高级搜索

复杂天气及海风对天基被动干涉微波辐射无源探测系统性能的影响

宋广南 卢海梁 李浩 李一楠 郎量 董思乔 李鹏飞 吕容川

引用本文: 宋广南, 卢海梁, 李浩, 李一楠, 郎量, 董思乔, 李鹏飞, 吕容川. 复杂天气及海风对天基被动干涉微波辐射无源探测系统性能的影响[J]. 电子与信息学报, doi: 10.11999/JEIT190534 shu
Citation:  Guangnan SONG, Hailiang LU, Hao LI, Yinan LI, Liang LANG, Siqiao DONG, Pengfei LI, Rongchun LÜ. The Effects of Complex Weather and Sea Wind on the Performance of Space-borne Passive Interferometric Microwave Detection System[J]. Journal of Electronics and Information Technology, doi: 10.11999/JEIT190534 shu

复杂天气及海风对天基被动干涉微波辐射无源探测系统性能的影响

    作者简介: 宋广南: 男,1988年生,工程师,研究方向为被动微波遥感、综合孔径微波辐射计系统设计等;
    卢海梁: 男,1986年生,高级工程师,研究方向为被动微波辐射无源探测、被动微波遥感、射频干扰检测等;
    李浩: 男,1980年生,研究员,研究方向为全极化微波辐射计、综合孔径微波辐射计系统设计等;
    李一楠: 男,1985年生,高级工程师,研究方向为被动微波遥感、综合孔径微波辐射计系统设计等;
    郎量: 男,1976年生,副教授,研究方向为微波遥感理论与微波遥感器等;
    董思乔: 男,1984年生,工程师,研究方向为无线电管理与检测等;
    李鹏飞: 男,1989年生,工程师,研究方向为被动微波遥感、综合孔径微波辐射计系统设计等;
    吕容川: 女,1982年生,研究员,研究方向为全极化微波辐射计、被动微波遥感、大气探测等
    通讯作者: 卢海梁,396689lhl@163.com
摘要: 基于微波辐射无源探测系统的目标探测方程,该文探讨了云、雾和雨等复杂天气以及海风对天基被动干涉微波辐射无源探测系统的影响,定量化仿真分析了这些因素对系统探测能力的影响,实验验证了被动干涉微波辐射无源探测系统对云层的穿透能力。研究结果表明:云、雾和雨等复杂天气对被动干涉微波辐射无源探测系统对海面目标的探测有一定的影响,但在低频段云雾影响较小,可忽略不计;而降雨会对系统的目标探测能力影响较大;海风对海面金属目标的探测是有利的,而海风对隐身目标探测是不利的,会降低系统的探测能力。

English

    1. [1]

      HUANG Jian and GAN Tiguo. A novel millimeter wave synthetic aperture radiometer passive imaging system[C]. Proceedings of the 4th International Conference on, Proceedings Microwave and Millimeter Wave Technology, Beijing, China, 2004: 414–417. doi: 10.1109/ICMMT.2004.1411554.

    2. [2]

      LI Qingxia, CHEN Ke, GUO Wei, et al. An aperture synthesis radiometer at millimeter wave band[C]. 2008 International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology, Nanjing, China, 2008: 1699–1701. doi: 10.1109/ICMMT.2008.4540797.

    3. [3]

      倪炜, 胡飞, 陈柯. 综合孔径辐射计空中隐身目标探测性能分析[J]. 微波学报, 2012, 28(2): 28–31, 41. doi: 10.14183/j.cnki.1005-6122.2012.02.015
      NI Wei, HU Fei, and CHEN Ke. Performance analysis of synthetic aperture radiometer in aerial stealthy targets detection[J]. Journal of Microwaves, 2012, 28(2): 28–31, 41. doi: 10.14183/j.cnki.1005-6122.2012.02.015

    4. [4]

      吴露露, 胡飞, 朱耀庭, 等. 毫米波热辐射阵列的空间谱估计误差模型研究[J]. 红外与毫米波学报, 2010, 29(2): 123–127. doi: 10.3724/SP.J.1010.2010.00123
      WU Lulu, HU Fei, ZHU Yaoting, et al. Error model for spatial spectrum estimation of millimeter-wave thermal radiation array[J]. Journal of Infrared and Millimeter Waves, 2010, 29(2): 123–127. doi: 10.3724/SP.J.1010.2010.00123

