海雜波背景下基于MBMC的低空風切變風速估計方法
發(fā)布時間：2021-02-28 12:31
當機載氣象雷達在海雜波背景下探測低空風切變時,海雜波信號會覆蓋低空風切變信號,造成風速無法準確估計。針對上述問題,提出了一種在海雜波背景下基于多波束多級聯(lián)（multi-beam multi-cascade,MBMC）的低空風切變風速估計方法。該方法首先利用空時插值算法矯正機載前視陣海雜波的距離依賴性,然后對空間多波束聯(lián)合時域三次滑窗后的輸出再級聯(lián)多普勒濾波器,構造得到降維變換矩陣,執(zhí)行空、時域聯(lián)合自適應處理,最后通過構造代價函數(shù)估計得到風場速度。仿真結果表明,在海雜波背景下本文方法可以實現(xiàn)風場速度的準確估計,且具有較好的穩(wěn)健性。
【文章來源】：系統(tǒng)工程與電子技術. 2020,42(11)北大核心
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
圖６不同海面風速下的空時二維譜比較Ｆｉｇ．６Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｐｅｃｔｒｕｍａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅａｓｕｒｆａｃｅｗｉｎｄｓｐｅｅｄｓ
·２４８６·系統(tǒng)工程與電子技術第４２卷??????????????????????????????????????????????????圖６不同海面風速下的空時二維譜比較Ｆｉｇ．６Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｐｅｃｔｒｕｍａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅａｓｕｒｆａｃｅｗｉｎｄｓｐｅｅｄｓ圖７展示了在風速分別為２ｍ／ｓ、５ｍ／ｓ、８ｍ／ｓ海面下的低空風切變風速估計結果對比，當海面風速增加，本文方法依然可以獲得較為準確的風速估計結果，具有較好的穩(wěn)健性。圖７不同海面風速下估計結果對比Ｆｉｇ．７Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｅｓｔｉｍａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅａｓｕｒｆａｃｅｗｉｎｄｓｐｅｅｄｓ表２給出了不同海面風速下的低空風切變風速估計均方根誤差計算結果，從表中可以得到在不同海面風速下，本文所提方法可以得到較為準確的風速估計結果，具有較好的穩(wěn)健性。表２不同海面風速下的風速估計結果均方根誤差Ｔａｂｌｅ２Ｒｏｏｔｍｅａｎｓｑｕａｒｅｅｒｒｏｒｏｆｗｉｎｄｓｐｅｅｄｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅａｓｕｒｆａｃｅｗｉｎｄｓｐｅｅｄｓ不同海面風速／（ｍ／ｓ）均方根誤差／（ｍ／ｓ）２１．４７５１．６８８２．７３５結束語機載氣象雷達在海面環(huán)境下探測低空風切變時，由于海面存在內部運動速度，造成雜波譜展寬，進而引起低空風切變風速估計不準確，鑒于此，本文提出一種基于ＭＢＭＣ的低空風切變風速估計方法，通過構建降維變換矩陣，
于基于多波束多級聯(lián)（ｍｕｌｔｉ－ｂｅａｍｍｕｌｔｉ－ｃａｓｃａｄｅ，ＭＢＭＣ）的低空風切變風速估計方法，此方法首先對機載前視陣回波數(shù)進行空時插值距離依賴性矯正，然后對空域主波束及其相鄰多波束聯(lián)合其時域三次滑窗的輸出數(shù)據(jù)級聯(lián)多普勒濾波器，構建空時降維變換矩陣，進行空時聯(lián)合自適應處理，最后通過構造代價函數(shù)估計得到風場速度。仿真結果表明：當處于海雜波背景下時，本文方法可以準確的估計得到風場速度，且具有較好的穩(wěn)健性。１機載前視陣雷達信號模型圖１為海雜波背景下機載前視陣氣象雷達下視探測低空風切變幾何結構模型，其中Ｈ代表飛機高度，Ｖ代表飛機速度，天線陣列垂直于飛行方向，由Ｎ個等效陣元構成均勻線陣，相鄰陣元間距ｄ＝λ／２，λ為雷達波長，海面散射單元相對于載機的俯仰角和方位角分別是φ和θ，φ０和θ０分別是低空風切變信號的俯仰角和水平方位角，假設一個相干處理間隔（ｃｏｈｅｒｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｉｎｔｅｒｖａｌ，ＣＰＩ）內時域采樣數(shù)為Ｋ，脈沖重復頻率為ｆｒ，那么第ｌ個距離單元內的回波數(shù)據(jù)可表示為Ｘｌ＝Ｃｌ＋Ｓｌ＋Ｎ（１）式中，Ｃｌ代表第ｌ個距離單元內海雜波回波數(shù)據(jù)；Ｓｌ代表第ｌ個距離單元內低空風切變回波數(shù)據(jù)；Ｎ為加性高斯白噪聲。