飞行高度范文

飞行高度范文（精选4篇）

飞行高度 第1篇

2010年, 潜山县第2代马尾松毛虫发生面积2.01万hm2, 其中重度发生1.00万hm2, 中度发生0.34万hm2, 轻度发生0.67万hm2。重度发生主要分布在塔畈乡、黄柏镇、槎水镇、源潭镇, 中度发生主要分布在龙潭乡、梅城镇、痘姆乡、天柱山镇和天柱山林场。另外, 黄铺镇、水吼镇、余井镇、官庄镇、驼岭林场等乡镇还有轻度感染区存在。

根据虫情, 确定飞机防治范围为东经116°18′~116°45′, 北纬30°29′~31°05′, 防治面积1.2万hm2, 共设计9个作业区, 作业区主要分布在塔畈乡、黄柏镇、官庄镇、槎水镇、源潭镇、龙潭乡、余井镇、梅城镇、天柱山镇、痘姆乡和天柱山林场。

2 飞防作业气象条件

飞防作业时, 根据县气象局提供的5 d以上气象资料, 尽量选择最佳气象条件安排作业。飞防喷雾最佳气象条件:气温在24~30℃, 最大风速小于5 m/s, 相对湿度大于60%, 48 h内无降雨。当连续2 d平均气温10℃, 或者连续2 d最低气温8℃, 应结束飞防作业。有下列情况之一时, 停止作业: (1) 风。最大风速≥5m/s时; (2) 温度。当大气温度≥35℃, 产生上升气流时; (3) 湿度。相对湿度<60%时; (4) 雨。24 h内有降雨时。

3 飞行设计

根据虫情, 在1∶500 00地形图上正确标定发生区。尽量按照喷幅和理想航带长度仔细规划作业区, 采用经济合理的飞行路线和作业方法, 达到最佳防治效果。作业区要略大于需要防治的区域, 作业区的长度、宽度至少要在需要防治区域的最大长度、最大宽度的两侧各向外延伸50 m。在地形平缓的地方, 航带设计按南北走向;在地形复杂的地方, 航带按山脊走向或河流的走向来确定。作业飞机选用运五飞机, 航带长度, 按照运五飞机理想航带长度9 km或5 km设计。航带宽度, 依据运五飞机喷幅和有效喷幅设计, 喷幅为60 m、有效喷幅为50 m[1]。

4 药剂选择与施药方式

使用4.5%高效氯氰菊酯乳油和48%毒死蜱乳油, 按照9∶1比例混匀, 药量750 m L/hm2, 另加沉降剂 (食盐) 150 g/hm2、润湿剂 (尿素) 150 g/hm2。采取超低容量喷雾方式施药 (5L/hm2) 。要求喷洒量误差10%, 雾滴大小为80~120μm, 雾滴覆盖密度15~20个/cm2, 雾滴分布均匀度70%, 穿透力 (率) ≥70%。

5 作业方式

5.1 导航方式

在标有作业区的1∶500 00地形图上, 在飞防区两端外一定距离 (50 m) 画一条平行于防区端线的直线作为航点计算位置, 量算端线与作业区航线的交结点的四角航点的经、纬度, 作为飞防区位置地理坐标, 四角航点按照航带方向, 分别命名为A、B、C、D, 其中AB边为起始航带, CD边为终点航带。将各作业区四角航点地理坐标输入GPS卫星导航接收机, 飞行员根据GPS导航进行飞行作业。一个作业区飞防作业结束后, 用终点航带的航向与设计的方位角进行比较, 检验作业范围是否达到设计要求。为保证飞行作业精度, 飞防作业前一天, 在作业区4角, 插上红旗作为飞行区标记。在飞机进入作业区前, 在起始航带的两端点燃烟火, 引导飞机顺利进入作业区。

5.2 飞行方式

在一个架次内, 相对高差在50 m以下的, 用穿梭法飞行;在一个架次内, 相对高差在50 m以上的, 用单程下滑法飞行, 即由高向低 (由上坡向下坡) 作业, 用180°转弯进入下一作业线, 也可用盘旋上升法, 绕山体飞行, 或自由飞行。

6 防治效果调查

根据作业区面积大小、作业情况和地形地貌、郁闭度、地被物等情况, 采取重点调查和普通调查相结合的方法, 开展防治效果检查。

6.1 样地设置

小于666.67 hm2的作业区, 每作业区按照面积大小设置5~10个样地;大于666.67 hm2的作业区, 每个作业区设置10~20个样地。样地均匀分布在航带内, 航带中心、航带边缘都有样地分布。样地在飞防前选择好, 并对样树进行刮皮标号。样地设置如表1所示。

