是雷达信号分选遇到的最大挑战。这使信号分选软件设计的复杂程度也随之不断增加，而研发周期却在缩短。如何及时地开发出优质、高效、满足要求的系统性的软件是每个软件设计人员都面临的难题。此外，随着系统复杂性急剧增加，C语言对应的传统结构化设计方法已不能满足软件设计和开发的需要，能不能把面向对象开发与C语言的优点结合起来？对这个问题，已经有人提出过一些方法。主要集中在用C语言来实现C++的语法，如用结构来模拟类，用函数指针来表示成员函数。这些方法使得本来语法就已经很复杂的C语言更加麻烦，同时没有了C语言快速、高效的优点。这里提出一种新的方法，用面向对象方法进行分析和设计，最后直接用C语言进行编码。正是基于这一点，本文从软件工程学的角度将UML(Unified Modeling Language)应用到信号分选系统软件分析设计中来提高我们的开发效率，缩短研发周期。
2 UML概述
UML 通过事物、关系和图来描述建模内容。UML中有３种基本构造块。分别是事物、关系和图。事物分结构事物（包括类、接口、协作、用况、主动类、构件和节点)、行为事物（包括交互和状态机）、分组事物和注释事物。UML中有四种关系，分别是：依赖（表明对象之间的依赖性）、关联（表明对象与对象之间有联系）、泛化（一般元素和特殊元素之间的分类关系）和实现关系（规格说明与实现之间的关系）。通过事物和关系来描述客观事物的抽象。图是UML的核心；图是软件系统在不同角度上的投影；图是包含事物及其关系的组合。 UML采用多视图表示模型的不同侧面，表示各种元素和概念之间的划分，而每一类视图使用一种或两种特定图来可视化地表示视图中的概念。在UML中共定义五类、九种模型图。静态结构图（其中包括类图和对象图和用例图）、顺序图、协作图、状态图、活动图、实现图（其中包括构件图和配置图）。在开发过程中，可根据不同阶段的具体要求，选择不同的图形来描述系统的静态结构模型或者动态行为模型。
3 UML在分析建模中的优势
在工程分析与设计过程中，建模是促进开发人员对需求更好的理解、更清晰的设计、更容易维护的系统的最佳途径。它是从复杂信息中提取本质抽象的过程。而这种抽象指引着项目的方向、决定项目的成功。基于UML的分析建模，可以帮助设计和分析人员对问题的描述，以达到相同的理解，使分析的正确性得到保障。统一建模语言UML是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言，主要适用于分析与设计阶段的系统建模。UML总结了以往建模技术的经验并吸收当今优秀成果的标准建模方法。UML能够描述系统的静态结构和动态行为，是一个绘制软件概念图的图形化记法。人们可以用它绘制图形，来表示一个计划进行的软件设计的问题域，或者用这些图来表示一个已经完成的软件实现。目前， UML作为可视化、详述和构造、文档化的通用建模语言得到了界的广泛支持，并日渐成为系统分析中的一种标准建模语言。UML在建模中的優势主要表现在：
(1)UML 适用于各种软件开发方法、软件生命周期的各个阶段、各种应用领域的建模包括大型的、复杂的、实时的、分布式的、集中式数据或计算的、嵌入式的系统；
(2)在实现编程语言和开发平台方面。 UML可应用于运行各种不同的编程实现语言和开发平台的系统。其中包括程序设计语言、数据库、4GL、组织文档及固件等。在各种情况下，前部分工作应当相同或相似，后部分工作因各种开发媒介的不同而有某种程度上的不同。
(3)UML溶入了软件工程领域的新思想、新方法和新技术。它的作用域不限于支持面向对象的分析与设计，还支持从需求分析开始的软件开发的全过程。UML最主要的特点是表达能力丰富，便于人员之间的交流，利于理清系统软件各部分之间的关系，减少语义差异。
4 UML在选系统软件设计中分析建模的应用
信号分选软件是系统性的软件，所以有必要将系统分解成多个容易被理解的块，以便能够理解和控制系统的复杂性，能从整体的角度把握一个完整的信号分选系统。我们使用UML对信号分选软件系统进行分析建模，分析建模必须清楚系统需求，这是建立软件设计的基础。因此在进行分析建模之前，给出系统的硬件结构图（如图1）以便更好地理解软件系统的设计。在信号分选系统软件设计中，实时性、并发性、健壮性和可靠性是雷达分选系统软件的特点和要求。UML2。0已经吸收了各种流行工具的优点，考虑到了实时性的要求。在分析阶段用UML对其进行建模分析能对我们更好理解分选系统软件的功能，确保软件的质量。
图1 信号分选系统EVM硬件总体框架
对软件需求的完全理解对软件开发工作的成功是至关重要的，系统需求就是明确待开发软件系统的目标和功能，雷达信号分选系统的目标和功能就是从侦察系统截获的大量交叠的脉冲流中分离出各个雷达脉冲列。在了解了分选系统的硬件框架和明确分选系统的功能和目标之后，即可进行分析建模。图2是本系统分析建模的分析过程流程图。在系统的静态和动态模型以及功能模型中，功能（用例）模型是系统的核心。它驱动着其他两个模型的开发。因此，可以采用如下建模过程：首先从系统功能需求建立用例模型，确定系统的功能；随后，利用用例模型和功能需求进行分析建立系统的静态模型，并且将系统的功能需求分解。然后，建立系统的动态模型，描述各个对象如何完成指定的功能；最后，需要对前面建立的三个模型进行一致性检验，确保系统模型的一致性。按照需求分析的过程，建模首先描述系统需求，对系统的功能进行建模，得到系统的用例模型;然后根据需求对系统静态建模，以构造系统静态结构模型;最后描述系统的行为，对系统动态建模，实现系统的行为模型。本文对在分析建模中应用的主要图形:用例图、类图和活动图，并结合信号分选系统软件的开发阐述UML在分析建模中的实践。
