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雷达低信噪比旋翼无人机与飞鸟分类方法

北京航空航天大学学报 2024年

作者：王晓亮王聪生施宇翔何炜琨中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室

针对低空监视雷达如何在低信噪比条件下有效区分旋翼无人机与飞鸟的问题，论文提出了一种有效的目标分类方法。论文方法通过对雷达回波信号进行小波包分解和时频谱分割，分别提取由小波包分解和由时频谱图得到的子带统计特征，利用子带... 详细信息

针对低空监视雷达如何在低信噪比条件下有效区分旋翼无人机与飞鸟的问题，论文提出了一种有效的目标分类方法。论文方法通过对雷达回波信号进行小波包分解和时频谱分割，分别提取由小波包分解和由时频谱图得到的子带统计特征，利用子带统计特征构建特征向量并用支持向量机进行分类，通过分析不同统计特征分类性能的差别，优选出小波包分解子带能量比和时频谱图子带均值作为分类特征构建最终支持向量机分类器所用的特征向量。实验结果表明，该方法在低信噪比条件下分类旋翼无人机与飞鸟的准确率较其它常见方法有显著提升。

关键词：旋翼无人机飞鸟目标小波包分解时频分析子带统计特征

知识与数据联合驱动的风力发电机叶片动态雷达散射截面统计模型

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电子与信息学报 2023年第11期45卷 3887-3895页

作者：王晓亮施宇翔何炜琨中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室天津300300

针对风力发电场对雷达等设备影响评估中所需风力发电机动态雷达散射截面(RCS)估计的问题,提出了一种知识与数据联合驱动的风力发电机动态RCS统计模型。首先,利用风力发电机叶片RCS随叶片旋转周期性变化的特点,建立叶片RCS单个单调变化... 详细信息

针对风力发电场对雷达等设备影响评估中所需风力发电机动态雷达散射截面(RCS)估计的问题,提出了一种知识与数据联合驱动的风力发电机动态RCS统计模型。首先,利用风力发电机叶片RCS随叶片旋转周期性变化的特点,建立叶片RCS单个单调变化区间内的变化函数。该变化函数由与叶片几何参数相关的峰值RCS、与叶片几何参数无关的调制函数、与材质和形状细节相关的乘性因子组成。其中峰值RCS由理论模型推算得到,针对RCS变化复杂的特点,调制函数和乘性因子利用实测训练数据估计得到。其次,对于待求解型号的风力发电机,根据风力发电机几何参数得到其叶片RCS变化函数,再通过参数估计的方法计算其概率密度函数统计模型。多种不同型号风力发电机实测数据的实验结果,验证了该文给出的风力发电机叶片动态RCS统计模型,与实测数据结果有良好的一致性。

关键词：雷达散射截面估计风力发电机数据驱动方法物理光学法 KL散度

基于改进MAP方法的气象雷达风电场杂波抑制

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系统工程与电子技术 2018年第5期40卷 1018-1025页

作者：何炜琨高丽王晓亮吴仁彪中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室天津300300

雷达波束覆盖区域内风电场后向散射引起的杂波与气象目标回波具有类似的特性,进而影响气象目标参数估计的稳健性,导致气象雷达产生误检测与误识别。利用气象雷达二次产品(Level-Ⅱ)实测数据,基于最大后验概率(maximum a posteriori,MAP... 详细信息

雷达波束覆盖区域内风电场后向散射引起的杂波与气象目标回波具有类似的特性,进而影响气象目标参数估计的稳健性,导致气象雷达产生误检测与误识别。利用气象雷达二次产品(Level-Ⅱ)实测数据,基于最大后验概率(maximum a posteriori,MAP)算法实现风电场杂波抑制。在传统MAP算法基础上,考虑气象雷达和风电场位置、地形等因素对雷达波束的影响,并将其作为先验信息来选取有效的气象雷达高仰角扫描数据,以此来改善风电场杂波的抑制效果。针对高扫及低扫区域内径向速度变化较为剧烈所导致的MAP杂波抑制算法性能下降的问题,基于气象目标参数随距离均匀分布特性,用风电场周围未污染气象目标的径向速度作为先验信息,对传统MAP算法抑制后的径向速度进行修正。为定量评价风电场抑制算法的性能,给出了定量评价风电场杂波抑制效果的性能指标,并利用气象雷达不同体扫模式VCP(volume cover pattern)下的Level-Ⅱ数据对本文提出算法的有效性进行了验证。

