机场跑道场景雷达回波建模与仿真

摘要

机场道面异物FOD(Foreign Object Debris),即可能损伤飞机或系统的某种外来的物质、碎屑或物体。常见的FOD有飞机和发动机连接件、道面的石头和沙子、常用的机械工具、工作人员的物品等。FOD引起的空难不仅会损坏飞机和夺去宝贵的生命,同时也会影响机场的正常运转。FOD雷达监测系统主要用于实时监测跑道上异物,及时、可靠地探测跑道异物。FOD通常为静止目标,不能采用动目标检测技术,由于跑道背景同样产生电磁散射,大面积的背景杂波成为目标检测的主要干扰,因此对机场跑道场景回波合理地建模是研究异物检测技术的基础。本文针对这一问题,结合实际机场跑道周边环境,分析该场景下杂波和目标的散射特性,给出适合该场景的回波模拟方法。本文的研究工作主要包括:
　　(1)给出相干视频信号模拟的基本原理,结合FOD实际工作场景,建立场景的几何模型,研究分辨单元内杂波和目标的散射特性,给出该场景雷达回波信号的产生方法。
　　(2)研究粗糙地面后向散射系数的计算方法,给出单散射模型和多散射模型的原理,分析影响地面后向散射系数的因素,如地面粗糙度、介电常数、相关函数等因素。给出在地面接近光滑情况下,干地面、湿地面、被冰和雪覆盖地面的后向散射系数的参考值。
　　(3) FOD监测系统采用高分辨率的毫米波雷达,且掠射角很小,这种场景下的杂波满足非瑞利分布特性,分析对数正态分布、韦布尔分布和 K分布的幅度分布特性,分析在一定误差下三种分布的概率密度函数曲线逼近情况。研究产生杂波的两种方法,即零记忆非线性变换法(ZMNL)和球不变随机过程法(SIRP),结合上述方法研究产生这三种分布杂波的原理,给出相应的MATLAB仿真结果。
　　(4)给出常见FOD目标的雷达截面积(RCS)经验公式,分析不同姿态下目标的RCS,及目标尺寸和发射频率对RCS的影响。结合FOD场景目标和杂波的散射特性,给出雷达扫描区域内回波信号的MATLAB仿真结果,将回波信号进行脉冲压缩处理,分别对杂波和目标信息进行验证。

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第一章 绪论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 国内外研究历史与现状

1.3 本论文的结构安排

第二章 机场跑道场景雷达回波模拟

2.1 相干视频信号模拟理论

2.2 FOD场景模型

2.3 FOD雷达回波信号

2.4 地面后向散射系数研究

2.5 本章小结

第三章 FOD雷达杂波建模与仿真

3.1 雷达杂波功率谱模型

3.2 雷达杂波幅度分布模型

3.3 雷达杂波模拟的基本方法

3.4 FOD雷达杂波模拟

3.5 空间统计特性

3.6 本章小结

第四章 FOD目标建模与仿真

4.1 常见目标的RCS分析

4.2 复杂目标的RCS

4.3 本章小结

第五章 FOD雷达回波仿真

5.1 FOD雷达回波仿真

5.2 FOD雷达回波分析

5.3 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果