图2 基于的需求分析过程
4.1 建立信号分选系统软件的功能模型
在功能分析阶段，要明确雷达信号分选系统的功能，主要用UML的用例图，用例图是对一个角色使用系统的一项功能时进行的交互过程的一个描述，它形象，直观，便于交流。所有用例的集合表示了系统完整的功能。但它是一种黑盒子方法，只能看到外部的功能特征，看不到内部的实现细节。系统的功能模型用例图如图3。
4.2 建立信号分选系统软件的静态模型
创建静态模型时，主要完成数据的建模。静态模型是在功能建模的基础上从软件的体系结构角度描述系统各用例内部和之间数据的关系，由于信号分选系统软件不同与一般的商业软件，针对雷达分选系统的特点，面向对象的一些高级特性不能使用，动态创建对象、派生和多态这样的特性会大大降低系统速度并增大代码空间和数据空间。本系统采用结构化的数据模型，主要的数据类型有：就是利用到达时间（TOA）、到达方向（DOA）、脉冲宽度（PW）、脉冲重复周期（PRI）、载频（RF）、脉冲调制方式（PM）等参数形成每一部待分选雷达的脉冲描述字（PDW），控制类，显示类，环境设置类。同时建立雷达系统的已知数据库和未知数据库以及对已知数据库的更新，主要应用的是类图。UML 的标准扩展把类归为三种：边界类、控制类、实体类。这三种构造型化的类从本质上来说是三层体系结构思想的体现。配置性能参数，用静态类图建立系统的静态模型。静态类图如图4。
图3 信号分选系统的用例图
定义 4 个类及类中的方法和操作：
用户类：SystemManager
边界类：ConfigUI、
控制类：ConfigWorkflow
实体类：ConfigPerformanceParaDisposal
类中衍生的表 Config Table&performanceConfigTable
图4 系统的静态类图
4.3 建立信号分选系统软件的动态模型
系统的行为模型可在系统功能和整体结构模型基本确定之后即可建立。在UML中，用来表示动态模型的图形有状态转换图、顺序图、协作图、活动图等。本文选择用活动图建立动态模型，活动图描述系统中的各种活动，实质上是一种流程图，只不过表现的是从一个活动到另一个活动的控制流。活动图描述活动的序列，并且支持并发行为和条件行为。图5给出了用活动图表达的系统动态模型。
5 结论
UML作为软件工程学的一个重要的应用工具，其分析模型的可视化和直观性得到了广泛的认同，使分析的正确性得到保障。在商业性软件的开发方面得到了广泛的应用。但在一些特定的行业的应用还不是很多，使得分选系统的软件需求，系统不同模块的功能以及系统各模块的数据关系有了一个清晰的认识。在保证软件的正确性和健壮性起到了很大的作用。由于雷达信号分选软件的特殊性和复杂性，为了成功地开发出满足要求的软件，必须有好的建模工具帮助我们对对系统功能及其数据关系有清晰，完整的认识。以UML代表的软件建模技术代表着当今软件开发的发展趋势，它势必对提高雷达软件设计的质量，推动雷达软件的開发产生重要的作用。
图5 信号分选系统的活动图
参考文献：
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隧道衬砌雷达检测实例分析 篇7
关键词：地质雷达,隧道,无损检测,破检验证
0 引言
随着我国铁路事业的高速发展, 大量的铁路线路投入建设, 尤其是一大批的城际铁路、客运专线等高速铁路的开工建设, 铁路隧道的规模和数量也越来越大, 对隧道工程质量的要求也越来越高。云南地区山高路陡, 地质条件复杂, 隧道施工环境相对恶劣, 若施工工艺不规范、工序不严格, 易产生隧道衬砌厚度不足、衬砌与围岩不密实、出现空洞、隧道渗漏水等质量通病, 如不能及时发现并纠正这些质量问题, 将会影响工程的交付使用和营运安全。地质雷达法作为一种浅层探测的新方法, 以其准确、高效、无损、经济等优点在铁路工程隧道衬砌质量检测等方面得到了广泛的应用[1]。本文通过云南在建铁路工程多座隧道衬砌所开展的地质雷达无损检测工作, 总结了现场检测的工作方法与技术难点, 结合检测实例对不同类型的缺陷波形展开分析, 并在部分隧道进行破检, 验证了波形判断的准确性。
1 地质雷达法检测隧道衬砌的工作原理
地质雷达是一种宽频带高频电磁波探测介质分布的非破坏性的探测仪器, 它是通过一对天线的连续拖动的方式获得断面的扫描图像, 由发射天线T向地下介质中发射一定主频的电磁脉冲波, 电磁脉冲波在地层介质中传播时, 遇到地下介质中的物性介面 (主要指电阻率和介电常数的差异分界面) 时, 发生波的反射和透射;被反射的电磁波传回地面, 被接收天线R所接收, 电脑和仪器控制并接收从接收天线经电路和光缆传回的地下反射回波信息, 在电脑中存储每一测点上波形序列的振幅及波的旅行时间, 沿测线等间隔移动天线, 在每一观测点上可获得一个波形序列, 对于整条测线就可形成一条雷达剖面, 如图1所示。
铁路隧道衬砌为层状结构, 均为非磁性介质, 各层介质的介电常数有明显的差异, 它们之间能形成良好的电磁反射界面。当结构层发生破损 (如出现空洞、裂隙、脱空等) , 在雷达资料中便会出现明显的特征反射, 如脱空时将产生夹层反射, 空洞会产生绕射等, 因此在铁路隧道衬砌结构层划分、病害检测、隐患调查中具有良好的检测效果[2,3]。