圖１機載平臺探測風切變結構示意圖Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｗｉｎｄｓｈｅａｒｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｎａｉｒｂｏｒｎｅｐｌａｔｆｏｒｍ１．１海雜波第ｌ個距離門內第ｎ個脈沖第ｋ個陣元所接收的海雜
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于改進最速下降LCMV算法的穩(wěn)健波束形成[J]. 馮曉宇,謝軍偉,張晶,王博. 傳感器與微系統(tǒng). 2018(04)
[2]基于多通道聯(lián)合自適應處理的微下?lián)舯┝髦行娘L速估計方法[J]. 李海,周盟,陳筱淺,吳仁彪. 電子與信息學報. 2017(07)
[3]基于空時自適應處理的低空風切變風速估計方法[J]. 吳仁彪,張彪,李海,盧曉光,韓雁飛. 電子與信息學報. 2015(03)
[4]機載前視風切變檢測氣象雷達的研究進展[J]. 吳仁彪,盧曉光,李海,韓雁飛. 數(shù)據(jù)采集與處理. 2014(04)
[5]時空相關K分布海雜波的建模與仿真[J]. 徐湛,蘇芳,萬建偉,成禮智. 系統(tǒng)仿真學報. 2011(05)
[6]基于空時插值的機載雷達雜波距離依賴性補償方法[J]. 岳兵,李明,廖桂生. 系統(tǒng)工程與電子技術. 2010(08)
[7]基于Prony模型的低空風切變快速檢測算法[J]. 白健,李勇,高霞,李滔,程宇峰. 計算機測量與控制. 2009(10)
[8]低空風切變與飛行安全[J]. 梁愛民,陳露. 中國民用航空. 2009(09)
[9]多波束時域滑窗空時自適應方法及其性能分析[J]. 陳建文,皇甫堪,周良柱,王永良. 國防科技大學學報. 1999(04)
博士論文
[1]分布式信號源參數(shù)估計技術研究[D]. 姚暉.解放軍信息工程大學 2013
[2]非均勻雜波環(huán)境下機載雷達STAP方法研究[D]. 姜暉.西安電子科技大學 2010
本文編號：3055855
【文章來源】：系統(tǒng)工程與電子技術. 2020,42(11)北大核心
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
圖６不同海面風速下的空時二維譜比較Ｆｉｇ．６Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｐｅｃｔｒｕｍａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅａｓｕｒｆａｃｅｗｉｎｄｓｐｅｅｄｓ
·２４８６·系統(tǒng)工程與電子技術第４２卷??????????????????????????????????????????????????圖６不同海面風速下的空時二維譜比較Ｆｉｇ．６Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｐｅｃｔｒｕｍａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅａｓｕｒｆａｃｅｗｉｎｄｓｐｅｅｄｓ圖７展示了在風速分別為２ｍ／ｓ、５ｍ／ｓ、８ｍ／ｓ海面下的低空風切變風速估計結果對比，當海面風速增加，本文方法依然可以獲得較為準確的風速估計結果，具有較好的穩(wěn)健性。圖７不同海面風速下估計結果對比Ｆｉｇ．７Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｅｓｔｉｍａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅａｓｕｒｆａｃｅｗｉｎｄｓｐｅｅｄｓ表２給出了不同海面風速下的低空風切變風速估計均方根誤差計算結果，從表中可以得到在不同海面風速下，本文所提方法可以得到較為準確的風速估計結果，具有較好的穩(wěn)健性。表２不同海面風速下的風速估計結果均方根誤差Ｔａｂｌｅ２Ｒｏｏｔｍｅａｎｓｑｕａｒｅｅｒｒｏｒｏｆｗｉｎｄｓｐｅｅｄｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅａｓｕｒｆａｃｅｗｉｎｄｓｐｅｅｄｓ不同海面風速／（ｍ／ｓ）均方根誤差／（ｍ／ｓ）２１．４７５１．６８８２．７３５結束語機載氣象雷達在海面環(huán)境下探測低空風切變時，由于海面存在內部運動速度，造成雜波譜展寬，進而引起低空風切變風速估計不準確，鑒于此，本文提出一種基于ＭＢＭＣ的低空風切變風速估計方法，通過構建降維變換矩陣，
