【摘要】：未來核爆探測技術向距離更遠、識別能力更強的方向發(fā)展,傳統(tǒng)近程陸基核爆探測信號檢測方式已不能滿足技術發(fā)展需求,急需拓展新的信號檢測與識別方式,研究具備更高靈敏度,復雜背景識別能力更強的探測系統(tǒng),以滿足陸基遠程核爆探測和天基核爆探測技術需求。本文通過研究現(xiàn)代信號處理技術與瞬態(tài)弱信號檢測技術,將其應用于寬帶噪聲背景下微弱核爆電磁脈沖信號檢測與參數(shù)估計,以推動中遠程核爆監(jiān)測關鍵技術的發(fā)展。本文工作主要研究內容和創(chuàng)新性成果如下:(1)核爆電磁脈沖陸基遠區(qū)與天基過電離層信號特征分析。(2)耦合Duffing混沌振子檢測算法理論研究。針對陸基遠區(qū)NEMP弱信號檢測問題,以非線性動力學Duffing方程為基礎,通過對阻尼力和恢復力同時施加耦合,構建了一種新的脈沖信號檢測算法——強耦合Duffing振子檢測模型;提出了“廣義阱內失同步”的理論解釋,并對基于該理論的模型檢測原理進行了詳細論述。以信噪比改善和波形相似度指標為工具,研究了模型中策動力幅值、策動力周期、耦合系數(shù)、計算步長、阻尼系數(shù)等參量對模型信號檢測與波形恢復效果的影響,詳細研究了該模型對NEMP實測信號的檢測效果。通過將阻尼力耦合強度與恢復力耦合強度進行統(tǒng)一,增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,通過相位鏡像技術,增強了系統(tǒng)的降噪能力。與現(xiàn)有弱耦合Duffing振子相比具有如下優(yōu)點:可工作于任何相態(tài),可檢測脈沖種類多,對系統(tǒng)初始狀態(tài)不敏感,有利于分段并行計算。該模型對脈沖信號的信噪比檢測門限為-15 dB,與其他常規(guī)方法的不小于-10 dB相比,具有一定的優(yōu)越性。(3)強耦合Duffing混沌振子檢測算法應用研究。利用具有最大穩(wěn)定域和最小截斷誤差的RTRK4算法求解了強耦合Duffing振子方程;利用Simulink和Verilog仿真工具,分析了實時檢測系統(tǒng)在FPGA中的實現(xiàn)過程,著重解決了分階段共用流水線設計、多數(shù)據(jù)段并行計算、畸變去除與波形恢復等問題。FPGA采樣率達到50 MHz,與目前連續(xù)波弱信號檢測算法的11.1 MHz采樣率相比,速度提高了4.5倍。利用該系統(tǒng)在實驗平臺對模擬LEMP和NEMP信號分別進行了檢測,證明了系統(tǒng)的有效性和方法的可行性。(4)基于FRFT的過電離層NEMP弱信號檢測研究。首次將FRFT算法應用于過電離層NEMP弱信號檢測。實驗結果表明,檢測概率98%對應的最低可檢測信噪比可達-21 dB。與“試驗三號”衛(wèi)星所用帶通濾波觸發(fā)算法相比,最低可檢測信噪比減小約10 dB,與FORTE衛(wèi)星所用STFT算法相比,最低可檢測信噪比減小3~5 dB。該方法的探索為開展下一步研究提供了思路。本文研究對發(fā)展中遠程核爆炸探測技術可起到一定推動作用,尤其是將“負信噪比”核爆效應信號檢測技術應用于工程實踐,可在關鍵指標上實現(xiàn)跨越,促進中遠程核爆探測技術的發(fā)展。
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圖 2.5 核爆炸遠區(qū) NEMP 波形(a) 原子彈；(b) 氫彈2.4 過電離層 NEMP 信號特征電離層電波傳播問題較為復雜[66]，本節(jié)所討論電離層對電磁信號的影響主括：色散（折射）、吸收、時延、Faraday 旋轉。過電離層 NEMP 的計算通常采用解析法和數(shù)值法，其中數(shù)值法又包括頻域法和時域法。本節(jié)分別介紹基于法、頻域射線追蹤法、時域 PSTD 法的計算結果。2.4.1 解析法計算過電離層 NEMP 傳播上世紀 60 年代，，美國 Karzas 和 Latter 等人給出了基于簡易均勻電離層模型EMP 理論計算公式[67]。低空核爆炸電磁信號早期高頻部分的時間變化與核爆炸產生的瞬發(fā) γ 射線間變化的規(guī)律一樣，因此將信號的這些特性用一個解析式近似給出： ( ) (

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本文編號：2689795