2 现场检测的工作方法与技术
2.1 测线布置
依据现行的《铁路隧道衬砌无损检测技术规范》, 对于单线隧道, 纵向布置测线6条, 对于双线隧道, 纵向布置测线7条[4]。一般来讲, 一般是对拱顶、拱腰、边墙和仰拱四大部位进行检测 (如图2) 。
2.2 天线频率及时窗的选取
目前市场上的地质雷达一般备有中心频率从16MHz到1GHz的各种天线, 而天线的中心频率决定了地质雷达分辨最小异常的能力和所能探测到最深的目的体的深度。对于隧道衬砌而言, 可针对检测目的选择天线频率, 如对衬砌厚度精度要求较高, 宜采用900MHz天线, 若检测范围较广泛, 宜选一般通用的400~600MHz天线。
时窗是地质雷达数据采集时必须设置的一个参数, 通过这个参数我们可以确定地质雷达主机系统在发射雷达脉冲信号后多长时间开始记录经地下地质体反射回的雷达波。在选择此参数时应该注意以下问题, 若时窗选取得过小, 雷达波没有到达探测目的体就被返回, 无法达到探测目的;反之, 时窗选取过大, 由于电磁波在介质中的衰减, 则可能使部分时间段没有信号。
2.3 增益设置
由于从雷达天线进入地质雷达系统的信号的振幅很低, 因此必须经过系统放大才能被浏览和解释, 这就是通常所说的增益, 探地雷达增益参数可以设置为自动或手动。若用户选择自动, 则雷达系统会根据接收的数据自动设置增益曲线;若选择手动增益, 则应该在增益设置完成后使得雷达波反射的最大振幅在示波器中占75%的宽度。综观国内外有关地质雷达方面的文章, 很少有人涉及到数据采集时增益参数设置的研究[5], 这就使许多地球物理工作者认为增益对数据采集的影响不大, 习惯采用自动增益, 通过实验及实例研究发现, 数据采集时增益设置是否恰当对所采集的数据有着很大的影响, 故建议为保证得到效果较好的原始数据, 应尽量使用手动增益。
2.4 里程标记
为保证时间剖面上各测点的位置与实际检测里程的位置相对应, 在隧道边墙上, 每5m应作一标记, 并标注里程以供核对。同时, 应尽量使天线匀速移动, 并在时间剖面上手动打上标记, 确保仪器上记录里程与实际里程、设计资料相互对应。
3 检测实例
采用美国GISS公司SIR20型地质雷达以及900MHz、400MHz屏蔽天线, 对云南地区在建的多条铁路线的隧道工程质量进行检测。使用专业雷达数据处理软件, 对雷达图像的处理, 使得探测目标体的信号反映更加明显, 以帮助我们判读混凝土内部的异常位置及形态。
3.1 二衬混凝土不密实
普通混凝土的雷达反射波形特征和混凝土的密实程度有关:密实度好的混凝土反射波衰减速度基本一致, 在图像上会显示出同相轴基本连续的特征, 反之, 密实度差的混凝土, 在图像上会显示出同相轴不连续的特征。图3 (a) 中所示为二衬钢筋混凝土背后不密实情况;图3 (b) 中二衬为素混凝土, 图中二衬与初支的同相轴反射界面清晰, 在二衬浅部混凝土中存在小孔洞。
3.2 钢筋及钢拱架
若混凝土内部有钢筋且钢筋走向和雷达天线移动方向垂直, 则在图像上会显示出小月牙型图像, 钢拱架则显示出大的圆弧特征;若钢筋走向和天线移动方向平行, 则会显示出波形粗黑的特征。图4 (a) 、4 (b) 为同一隧道同一施工参数下测得的数据, 可以明显看出图4 (a) 中钢筋间距布置过大;图4 (c) 为典型的有钢筋、钢拱架情况下二衬雷达检测剖面图;图4 (d) 中反应的是在施工过程中二衬表层钢筋未按实际设计施工。
3.3 脱空及空洞
由于空气和二衬混凝土、喷射混凝土、围岩之间的介电常数差异更为明显, 故当二衬与初支间存在脱空、初支与围岩间存在脱空时, 地质雷达反射波波形畸变会因不同介质的电性差异而更加明显。图5 (a) 、5 (b) 反应的是防水板部位二衬与初支间存在脱空现象;图5 (c) 、5 (d) 反应的是围岩超挖未回填密实, 初支背后存在空洞。
3.4 二衬混凝土厚度
对于计算厚度而言, 介电常数的确定是非常重要的, 现行的文献[6]里和实际情况都是在同一检测体已知厚度的混凝土上进行标定。但据作者理解, 即使同一隧道, 不同里程段它的混凝土配合比不同、强度不同、围岩参数不一样 (有的衬砌是素混凝土, 有的是钢筋混凝土) , 对介电常数或者说是厚度的确定而言, 其实是有一定误差的, 通过在云南地区不同线路多座隧道的检测结果及破检验证[7]来看, 其误差在±3cm (900M天线) , 对厚度判断的准确率达到90%。
二衬混凝土厚度不足存在两种情况:一是欠挖导致围岩侵入二衬造成混凝土厚度不足, 如图6 (a) ~图6 (c) 所示;二是严重脱空尤其是施工缝处漏斗形的脱空致二衬厚度不足, 见图6 (d) , 这种情况在隧道施工中是最常见的缺陷。
4 结论
本文通过云南在建铁路工程多座隧道衬砌所开展的地质雷达无损检测工作, 总结了现场检测的工作方法与技术难点, 结合检测实例对不同类型的缺陷波形展开分析, 并在部分隧道破检验证了波形判断的准确性, 表明地质雷达法可作为控制和评价隧道工程质量的有效检测手段。
参考文献
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复杂体制雷达信号的特点分析 篇8