关键词：风电场气象雷达 Level-II数据最大后验概率杂波抑制抑制性能评估

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基于迭代中心差分卡尔曼滤波的飞机姿态估计

仪器仪表学报 2015年第1期36卷 187-193页

作者：韩萍干浩亮何炜琨 Daniel Alazard 中国民航大学智能信号与图像处理天津市重点实验室天津300300 民航重庆空中交通管理分局重庆401120 法国国立航空航天大学图卢兹54032

在飞机姿态估计中,系统模型非线性严重、初始估计误差大和可观测性弱等固有缺陷使得对估计算法的精度要求更高。针对这一问题,给出了一种基于迭代中心差分卡尔曼滤波(ICDKF)的飞机姿态估计方法,并将其应用于由低精度高噪声传感器组成的... 详细信息

在飞机姿态估计中,系统模型非线性严重、初始估计误差大和可观测性弱等固有缺陷使得对估计算法的精度要求更高。针对这一问题,给出了一种基于迭代中心差分卡尔曼滤波(ICDKF)的飞机姿态估计方法,并将其应用于由低精度高噪声传感器组成的低成本飞机姿态估计系统。首先建立基于四元数的飞机姿态数学模型,然后用ICDKF方法进行姿态估计,并通过实测数据进行验证。实验结果表明,ICDKF不仅有效地提高了飞机姿态估计的稳定性、收敛速度和滤波精度,而且无需计算雅克比矩阵,实现简单,其性能明显优于标准CDKF和EKF方法。

关键词：姿态估计迭代中心卡尔曼滤波 Gauss-Newton迭代 CDKF 四元数

相参处理间隔较短条件下基于稀疏重构及形态成分分析的航管雷达风电场杂波抑制

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电子与信息学报 2021年第7期43卷 1954-1961页

作者：何炜琨毕峰华王晓亮张莹中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室天津300300

近些年来,世界各国越来越重视风力发电的发展。风电场的存在可能对航管监视雷达性能产生负面影响,因此风电场杂波抑制技术的研究对于提升航管监视雷达工作性能、保障空中交通安全具有重大意义。形态成分分析(MCA)算法根据信号稀疏特征... 详细信息

近些年来,世界各国越来越重视风力发电的发展。风电场的存在可能对航管监视雷达性能产生负面影响,因此风电场杂波抑制技术的研究对于提升航管监视雷达工作性能、保障空中交通安全具有重大意义。形态成分分析(MCA)算法根据信号稀疏特征的不同应用于风电场杂波抑制时,计算量较低且性能较好。但是针对实际雷达参数中相参处理间隔(CPI)较短造成的谱分辨率降低及信号特征不明显时,MCA算法的杂波抑制性能受到影响,因此选择将稀疏重构算法与MCA算法结合用于短CPI情况下的风电场杂波抑制。该文认为短CPI接收回波数据为较长CPI雷达回波数据基础上发生尾部数据缺省,继而利用稀疏重构算法对缺省数据进行恢复,再利用MCA算法抑制风电场杂波。实验结果验证了该方法的有效性。

关键词：风电场形态成分分析稀疏重构杂波抑制

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扫描模式航管监视雷达风电场杂波检测与抑制

航空学报 2016年第4期37卷 1316-1326页

作者：何炜琨窄秋苹王晓亮吴仁彪中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室天津300300

近年来,全球风力发电装机容量呈指数增长。研究表明,风轮机对其附近的航管(ATC)监视雷达会产生严重影响。风轮机杂波的有效检测及抑制,对于保证空中交通安全具有重要意义。首先提出了基于回波谱宽特征的航管监视雷达的风轮机杂波检测方... 详细信息

