青岛近海海面上的一种雷达回波

在青岛的近海海面上，使用设置在岸边的711雷达(图1)，发现了一种雷达回波。回波是在一定的条件和情况下出现的，在出现回波的时间里，海面上及贴近海面的大气中，除船只，浮标以及海面上的小岛屿外，不见其他异物(包括鸟、虫群等)。当时的天气晴、暖而干燥。     

海面上空晴空层状回波的初步分析

我们使用设置在岸边3.2cm波长的测雨雷达每天监视天气变化的同时观测到了低空中的晴空层状回波,因它仅出现在海面的上空,情况比较特殊,所以对它加强了注意。这种类型的回波与紧贴海面的另一种晴空回波出现的情况有些不同,紧贴海面的晴空回波在一定的客观条件下,基本上可以掌握其出现的规律,而这种回波只有在大气中     

海面上空晴空层状回波的初步分析

我们使用设置在岸边3．2cm波长的测雨雷达每天监视天气变化的同时观测到了低空中的晴空层状回波，因它仅出现在海面的上空，情况比较特殊，所以对它加强了注意。这种类型的回波与紧贴海面的另一种晴空回波出现的情况有些不同，紧贴海面的晴空回波在一定的客观条件下，基本上可以掌握其出现的规律，而这种回波只有在大气中某一时刻某个空间里具备了一定合适的条件它才会出现，所以以前称这种雷达回波为仙波、鬼波，对这种回波的观测也存在着一定的难度。     

全极化X波段雷达掠散射海面回波统计分布特征研究

尽管复Wishart分布已被广泛应用于SAR数据统计分析，然而该分布函数却很少被用来研究雷达海面掠散射回波时间序列的统计特征。本文通过分析IPIX雷达海面掠散射回波数据发现：大尺度海浪遮挡区的雷达回波能量很低，主要是雷达系统噪声，如果将该部分低能量回波数据剔除以后，真实海面的IPIX 雷达回波时间序列数据亦满足圆高斯分布，因此，IPIX 雷达海面回波的时间序列数据也必然满足复Wishart分布。在此，我们基于Wishart分布模型分别对全极化IPIX 雷达不同极化通道数据的海面回波时间序列数据进行了统计研究，并推导给出了不同通道数据协方差矩阵元素实部、虚部及相位差等参数的统计分布函数模型。通过与雷达测量数据比计较可见，推导所得理论统计模型与实际测量数据吻合很好。本文所得结论对进一步深入理解掠散射海面雷达回波的统计特征具有一定理论意义。     

GPS反射信号的海洋应用

本文描述了全球定位导航系统(GPS)的在海面的反射信号在海洋领域的应用，同时建立了利用GPS前向散射信号测量海面粗糙度和海面地形(Topography)的反演算法；海面粗糙度与风速和风向有直接的关系，回波功率的前缘形状及时延与海面地形相关；利用卫星主动雷达和国外机载数据的结果分析比较表明，GPS反射计作为遥感工具有两个优点：即比传统微波主动雷达高的空间分辨率和快速的时间分辨率。     

利用海骚回波推测海面风浪

本文根据我国海岸雷达的实际情况,提出了直接测量海骚回波强度和直接测定海骚回波最大距离的方法,并利用实测资料,建立了最大风速与海骚回波最大距离的相关关系式及海骚回波最大距离与海面风浪关系曲线。     

基于相参X-波段海洋雷达的海表轮廓测量研究

X-波段海洋雷达测量所得海面散射单元的多普勒信息与散射单元的雷达视向速度密切相关。首先,基于符号多普勒估计方法,对X-波段雷达海面回波的多普勒频移信息进行了估计;在此基础上,应用各分辨单元回波的多普勒频移信息,建立了海浪表面轮廓的反演算法。该算法中,同时考虑了雷达入射角、方位角和雷达空间分辨率等因素对反演结果的影响。通过将反演结果与浮标测量数据相比较,发现雷达空间分辨率起到了类似低通滤波的作用,该作用对短重力波谱影响显著。同时,还应用加拿大麦克马斯特大学的IPIX雷达数据对海表轮廓进行了反演,并将反演所得有效波高、海浪周期与现场测量数据进行了比较,反演结果与现场测量结果吻合较好。     