1 波形的复杂化和多样化
目前, 侦察系统对雷达辐射源信号类型的识别主要是对信号的人为调制类型的识别, 人为脉内调制信号形式主要包括脉内相位调制、频率调制、幅度调制和3种调制组合的混合调制。
1) 脉内频率调制。脉内频率调制又分为连续调频和离散调频两类。连续调频的主要信号类型有线性/非线性调频雷达信号和V型及非对称双线性调频雷达信号。离散调频是把发射机的宽脉冲分成若干子脉冲, 每个子脉冲包络中有不同的载频, 因此称为脉内频率分集, 又称为脉内频率编码, 基本为固定载频。但有的文献里将频率分集信号分成顺序和同时两种。脉内频率调制信号在相控阵、低截获概率以及多输入多输出等雷达中的应用较为广泛。
2) 脉内相位调制。相位编码脉压信号是现代雷达采用最多的一种脉压调制形式。集成电路和数字技术的发展, 特别是直接数字频率合成器技术的成熟, 使雷达能精确、快速地产生各种相位编码信号, 构成自适应的相位编码脉冲压缩系统。相位编码通常采用伪随机序列编码, 该编码具有很大的自相干作用, 使接收机不能相干处理。现代雷达可根据处理增益的要求, 在单个脉冲内产生多达几千个码位的调制。相位编码信号在脉冲多普勒、低截获概率以及准连续波等雷达中的使用较为广泛。
3) 脉内混合调制。脉内混合调制是将发射的宽脉冲分为若干子脉冲, 根据雷达应用功能的实际需要, 每个子脉冲进行各自的窄带调制。近年来, 复合调制组合波形设计愈来愈受到人们的关注。由于采用单一调制的雷达信号的存在易截获易干扰的缺陷, 而且单一调制信号在现有技术条件下, 难以实现较大的时宽带宽积, 低截获性能受到限制。采用信号组合的方法能够得到大时宽带宽积的复合信号, 并实现各个单一信号的各自特点的有机结合, 提高距离分辨率或速度分辨率。比如相位编码信号的抗干扰性能较好, 但相位编码信号对多普勒频率比较敏感, 而线性调频信号的优点是对多普勒频率不敏感, 但其信号形式比较简单易受敌方干扰, 这样采用脉内线性调频, 脉间相位调制就较好的弥补了各自的调制所带来的缺陷, 而且采用混合调制还增加了信号的频谱宽度, 提高信号的时宽带宽积, 从而提高雷达的距离分辨力和速度分辨力。复合调制还可以提高信号的伪随机程度和随机特性, 从而增加截获接收机进行检测、识别、跟踪的难度, 具有更高的低截获性能和抗干扰性能。目前采用复合调制的雷达信号类型较多, 比如对脉冲内部采用线性调频, 而脉冲之间采用伪随机码相位调制, 或者脉内采用调频, 脉间采用步进、跳频等。雷达信号所采取的这些新的调制方式为侦察信号处理带来了新的挑战。
2 参数的多变性和快变性
雷达辐射源信号的分选与识别通常是利用信号参数的相关性来实现的。表征雷达特征的常规参数有载频、脉宽和脉冲重复周期等。
载频是用于信号分选的一个重要参数, 侦察系统的频率覆盖范围达通常可达到0.5-20GHz, 包含了绝大多数雷达的工作频率。现代雷达中大多数雷达能实现频率捷变, 以实现反侦察和抗干扰的目的, 如脉冲多普勒、低截获概率以及相控阵雷达等。载频变化的范围正在不断的扩宽, 超宽带雷达的发展日新月异, 工作频率点数增多, 变化样式灵活, 如国内某新型雷达, 可在几百兆赫兹范围内的多个频点进行变换, 脉间、脉组自适应捷变频。这就对利用载频分选造成了困难。
脉冲宽度是信号分选与识别可利用的另一个参数, 但信号环境的复杂化密集化、脉冲宽度取值的灵活可变及各个辐射源脉冲宽度取值范围的重叠, 对信号分选中利用脉宽造成不利影响。如某型雷达的信号脉宽有七种可以选择。
脉冲重复周期 (也称之为重频) 也是信号分选与识别的一个重要参数。单就重频参数而言, 脉冲多普勒等雷达为了分辨距离模糊和速度模糊或者为了对抗侦察干扰的目的, 就采用了各种不同形式的重频。目前常用的重频类型有:
1) 固定 (或恒定) 的重频。常用于搜索雷达和跟踪雷达及用于动目标指示的脉冲多谱勒系统中。
2) 跳变的重频。对重频进行随机跳变或有规律的调制, 是一种雷达抗干扰措施。
3) 转换并驻留的重频。选用几个或多个不同的重频值, 并快速地在这些重频值之间转换, 其目的主要在于分辨距离或速度上的模糊, 或者用来消除雷达的距离盲区或速度盲区。
4) 参差重频。一部雷达发射的脉冲序列中选用两个或多个重频值, 这种脉冲序列的重复周期称之为帧周期, 帧周期之间的各个小间隔可以称之为子周期。
5) 滑变重频。用于探测高度不变而雷达使用仰角扫描方式跟踪目标的系统。大仰角时探测距离近, 使用短重频;小仰角时探测距离远, 使用长重频。
3 结语
对雷达辐射源信号进行准确的分选与识别是当前电子战的重点研究方向之一, 本文从信号的波形设计和参数使用两个方面详细分析了当前复杂体制雷达信号的特点, 对提高分选与识别的水平具有一定的参考价值。
摘要：随着雷达科学技术的迅猛发展, 雷达信号的形式与参数日益复杂, 对其进行准确的分选与识别也困难重重。本文从雷达信号波形设计和参数使用两个方面出发, 详细分析归纳了复杂体制雷达信号的工作特点, 对雷达信号的分选与识别具有一定的参考价值。
关键词：雷达信号,特点,分选与识别
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通信信号对雷达信号干扰的分析 篇9
1 通信信号概述
1.1 通信信号概念