    5. [5]

      CHENG Yayun, HU Fei, WU Hongfei, et al. Multi-polarization passive millimeter-wave imager and outdoor scene imaging analysis for remote sensing applications[J]. Optics Express, 2018, 26(16): 20145–20159. doi: 10.1364/OE.26.020145

    6. [6]

      苏兴华, 贺平. THz隐身目标无源遥感建模及仿真分析[J]. 太赫兹科学与电子信息学报, 2017, 15(6): 898–902. doi: 10.11805/TKYDA201706.0898
      SU Xinghua and HE Ping. Modeling and simulation of stealth target with THz passive sensing[J]. Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology, 2017, 15(6): 898–902. doi: 10.11805/TKYDA201706.0898

    7. [7]

      高远, 张光锋, 于畅畅, 等. 典型金属立体目标的毫米波辐射特性研究[J]. 计算机测量与控制, 2019, 27(1): 233–236. doi: 10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2019.01.048
      GAO Yuan, ZHANG Guangfeng, YU Changchang, et al. Research on MMW radiation characteristic of typical mental targets[J]. Computer Measurement &Control, 2019, 27(1): 233–236. doi: 10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2019.01.048

    8. [8]

      李曙光, 于守江, 姜伟, 等. 综合孔径辐射计空中隐身目标探测技术[J]. 无线电工程, 2015, 45(3): 50–53, 61. doi: 10.3969/j.issn.1003-3106.2015.03.14
      LI Shuguang, YU Shoujiang, JIANG Wei, et al. Detection of aerial stealthy targets by synthetic aperture microwave radiometer[J]. Radio Engineering, 2015, 45(3): 50–53, 61. doi: 10.3969/j.issn.1003-3106.2015.03.14

    9. [9]

      卢海梁, 李一楠, 宋广南, 等. 海面目标星载微波辐射无源探测技术研究[J]. 红外与毫米波学报, 2019, 38(5): 674–681. doi: 10.11972/j.issn.1001-9014.2019.05.020
      LU Hailiang, LI Yinan, SONG Guangnan, et al. Research on the passive detection technology using space-borne synthesis aperture microwave radiometers for the sea surface target[J]. Journal of Infrared and Millimeter Waves, 2019, 38(5): 674–681. doi: 10.11972/j.issn.1001-9014.2019.05.020

    10. [10]

      卢海梁, 王志强, 高超, 等. 基于被动干涉微波亮温图像的海面目标探测算法研究[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(3): 563–572. doi: 10.11999/JEIT190256
      LU Hailiang, WANG Zhiqiang, GAO Chao, et al. Research on the detection algorithm for sea surface targets based on passive interferometric microwave images[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2020, 42(3): 563–572. doi: 10.11999/JEIT190256

    11. [11]

      LU Hailiang, LI Yinan, LI Hao, et al. Ship detection by an airborne Passive Interferometric Microwave Sensor (PIMS)[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2020, 58(4): 2682–2694. doi: 10.1109/TGRS.2019.2953355

    12. [12]

      WENTZ F J and MEISSNER T. Atmospheric absorption model for dry air and water vapor at microwave frequencies below 100 GHz derived from spaceborne radiometer observations[J]. Radio Science, 2016, 51(5): 381–391. doi: 10.1002/2015RS005858

    13. [13]

      MEISSNER T and WENTZ F J. The emissivity of the ocean surface between 6 and 90 GHz over a large range of wind speeds and earth incidence angles[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2012, 50(8): 3004–3026. doi: 10.1109/TGRS.2011.2179662

    14. [14]

      刘西川, 宋堃, 高太长, 等. 复杂大气条件对微波传播衰减的影响研究[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(1): 181–188. doi: 10.11999/JEIT170253
      LIU Xichuan, SONG Kun, GAO Taichang, et al. Research on the effect of complex atmospheric condition on microwave propagation attenuation[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2018, 40(1): 181–188. doi: 10.11999/JEIT170253

    15. [15]

      倪炜. 空中目标微波辐射特性及检测方法研究[D]. [博士论文], 华中科技大学, 2012.
      NI Wei. Microwave radiation characteristics and detection method research in aerial target detection[D]. [Ph. D. dissertation], Huazhong University of Science and Technology, 2012.