高频地波雷达海杂波抑制的时频-矩阵联合法

高频地波雷达海面回波信号中含有很强的海杂波分量,造成虚警与漏警现象,严重影响了对船只目标的探测与管理。本文提出基于时频分析与矩阵分解相联合的海杂波抑制方法。该方法从时频域中检测出海杂波的时变频率范围,同时通过Hankel降秩得到各回波分量奇异值及瞬时频率估计;通过频率匹配及矩阵重构给出海杂波的时域分量,予以剔除。实测雷达数据处理结果表明,在保留目标时域回波与频谱特征的情况下,本方法成功实现了海杂波分量的分离与抑制,提高了对海面目标的探测性能。     

一次冬季降雪过程的多普勒雷达资料特征分析

2005年2月17~18日青岛出现了一次大雪过程,通过对多普勒雷达资料的分析,发现多普勒雷达资料很好地揭示了本次降水过程的成因。降水初期,主要为暖湿气团从相对较暖的海面上移动到相对较冷的陆地上冷却凝结产生的降雪,所以强度很弱;在0~2.7km高度上,在倒槽上发展起来的以青岛为中心的中尺度气旋性风场的出现,预示着降水强度的迅速增强和降水量级的改变,该风场的破坏,则预示着降雪强度的迅速减弱;回波强度在30~35dbZ时,降雪强度即可达到较强。     

基于最大似然估计的雷达高度计海面参数联合反演

对合成孔径雷达高度计的参数反演问题进行了研究。根据合成孔径雷达高度计的海面回波模型,推导了利用最大似然估计反演海面参数的算法流程,并确定了联合反演时海面参数的估计顺序,然后在给定的仿真参数下对海面参数的反演流程进行了仿真。仿真得到的参数估计值满足指标要求,显示了算法的良好性能。分析结果对雷达高度计的系统设计和挂飞试验都有一定的参考意义。     

一种基于快速傅里叶变换的多普勒天气雷达弱杂波识别方法

多普勒天气雷达探测时常会出现电磁干扰和超折射等杂波干扰问题,通过对弱径向干扰回波的规律性特征分析,提出了一种基于快速傅里叶变换的多普勒天气雷达干扰回波识别算法,并成功应用于多普勒天气雷达径向干扰回波的识别中。研究表明,一些干扰回波具有明显的空间周期性规律,对反射率因子进行快速傅里叶变换,得到的频域上能量分布具有与常规回波明显的差异。依靠这些差异可以较好地对一些弱的干扰回波进行识别并剔除。该方法对径向上离散分布的干扰回波均有较好的识别能力,但对相对均匀和密实的径向干扰回波识别能力较弱。     

海面风场与3.2厘米微波散射特性的研究

海面风场遥感的基础工作之一是微波散射特性的研究。美国于一九七八年发射了一颗海洋卫星Seasat-A[3],卫星上载有微波散射计,它被用来遥感全球风场,其测量风速范围为3—25m/s,测风速的精度为±2m/s或±10%,海面上分辨率达50公里。在海洋卫星发射以前,他们对海面风速与海面微波散射特性之间的关系已作了充分的研究,这样才能判读星载或机载上所得到的遥感数据。国外在这方面做了大量的工作,积累了大量的数据。例如,美国学者格兰特和易普利将雷达散射计架在桥上俯视河水,找出了3.2厘米、1.25厘米、8.6毫米海面回波与风速的函数关系[1]。     

X波段雷达海面回波谱宽特征研究

海面电磁回波频谱宽度与海浪波高密切相关，可应用频谱宽度进行海浪有效波高反演。本文应用线性滤波法仿真出了海表散射面元在雷达视向上的投影速度，建立了回波谱宽模型，分析了雷达空间分辨率、回波时间序列长度及海洋环境参数等因素对频谱宽度的影响，同时还针对如何在实际观测过程中选择回波时间序列长度、观测方位角等参数进行了讨论。最后还将理论结果与CSIR-X波段雷达实测数据谱宽估计结果进行了比较。结果表明，剔除雷达噪声以及频率泄露的影响后，基于高斯分布标准偏差的谱宽估计方法所得结果与理论结果吻合很好，这从而证明了理论结果的可靠性。本文所得结果对海浪有效波高反演具有一定参考价值。     