通信信号指通信中传输的图像、语言、文字等信息的传递信号。现代通讯一般以正弦信号电磁波的方式进行, 都以电磁波的方式进行传递, 发射电磁波的设备携带着接收方所需要的信息, 有时候直接到达接收方, 有时候这要经过许多的中转才能到达接收方。其通信信号的传递是经过不同的通信基站和设备进行传输的, 会连续性的产生信号波[1]。
1.2 通信信号模型建立
目前, 通信多以数字化设备进行, 其数字通信信号包括调幅、调频、调相三种基本调制形式。幅度键控ASK是线性调制, 频率键控FSK及相位键控PSK是非线性调制。因为表征信息的频率与相位的调整变化只有有限的离散值。因而, 可以进行频率键控FSK和相位键控PSK的简化, 作为幅度键控ASK信号处理。
2 特征子空间投影分析法
2.1 特征子空间理论的概念
特征子空间的降维效果和稳健性的出来能力在波束形成、DOA估计、超分辨处理等方面得到了广泛的应用。在通信基站密集的区域, 雷达信号会受到很大的影响, 当在脉压雷达强干扰的接收环境下, 接收的矢量中包括雷达回波信号和通信干扰信号[2]。
2.2 特征值的个数选取
在实际操作中, 输入为带限干扰, 无法准确的掌握大特征值的个数, 因而, 合理的选择大特征值的个数是必须考虑的问题, 如果特征值个数选择不够, 则会对干扰抵消不彻底;而选择过多, 则会将必要的信号对消。实际操作中可选择相邻的特征值的变化进行个数的选择, 其需要满足公式:i/i+1>i+1/i+2其中i=1, 2, 3....;M-2。
对于信号功率, 输入干扰功率越大, 那么对应的特征值也越大, 前面的特征值与后面的特征值的差距增大, 则确定感染子空间的维度就更容易, 且抑制干扰效果会更佳。
2.3 仿真结果分析
如果LFM信号的中心频率为F0=0MHz, 带宽B=10MHz, 时宽为T=10us。噪声是高斯白噪声, 输入不同的干扰功率时, 特征子空间的投影方法干扰抑制效果存在不同[5]。协方差矩阵特征值进行分解后, 代表干扰的特征值和代表信号及噪声的特征值相差较大时, 可以很容易很精确的选择出前面r个大特征值, 相反, 则不容易区分出大特征值和小特征值, 如果受到通信信号的干扰功率越大, 该方法对消效果则更佳, 干扰功率小则抑制效果不理想。
3 最小二乘法分析法
3.1 最小二乘法的思想
根据频率检测仪提供的信号带宽内干扰的频率范围, 在满足频率采样定理的条件下, 均匀的选择不同的离散频点, 作为不同通信信号干扰估计的频率值, 每一个频率信号幅值用最小二乘法进行计算。假设干扰的频率范围是[fmin fmax], 那么每一个离散点的频率为:
fn=fmin+nF0, 其中F0是频率间隔, n=1, 2, 3...N
3.2 离散频点的选择
频率采样的间隔越小, 则N的值越大, 那么最终的数字精确度越高, 在实际中, 误差和频率的采样率有关, 离散点越多, 则误差越小。另外, 在同一频率的采样点数时, 如果输入的带限干扰的功率越大则抑制效果会不佳[3]。对于小功率的通信信号干扰, 此法有效。
3.3 仿真结果分析
如果雷达发射LFM连续波, 则信号的中心频率为F0=0MHz, 带宽B=12.5kHz, 时宽为T=10us。输入的干扰取值范围为0.8到0.9间的倍数信号带宽处的带限干扰, 雷达信号功率和通信信号在内噪声的干扰下, 影响较小[4]。
参考文献
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管线破坏机理研究及雷达图谱分析 篇10
关键词：地下管线,管线破坏,地质雷达
随着城市化进程的加快和地下市政管线迅速增长,以北京为例,截止到2013年,地下管线的里程数达到了13多万km。由于各种因素,包括施工、道路载荷、土壤腐蚀、管线老化等,发生了大量的管线破坏事故。交通阻断,缺水断电,给居民生活带来极大的不便,而管线破碎带来的介质流失问题,进一步恶化土壤环境,诱发邻近管线破坏,极易造成路面塌陷,引起连锁反应。
1 管线事故统计及原因分析
1.1 地下燃气管道事故分析
截止至2014年,北京市的地下燃气管线里程数达到了1.65万km,燃气事故频发。引起燃气管线事故的原因,一般包括施工引起的机械损伤、管线本身质量问题、安装不合理、电化学腐蚀等。据统计,腐蚀泄漏、施工破坏及设备故障是造成管网泄露的主要因素[1]。
1.2 地下供水管道事故原因分析
据统计,我国城市供水管网漏损已达15%以上,其中,北京市的管网漏失率达15.9%。近年来供水管网漏损率有上升趋势,造成漏失的主要因素有以下几点[2]。
(1)管线材质原因:灰口铸铁管作为主要的供水管材,普遍用于供水管网,在横向受力和外力震动下,管道极易发生变形而导致漏水甚至产生爆管现象,而且铸铁的强度不高、脆性大,加之酸碱土壤对铁质材料的腐蚀,使得供水管道极易受损[3]。
(2)管道接口漏水:管道接口往往是发生漏水的隐患环节,容易引起不均匀沉降或温差,收缩受力和接口填料握管力超出管道抗拉能力,导致管道横向折裂。
(3)施工造成的工程漏失及管线周边的打桩、拔桩、降水等都可能导致供水管道破裂。
(4)管道敷设安装质量等其他原因。
2 缺陷管线的金相组织分析
由以上燃气管线及供水管线事故统计与分析可知,造成地下管线破损的一个重要因素是金属材料的损坏,有必要对受损管线进行金相组织分析,以便了解管线的缺陷机理。
抽样对30根缺陷管道进行了化学成分分析。从抽样结果上看,管道母材的钢筋种类包括Q235钢、Q295钢、Q390钢、10号钢、15号钢、20号钢、15Mn钢和16Mn钢。其中大部分管道的钢种为Q235钢,占抽样管道的70%。