近年来,全球风力发电装机容量呈指数增长。研究表明,风轮机对其附近的航管(ATC)监视雷达会产生严重影响。风轮机杂波的有效检测及抑制,对于保证空中交通安全具有重要意义。首先提出了基于回波谱宽特征的航管监视雷达的风轮机杂波检测方法。针对扫描模式下航管监视雷达频谱分辨率较低的问题,将基于自回归(AR)模型的超分辨率方法和质量中心的概念应用于雷达回波的快速谱宽和谱中心估计算法中,提高谱宽估计的精度。其次针对扫描模式下的风轮机回波数据不是一个完整周期数据的问题,基于缺省数据幅度和相位估计(GAPES)算法实现了扫描模式下风轮机雷达回波缺省数据的估计,而后利用风轮机杂波的周期性抑制风轮机杂波。该算法实现了风轮机杂波的有效检测和抑制,并且其不受限于风轮机与飞机目标在同一个距离单元的情况。仿真结果验证了所提方法的有效性。

关键词：航管监视雷达风轮机杂波谱宽 GAPES 杂波抑制

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机载阵列雷达风轮机回波信号建模与分析

系统工程与电子技术 2021年第3期43卷 666-675页

作者：何炜琨刘昂王晓亮张莹陈敏中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室天津300300

针对机载雷达风电场杂波建模及影响分析研究相对较少的问题,将机载阵列天线回波模型与风轮机散射点叠加模型相结合,研究雷达处于机载平台时的风轮机回波信号建模问题。首先,建立了任一观测点处的风轮机回波信号模型,然后对风轮机回波在... 详细信息

针对机载雷达风电场杂波建模及影响分析研究相对较少的问题,将机载阵列天线回波模型与风轮机散射点叠加模型相结合,研究雷达处于机载平台时的风轮机回波信号建模问题。首先,建立了任一观测点处的风轮机回波信号模型,然后对风轮机回波在距离多普勒域、时频域和空时域的特征进行了分析,并与理论分析结果进行对比,最后验证了回波模型的有效性。

关键词：机载阵列雷达风轮机回波仿真时频分析空时二维谱

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机场场道道面结构层电磁特性反演的辨识方法

数据采集与处理 2012年第5期27卷 547-551页

作者：何炜琨吴仁彪刘家学天津大学电信学院天津300072 中国民航大学智能信号与图像处理天津市重点实验室天津300300

研究了基于系统辨识方法的机场场道道面介质层电磁特性的反演问题。在传统系统辨识法反演层状介质电磁特性的基础上,对电磁波在地下介质层中传输时传输模型的建立及回波时延的估计方法作了改进。新方法传输模型中考虑了发射带宽内各频... 详细信息

研究了基于系统辨识方法的机场场道道面介质层电磁特性的反演问题。在传统系统辨识法反演层状介质电磁特性的基础上,对电磁波在地下介质层中传输时传输模型的建立及回波时延的估计方法作了改进。新方法传输模型中考虑了发射带宽内各频率分量对介质层介电常数虚部的影响,同时引入超分辨率时延估计WRE-LAX算法估计回波信号的时延。实现了具有薄层的道面介质层电磁特性及其厚度的反演,并使道面下各介质层电磁特性的反演精度有所提高。

关键词：探地雷达介电常数电导率电磁反演系统辨识

场道钢筋加固区的探地雷达信息处理算法及系统研究

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信号处理 2019年第3期35卷 351-360页

作者：曹芸茜何炜琨中国民航大学智能信号与图像处理天津市重点实验室天津300300 中国民航大学基础实验中心天津300300

机场场道内钢筋的强反射回波会严重影响探地雷达的监测。本文提出了一种适用于机场场道钢筋加固区的探地雷达信息处理算法及流程并研制了探地雷达信息处理系统,实现了数据预处理、地下结构反演、目标检测与识别、脱空层厚度估计、目标... 详细信息

机场场道内钢筋的强反射回波会严重影响探地雷达的监测。本文提出了一种适用于机场场道钢筋加固区的探地雷达信息处理算法及流程并研制了探地雷达信息处理系统,实现了数据预处理、地下结构反演、目标检测与识别、脱空层厚度估计、目标成像、数据批处理及综合数据显示等模块。文中重点介绍了钢筋干扰下的灾害目标检测、识别与成像算法,利用Hyp-curvelet变换及WRELAX时延估计搜索局部峰值进行目标检测及钢筋抑制,结合Wigner时频分析及最小距离分类器进行目标识别,通过频域波数域的波场逆推进行目标成像,适用于钢筋加固区内道面下多层媒质的情况。仿真实例证明了本文方法及信息处理系统的有效性。

关键词：场道监测探地雷达钢筋检测信息处理系统