    1. [1]

      李一楠, 张林让, 卢海梁, 李鹏飞, 吕容川, 李浩, 付庸杰, 邱尔雅, 唐世阳. 基于地基综合孔径微波辐射计的空中目标无源探测技术研究. 电子与信息学报,

    2. [2]

      吕晓德, 孙正豪, 刘忠胜, 张汉良, 刘平羽. 基于二阶统计量盲源分离算法的无源雷达同频干扰抑制研究. 电子与信息学报,

    3. [3]

      孙霆, 董春曦, 毛昱. 一种基于半定松弛技术的TDOA-FDOA无源定位算法. 电子与信息学报,

    4. [4]

      陈根华, 陈伯孝. 复杂多径信号下基于空域变换的米波雷达稳健测高算法. 电子与信息学报,

    5. [5]

      杨书新, 梁文, 朱凯丽. 基于三级邻居的复杂网络节点影响力度量方法. 电子与信息学报,

    6. [6]

      熊伟, 顾祥岐, 徐从安, 崔亚奇. 多编队目标先后出现时的无先验信息跟踪方法. 电子与信息学报,

    7. [7]

      李攀攀, 谢正霞, 周志刚, 乐光学, 郑仕链, 杨小牛. 基于Hilbert填充曲线的海洋无线传感网源节点位置隐私保护方法. 电子与信息学报,

    8. [8]

      闵林, 王宁, 毋琳, 李宁, 赵建辉. 基于多源雷达遥感技术的黄河径流反演研究. 电子与信息学报,

  • 图 1  综合孔径微波辐射测量原理示意图

    图 2  不同水汽含量的星下点目标探测距离与探测概率的关系曲线

    图 3  星下点目标探测距离与探测概率的关系曲线

    图 4  不同液水含量的星下点目标探测距离与探测概率的关系曲线

    图 5  星下点目标探测距离与探测概率的关系曲线

    图 6  不同风速的金属目标星下点探测距离与探测概率的关系曲线

    图 7  不同风速的隐身目标星下点探测距离与探测概率的关系曲线

    图 8  浓云条件下海面目标探测

    表 1  温度10°、星下点,雾高100 m的衰减(dB)

    雾型能见度(km)雾含水量$({\rm{g}}/{{\rm{m}}}^{3})$94 GHz37 GHz23.8 GHz18.7 GHz10.7 GHz
    平流雾重雾0.0511.31354.85691.00160.43050.26860.0890
    浓雾0.201.55830.66900.13800.05930.03700.0123
    中雾0.500.42030.18050.03720.01600.01000.0033
    轻雾1.000.15600.06700.01380.00590.00370.0012
    下载: 导出CSV

    表 2  温度10°、星下点、不同云型的衰减(dB)

    云型云底层(km)云底层(km)含水量$({\rm{g}}/{{\rm{m}}}^{3})$94 GHz37 GHz23.8 GHz18.7 GHz10.7 GHz
    晴空积云0.510.501.07320.22130.09510.05940.0197
    卷积云5.070.100.85860.17710.07610.04750.0157
    低层云0.510.250.53660.11070.04760.02970.0098
    浓积云1.620.801.37380.28330.12380.07600.0252
    下载: 导出CSV

    表 3  温度10°、星下点、不同雨型衰减(dB)

    雨型降雨率(mm/h)94 GHz37 GHz23.8 GHz18.7 GHz10.7 GHz
    微雨0.2512.95741.50680.46420.22350.0281
    小雨1.0036.76315.13751.88051.03170.1604
    中雨4.0096.517017.51687.61774.63780.9154
    大雨16.00219.324359.725130.859520.51555.2244
    下载: 导出CSV

    表 4  X波段综合孔径微波辐射计系统相关参量

    指标参量
    中心频率10.65 GHz
    带宽100 MHz
    积分时间100 ms
    天线类型Y型
    天线个数19
    单元间距0.95倍波长
    下载: 导出CSV
  • 加载中
图(8)表(4)
计量
  • PDF下载量:  6
  • 文章访问数:  89
  • HTML全文浏览量:  60
文章相关
  • 通讯作者:  卢海梁, 396689lhl@163.com
  • 收稿日期:  2019-07-16
  • 录用日期:  2020-06-08
  • 网络出版日期:  2020-07-11
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章