图1～4为部分管道母材的组织照片,对比并分析图片可知,抽样管道金相组织基本都是由先共析铁素体和珠光体组成,珠光体基本均匀分布在铁素体之间,其中Q235钢管道组织的晶粒尺寸相对较大,缺陷管道的母材组织存在很大的不均匀性,先共析铁素体的晶粒大小同样存在着很大的不均匀性,管道组织的不均匀性主要是由管道的热处理工艺和成分的不均匀造成的。
对破损管道的螺旋焊缝进行了夹杂分析,如图5,6所示,通过照片可以看出螺旋焊缝处组织的主要成分为珠光体和铁素体,碳的分布不均匀,部分黑色物质可能是夹杂物,形状比较规则且分布分散,是内生夹杂物。由于夹杂物的存在,使得金属变形过程中夹杂附近由于变形的不协调性容易产生内应力,成为裂纹出现的隐患点,降低了材料的力学性能。
3 管线漏损区域雷达探测
目前,精确定位管线破碎位置的方法较少,而管线破碎处,一般都存在介质流失现象,进而带来疏松、富水、空洞等次生灾害。改变管线周边的介电常数、电阻率等参数,造成物性差异,通过现场调查、地质雷达、管内机器人等多种手段的综合探测,能够有效准确地找到管线破碎处。
通过对多地地下管线进行雷达探测,并引进CCTV检测技术,以便更加深入地了解管线运行的内部状况及周边缺陷区域,图7,8分别为意大利RIS-K2探地雷达和CCTV检测设备。
采用现场检查井调查与CCTV相结合的方法,共发现存在缺陷的管线15条,缺陷统计见表1。
分析本次检测成果发现,土体缺陷主要分布在雨、污水管线3m范围以内,缺陷分布区附近的多数雨、污水管线内部自身存在缺陷,对CCTV及地质雷达图像进行图谱分析,缺陷区内地下管线的雷达反射波有如下规律。
(1)疏松区
相对介电常数较小,与周围介质的物性差异明显;顶部同相轴较连续,内部同相轴紊乱,底部反射波较弱;图谱特征一般较为杂乱无章,与疏松体的形状、大小及密实层度相关。
(2)富水区
该区域内介质的相对介电常数明显高于周边介质,内部反射波组杂乱,顶部的反射振幅较为明显,而底部的反射波基本被掩盖。
4 结束语
由于管线工程的特殊性,其破坏机理复杂,安全隐患难以排查。通过统计历年管线事故,发现金属材料的损坏占相当大的比重,通过金相组织及夹杂分析,其先共析铁素体的晶粒均匀性极差,焊缝处夹杂明显,诱发管线破坏。结合CCTV及地质雷达技术,对管线破损引起的疏松及富水进行了对比检测,得到了相应的典型图谱。
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雷达分析 篇11
关键词：双轴转台；雷达坐标系；误差修正
中图分类号： P225.7 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）26-160-2
0 引言
跟踪雷达相较于传统引导雷达具有较高的定位精度，双轴转台是跟踪雷达的角度传感单元，其定位精度对跟踪引导雷达的定位精度具有决定性作用。在工程应用中，双轴转台的轴不正交度是其误差组成的重要部分，分析双轴转台轴不正交对跟踪引导雷达定位的影响，并对跟踪雷达的误差分析提供参考，本文提出的误差修正方法可有效缓解转台的加工压力。
1 双轴转台在跟踪雷达中的作用
跟踪雷达原理见图1，天馈系统安装于双轴转台，跟踪雷达对目标实施跟踪时，控制系统驱动双轴转台带动天馈系统指向目标，误差解算系统对测量信号进行处理、解算后形成方位、俯仰误差及距离反馈信息，同时双轴转台为跟踪雷达提供方位、俯仰双轴角度反馈信息。控制系统将双轴角度反馈和双轴误差反馈信息进行融合后，生成定位数据。
2 定义坐标系
雷达测量结果通常采用极坐标表示，它以雷达转台回转中心为极点，以转台方位零度指向在水平面的投影为极轴，我们通常称之为雷达系。定义目标在水平面的投影和极点的连线与极轴的夹角为方位角，目标和极点的连线与水平面的夹角定义为俯仰角。目标P在雷达系的坐标可表示为（L，α，β），L是目标与极点的距离，α为方位角，β为俯仰角。
3 双轴不正交度对跟踪雷达定位的影响
不考虑其他因素的条件下，目标在雷达系的方位角、俯仰角分别等于天馈系统指向目标时双轴转台的方位角度、俯仰角度。但是在工程应用中，由于机械加工因素存在，所有双轴转台的方位轴与俯仰轴的夹角很难做到正交，双轴的不正交会对双轴转台定位乃至跟踪引导雷达定位带来误差。
可见，转台的双轴不正交度对跟踪引导雷达的测距没有影响（对天馈系统的极化方向影响导致测距影响本文不进行讨论），方位角度和俯仰角度存在测量误差，并且，方位角度和俯仰角度的测量误差在双轴不正交度确定时只随俯仰角度的变化而变化。采用不同不正交度对测量误差进行仿真，结果如图3、图4所示。
4 误差修正方法
在双轴转台进行机械加工时，可对其双轴不正交度进行测量，设双轴转台的轴不正交度为θ，那么在应用中可按式1进行修正。双轴转台的轴不正交度的测量精度为ζ，那么采用修正方法后的误差如下：
5 综述
在工程应用中，由于机械加工或其他因素影响，双轴转台的轴不正交度往往无法使用要求，根据本文给出的误差修正方法只需对轴不正交度进行精确测量，即可完成误差修正。在工程应用时可适当放宽双轴不正交度要求，可有效缓解双轴转台机械加工的压力。
参 考 文 献
[1] [美] David K.Barton雷达系统分析与建模[M].北京：电子工业出版社，2007.