于基于多波束多級聯(lián)（ｍｕｌｔｉ－ｂｅａｍｍｕｌｔｉ－ｃａｓｃａｄｅ，ＭＢＭＣ）的低空風切變風速估計方法，此方法首先對機載前視陣回波數(shù)進行空時插值距離依賴性矯正，然后對空域主波束及其相鄰多波束聯(lián)合其時域三次滑窗的輸出數(shù)據(jù)級聯(lián)多普勒濾波器，構建空時降維變換矩陣，進行空時聯(lián)合自適應處理，最后通過構造代價函數(shù)估計得到風場速度。仿真結果表明：當處于海雜波背景下時，本文方法可以準確的估計得到風場速度，且具有較好的穩(wěn)健性。１機載前視陣雷達信號模型圖１為海雜波背景下機載前視陣氣象雷達下視探測低空風切變幾何結構模型，其中Ｈ代表飛機高度，Ｖ代表飛機速度，天線陣列垂直于飛行方向，由Ｎ個等效陣元構成均勻線陣，相鄰陣元間距ｄ＝λ／２，λ為雷達波長，海面散射單元相對于載機的俯仰角和方位角分別是φ和θ，φ０和θ０分別是低空風切變信號的俯仰角和水平方位角，假設一個相干處理間隔（ｃｏｈｅｒｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｉｎｔｅｒｖａｌ，ＣＰＩ）內時域采樣數(shù)為Ｋ，脈沖重復頻率為ｆｒ，那么第ｌ個距離單元內的回波數(shù)據(jù)可表示為Ｘｌ＝Ｃｌ＋Ｓｌ＋Ｎ（１）式中，Ｃｌ代表第ｌ個距離單元內海雜波回波數(shù)據(jù)；Ｓｌ代表第ｌ個距離單元內低空風切變回波數(shù)據(jù)；Ｎ為加性高斯白噪聲。圖１機載平臺探測風切變結構示意圖Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｗｉｎｄｓｈｅａｒｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｎａｉｒｂｏｒｎｅｐｌａｔｆｏｒｍ１．１海雜波第ｌ個距離門內第ｎ個脈沖第ｋ個陣元所接收的海雜
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于改進最速下降LCMV算法的穩(wěn)健波束形成[J]. 馮曉宇,謝軍偉,張晶,王博. 傳感器與微系統(tǒng). 2018(04)
[2]基于多通道聯(lián)合自適應處理的微下?lián)舯┝髦行娘L速估計方法[J]. 李海,周盟,陳筱淺,吳仁彪. 電子與信息學報. 2017(07)
[3]基于空時自適應處理的低空風切變風速估計方法[J]. 吳仁彪,張彪,李海,盧曉光,韓雁飛. 電子與信息學報. 2015(03)
[4]機載前視風切變檢測氣象雷達的研究進展[J]. 吳仁彪,盧曉光,李海,韓雁飛. 數(shù)據(jù)采集與處理. 2014(04)
[5]時空相關K分布海雜波的建模與仿真[J]. 徐湛,蘇芳,萬建偉,成禮智. 系統(tǒng)仿真學報. 2011(05)
[6]基于空時插值的機載雷達雜波距離依賴性補償方法[J]. 岳兵,李明,廖桂生. 系統(tǒng)工程與電子技術. 2010(08)
[7]基于Prony模型的低空風切變快速檢測算法[J]. 白健,李勇,高霞,李滔,程宇峰. 計算機測量與控制. 2009(10)
[8]低空風切變與飛行安全[J]. 梁愛民,陳露. 中國民用航空. 2009(09)
[9]多波束時域滑窗空時自適應方法及其性能分析[J]. 陳建文,皇甫堪,周良柱,王永良. 國防科技大學學報. 1999(04)
博士論文
[1]分布式信號源參數(shù)估計技術研究[D]. 姚暉.解放軍信息工程大學 2013
[2]非均勻雜波環(huán)境下機載雷達STAP方法研究[D]. 姜暉.西安電子科技大學 2010
本文編號：3055855
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