基于FRFT域空间分形特征差异的海面弱目标检测

针对传统分形方法在海杂波研究中的局限性,为了有效检测海面弱小目标,本文提出一种分形理论与时频分析相结合的海面弱目标检测算法。首先通过分数阶Fourier变换(FRFT)将时域回波信号变换到时频联合域,在FRFT的最佳变换域,信号的能量得以聚集、信杂比得以提高。然后提取改进的空间分形特征差异作为检测统计量,将其作为目标检测的依据。利用IPIX雷达实测数据进行验证,实验表明本文的算法可以有效避免门限效应的影响,克服了传统方法中使用固定分数维门限检测效果不佳的缺陷,提高了海事雷达的弱目标检测性能。     

由海面蒸发波导预报平流海雾的方法

在实际工作中发现：当雷达探测到海面存在蒸发波导现象时,该区域傍晚或次日出现平流海雾的概率很大,反之,当海面出现平流雾时,海面存在蒸发波导的概率也很大。本文试图阐明二者之间的关系,进而提出一种预报平流海雾的新方法。     

基于RD谱轮廓线的高频地波雷达二阶谱提取

雷达回波谱中的噪声和目标回波会对二阶谱的提取造成困难。基于地波雷达海面回波谱特性,提出了一种采用距离-多普勒谱(RD谱)轮廓线结合一阶和二阶谱特点的二阶谱提取方法。此方法可以通过计算机自动实现对二阶谱的提取,有利于大批数据的分析和工程化系统的实时处理。利用该方法对典型实测雷达回波数据进行了处理和分析。结果表明,RD谱轮廓线能够反映一阶谱和二阶谱的特征,并且不易受噪声和目标的影响;从RD谱轮廓线获得的二阶谱分界点,可以为一维多普勒回波谱中的二阶谱提取提供参考,能够较好地避免由于目标和噪声的影响而导致的二阶谱边界误判问题,准确地分离二阶谱。     

一种改进的随机起伏海面的仿真方法

根据线性滤波器模型的基本原理,提出了一种改进的基于高阶滤波器的随机起伏海面仿真方法.利用Pierson的半经验海浪谱模型,得到了各种不同风速条件下海面随机起伏的仿真结果,并且对仿真结果进行了比较和讨论,结果表明,利用高阶滤波器方法能更加准确地仿真不同风速下的实际海面、更好地再现随机起伏海面的海浪谱特征.这一方法的提出为海浪的物理模拟实验提供了更为准确的数值计算方法,也为研究目标与海面共存条件下高频地波雷达信号的回波特性提供了更好的数值仿真平台.     

基于PXI-9820对海浪雷达回波采集的设计与实现

针对利用X波段海浪雷达回波图像反演海浪参数(波高、波向、波周期)的需要,而海浪雷达回波信号的采集和存储是利用雷达回波图像序列反演海浪参数的必要前提,提出了基于PXI-9280 A/D采集卡对X波段海浪雷达回波进行采集的方案.具体介绍了PXI-9280 A/D采集卡的功能特性,海浪雷达回波信号样式,设计并完成了基于VC 6.0的采集和存储软件,并对使用该采集卡需要注意的实际问题给予说明.此外,还搭建了实验平台,给出了基于PXI-9280 A/D采集卡在我国南海某海域中采集数据并回放得到的海浪雷达回波图像,得到较满意的结果.     

海陆相互影响的异常现象

通过对雷达波春季在海面上发生超折射现象的分析,发现在一定时间内由海面上吹来的空气是干而暖的,此时海洋不但没有供给陆地水汽,反而减弱了陆上的降水。     

基于雷达水位计的海浪波高信息提取算法及其精度评价

为了证明雷达水位计波高测量的有效性,基于PY30-1石油平台上的雷达水位计海面高度变化观测数据,开展了雷达水位计海浪波高信息提取算法研究。基于所发展算法提取海浪波高信息,与同一平台上的C波段测波雷达观测数据及平台附近的浮标观测数据进行了比对分析。结果表明,雷达水位计数据提取的海面波高数据与C波段测波雷达及浮标测量数据一致性较好,二者标准偏差分别为0.006和0.008 m,均方根误差(RMS)分别为0.55和0.60 m。波高小于4 m时一致性优于波高大于4 m的一致性,波高大于4 m时水位计提取的波高偏小。因此,雷达水位计可作为波高观测的重要数据源之一。