雷达脉冲丢失原因分析与计算 篇12
现代电子侦察接收设备,要求在密集复杂的电磁环境中工作而不漏测信号,同时,为了正确分选和识别信号,要求对脉冲信号有100%的截获概率。但是,任何事情都不是绝对的,总会有一些脉冲被丢失。下面就脉冲丢失的原因进行分析,并给出丢失概率的计算。
1 引起电磁脉冲丢失的几个主要原因
1.1 不满足信号接收条件的丢失
我们知道,信息被正常接收的条件是方位、频率和信号幅度必须在电子侦察接收机的性能指标范围内,这三个条件是“与”的关系,缺一不可,有一个条件不满足,接收机将收不到信号,就会造成该信号的丢失。当然这种信号丢失情况在试验时可以不考虑,因为设备布放的位置,信号参数的设计和辐射功率的大小,都是在充分考虑被试产品性能的基础上设定的,会尽量控制不让这种情况出现,但如果有这种情况出现的话,势必造成信号的丢失。为避免这种丢失,在考虑试验距离与功率的关系时,必须留有余地,不能仅由侦察方程来计算辐射源与被试设备的距离,不然势必会引起信号的丢失。
1.2 同时到达信号引起的丢失
因同时到达信号而产生测频错误,可分为三种同时到达信号的情况。第一种情况的同时到达信号的条件是:两个信号前沿几乎一致(前沿延时在10 ns以内);而第二种同时到达信号的条件是:两个信号虽然在时间上不一致,但是在第一个信号测频编码完成之前,后续脉冲信号已到达;第三种是在测频编码结束以后但前一脉冲还没结束时,有另外脉冲到达。这三种情况都叫脉冲重叠,前两种情况造成脉冲信号丢失,是瞬时测频体制的固有弊端,主要是因为同到达信号引起测频出错。对于第一种同时到达信号的情况,根据分析,当两路重叠信号脉冲幅度相差比较大时,引起的相位误差就比较小,测频出错的可能性就小,通常情况下,当两路重叠信号幅度相差6分贝以上时,可以准确测出脉冲幅度大的信号频率,出现测频错误数据的概率可以忽略,结果是造成后续信号(幅度小信号)丢失。但如果两路信号幅度差不多,出现测频错误的可能性大,并且测出的频率与两路信号的频率都不一致,测出一个与两路信号无关的频率码,这种情况下,两个脉冲都被丢失。
1.3 接收机恢复时间内丢失
当对一个频率成功地编码之后,存在一段与接收机有关的寂静时间,在此期间,不能处理新的信号,在无输入能量条件下,这段时间很短,一般情况下接收机恢复时间小于2 μs,如果在此期间有信号到达必然丢失。
1.4 信号处理和分选能力弱引起丢失
信号处理系统通常设置有双进双出缓冲区,使输入信号与处理机的速度相匹配;若处理的速度过慢,缓冲区被信号占满后,没能及时取走,那后面的信息可能覆盖缓冲区的内容,或后续信号不能进入缓冲区,造成信号丢失;另外,信号通过简单分选后,常规脉冲信号被分选出来,剩余脉冲就进入复杂分选,由于分选的原则不合理,致使某些本可以匹配成雷达信号的脉冲不能分选成功,将一些有用脉冲信号错判成无用信号而被丢弃,造成信号丢失。
1.5 缓冲区太小使低重频信号丢失
这种情况的可能性不大,在设计时通常会考虑到这种情况,但在实际中也会出现,总有低重频信号很难截获到的情况,在理论上还是有必要进行讨论。ESM侦察设备的工作过程,一般是接收机截获到信号后,通过编码处理,形成一个个脉冲描述字(包括到达角AOA、到达时间TOA、射频RF、脉冲宽度PW、脉冲幅度AM等),存入缓冲区,处理机按一定方式提取缓冲
区的数据,根据重频进行信号细分选,一般常规雷达信号需要3～5个脉冲。假定缓冲区设定为1 000个脉冲存储空间,如果有一个辐射源的脉冲重复周期很长,而其他辐射源的重复周期比较短,且脉冲密度比较高,这样,在低重频辐射源的两个脉冲期间,就可能有1 000多个脉冲进入,而低重频脉冲只能进入一个或根本进不来,可能在很长时间内,低重频辐射源进入到接收机的脉冲数都无法满足分选条件,导致低重频辐射源丢失。
1.6 匿影脉冲和电磁兼容引起丢失
为了消除本舰雷达工作对侦察系统的影响,在本舰雷达发射脉冲期间,侦察接收机不处理;在系统配置条件下,为防止一个平台上电子装备之间的相互影响,如噪声干扰机等装备发射期间,侦察机不工作,在这些时间内信号到达接收机都不响应,即脉冲丢失。这种情况在单机试验时不会出现,所以往往忽视了脉冲丢失对信号分选处理的影响。为了真实反映被试装备的信号分选能力,应该在信号环境设置时,将这种脉冲丢失因素考虑在内,尽量反映出这种脉冲丢失对装备性能的影响。
1.7 模拟设备内部信号碰撞引起丢失
在信号分选试验中,信号环境模拟器使用比较多。模拟器的特点是同时模拟的雷达信号多(能达到上千部雷达信号),这势必造成雷达信号数量与信号通道的矛盾,其解决的办法通常是在一个通道内产生多部雷达信号。当一个信号通道中信号比较密集时,因信号碰撞会造成某一脉冲在模拟设备内部就没有产生,脉冲被丢失。所以,在设计模拟设备时,为了防止信号的丢失以及产生信号的真实性,在设备量允许的情况下,尽量多设置一些信号通道,增加信号的独立性,减小信号的相关性,是减少信号丢失的有效方法。
信号丢失的原因很多,这里只是介绍几种主要原因。丢失是必然的,是不可避免的。但经常需要知道信号丢失的具体情况,下面对脉冲丢失概率进行讨论。
2 脉冲丢失概率计算
2.1 电磁信号流量统计特性
对电子对抗信号环境,除了要研究它的数字特征及参数范围,以便确定电子对抗系统的战术技术指标外,还需要研究随机信号流的统计特性,以便进一步研究电子对抗信号处理的过程,确定信号处理系统应具有的性能和构成。
电磁信号环境是由多个辐射源作用的结果,这些辐射源在辐射电磁信号时,相互之间没有任何关系,在时间上完全是随机的,所以,称这种信号流为随机信号流。那么,一部圆周扫描的警戒雷达在侦察接收机输出端的信号流是以雷达天线扫描周期为间隔的规则脉冲群,但尚不构成一个最简单信号流。如图1 所示。
多部雷达的信号在侦察接收机的输出端的信号流显然要复杂一些,如图2所示。
这是多部雷达的规则脉冲列相互迭加的结果。由排队论可知,只要随机信号流是平稳的、普通的和无后效的,这种随机信号流为最简单流,即普阿松(poisson)流。
实际上,如果有4～5个非同步的规则脉冲列迭加起来,就可足够准确地形成一个最简单信号流。这种信号流的平均信号密度与时间无关(即为平稳流),在一个小的时间间隔内,同时到达两个或两个以上的信号脉冲的概率比只到达一个脉冲的概率低两个或更多个数量级(即为普通流),而且在一个时间间隔内到达信号的数量与该时间间隔之前有无信号无关(即无后效性)。
最简单流在指定时间内信号到达的概率服从普阿松分布,即在时间τ内到达n个脉冲的概率pn(τ)为:
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式中:λ为信号密度,单位是脉冲数/秒。
2.2 脉冲信号丢失概率计算
随机交迭的脉冲列,相互之间会产生脉冲重合,导致脉冲丢失。即使在只有两部雷达信号同时进入接收机时,也会产生脉冲重合现象。设两部雷达的重复周期为PRI1和PRI2,重频周期差为ΔT=|PRI1-PRI2|,这就是说两部雷达信号每隔ΔT就会产生一次脉冲重叠,显然,ΔT越短,重叠的机会越多。从前面的介绍可知,一部雷达信号不能构成一个最简单信号流,不具有普阿松分布特性;但4～5部不相关的雷达信号就能构成一个简单信号流,服从普阿松分布。
从对脉冲信号丢失的情况分析可知,在对前一个脉冲测量期间,有另一个或多个信号到达时,后面的脉冲肯定被丢失,前一脉冲也可能被丢失。根据这个原理,可以认为,在某一个小的时间间隔内,没有脉冲到达和只有一个脉冲到达时,脉冲将被正确测量,通常情况不会丢失;只有同时到达两个或两个以上的脉冲信号时,才会有脉冲丢失。
假设信号总体为100%,正常情况下应该是用信号总概率减去不丢失概率等于丢失概率p丢。
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式中:τ为测量一个脉冲的平均时间,以秒为单位。
例如:某信道的信号流密度λ为100 000 pps,信号的平均脉冲宽度τ为3 μs,试计算脉冲丢失概率,将数据代入公式(2)得:
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这就是说,在上述假定条件下,每100个脉冲可能有3～4个脉冲被丢失。
关于τ的取值问题,这里需要作一下解释,τ不单纯是脉冲本身的宽度。在瞬时测频接收机中,由于采用了差分放大器,即使脉冲测量完毕,接收机还有一个约2 μs的恢复时间,在恢复时间内脉冲到达也会造成脉冲丢失。所以,工作时间τ不能单纯计算脉冲平均宽度,还应加上接收机的恢复时间,即测量一个脉冲的平均时间。因此,如果接收机有2 μs的恢复时间,则丢失概率为:
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从这两个例子可以看出,脉冲重叠引起丢失的概率主要与脉冲密度和测量一个脉冲的平均时间有关。
这里计算的只是信号重叠导致丢失的概率。总的脉冲信号丢失概率为各种丢失概率之和,但脉冲重叠引起丢失的概率占主导地位。
3 改进措施
脉冲丢失对雷达侦察分选有着非常大的影响,不只是产生漏警,而且会产生很高的虚警率,因为当一部信号的脉冲丢失后,不能构成一个完整的信号,那些剩下的脉冲,就可能与其他的脉冲随机组合成一部或多部新的信号,造成信号增批或虚警,这都是不希望看到的结果,都会影响侦察装备的正常工作,影响对抗的装备能力的正常发挥,应当设法减小脉冲的丢失概率,根据对脉冲丢失原因的分析,可以采取一些措施。
1)提高处理机的运行速度
提高处理机的运行速度是防止脉冲丢失的主要途径,运行速度快,处理一个脉冲的平均时间就相对短,使重叠的几率减小,丢失脉冲的可能性就相对减小。现在不缺少运行速度快的处理机,主要是成本问题。另一个提高运行速度的方法是采用多处理机,实施分波段处理,同样可以达到快速处理的目的。
2)增大缓冲区的容量
设立缓冲区,主要是协调预处理机与主处理机之间的速度关系,起到减小脉冲丢失概率的作用。但是,随着脉冲密度的不断增加,缓冲区的容量也应随时进行调整,应根据环境的复杂而增大。增大缓冲区至少有两个好处,一是缓减主处理机的压力,二是使低重频信号能满足分选脉冲个数的条件,减小漏信号的概率。
3)改善环境设置的条件
环境设置非常有技术含量,一是要根据实际的环境信号的分布情况,设置合理的频域和时域,信号分布要与实际情况相接近,不能拥挤在一起;二是试验、训练时环境信号产生设备与侦察接收装备的距离要恰当,要根据信号的功率大小和侦察接收机的灵敏度,调整好相互之间的距离和信号的功率,使到达侦察接收机的信号强度超过其接收灵敏度要求,确保能正常接收。
4 结束语
脉冲信号丢失的统计和计算,是一项比较难于精确的工作,但通过上述丢失原因分析,基本了解了脉冲信号丢失的途径,可以针对性地采取措施和对策,尽量减小漏信号的概率,这对于雷达侦察非常重要。脉冲丢失概率的计算,对于装备的论证设计是不可或缺的工具。
摘要：文中结合侦察装备的实际,分析了在复杂电磁环境下漏脉冲的原因、计算方法以及应对的措施,将有益于试验、训练电磁环境的设置,为装备的论证设计提供了有益的工具。
关键词：雷达信号,脉冲丢失,原因分析,计算方法
参考文献
[1]林象平.雷达对抗原理[M].西安:西北电讯工程学院出版社,1985:63-65.
[2]林昌禄.天线测量[M].北京:国防工业出版社,1981:30-36.