6.2 普通调查

在飞防作业前, 垂直于航带, 每隔10 m选择1株样树, 每个样地选择5~10株样树。样树选择虫口较多、高度在2 m左右便于清点幼虫的松树。样树选好后, 在胸高部位刮除树皮, 标上编号, 然后清点样树上所有活虫数。每架次飞防结束后24 h, 再次清点样树上活虫数。

6.3 重点调查

重点调查在普通的调查基础上进行。在普通调查样地内, 每2~5个普通调查样地选择1个作为重点调查样地, 在该样地内选择1株虫数最多的样树作为重点调查样树, 并在重点调查样树上做醒目标记, 分别于飞防作业后2、5、10 d调查样树上的活虫数。

6.4 绝对死亡数据调查

在重点样株附近, 每个作业区选择4株虫口多的较大样树, 作为绝对死亡数量调查样树, 将树基部的树冠投影范围内的杂草铲除、整平, 清点飞防后24 h死亡落地幼虫数量。

6.5 虫口减退率的校正

为了校正虫口减退率, 在防治区和与防治区条件一致的非防治区各设置1块标准地进行对照监测, 每块标准地内设置20株标准株, 分别调查防治前和防治后1、2、5、10 d的活虫数。根据对照区调查结果计算活虫率, 作为虫口减退率的校正系数, 并进行对照检验飞防效果。

6.6 虫口减退率的计算

按照下式计算校正后的防治虫口减退率[2,3]:

7 防治效果分析

对标准地内样株调查数据进行整理计算, 得到防治效果, 如表2所示。可以看出, 防治效果与飞行高度高度负相关。从10 d平均虫口减退率看, 飞行高度为45 m时, 平均虫口减退率为98.5%;飞行高度为50 m时, 平均虫口减退率为84.3%;飞行高度为60 m时, 平均虫口减退率为80.2%;飞行高度为70 m时, 作业区2、8的平均虫口减退率分别为66.4%、67.1%。当飞行高度超过60 m时, 飞机防治效果很差, 达不到飞防效果要求 (图1) 。

将图1转换成散点图, 添加趋势线, 得到防治效果与飞行高度相关关系趋势图 (图2) 。可以看出, 防治效果与飞行高度呈高度线性负相关, 将二者进行线性回归分析, 得到回归方程:

式中, y为虫口减退率 (%) , x为飞行高度 (m) 。

通过以上分析, 结合历年来潜山县马尾松毛虫飞机防治经验, 马尾松毛虫飞机防治, 要选择在气象条件较好的早春越冬代或秋季第2代进行防治, 这时候潜山县晴天多, 风力小, 有利于飞机飞行作业, 并能保证飞机作业高度在50 m左右, 既保证防治效果, 又减少了药液飘移污染, 最大限度减少对蚕业的影响[2,3,4,5,6,7]。

参考文献

[1]张国庆.潜山县2010年第二代马尾松毛虫飞机防治作业设计[EB/OL]. (2010-11-03) [2011-06-30].http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=38 0057.

[2]张国庆.农业航空技术研究[EB/OL]. (2010-11-13) [2011-06-30].http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=383397.

[3]张国庆.农业航空技术研究述评与新型农业航空新技术研究[J].江西林业科技, 2011, 205 (1) :25-31.

[4]黄炳荣.福建省 (超) 轻型飞机防治森林病虫害应用现状及发展对策[J].福建林业科技, 2002, 29 (4) :79-83.

[5]黄向东.林业飞防作业特点及其组织与保障管理[J].湖南林业科技, 2005, 32 (5) :51-52.

[6]文振军, 黄向东.借鉴美国经验, 加快发展我国林业航空事业[J].湖南林业科技, 2007, 34 (5) :1-3.

飞行高度 第2篇

数据融合方法在小型飞行器高度定位中的应用

高度定位是小型飞行器飞行安全的重要指标之一,为了进一步修正小型飞行器高度定位误差,提高定位精度,减少系统硬件成本,文中给出了利用联邦滤波器进行高度定位数据融合的`误差修正方法,解决了由于差分GPS(DGPS)受干扰或长时间静默影响定位精度的问题;仿真和数据回放结果表明:采用卡尔曼滤波进行融合可提高定位精度,采用联邦滤波器效果更好,使用文中方法可以得到飞行器更准确的高度定位,可推广使用于多种类型的飞行器定位系统中.

作 者：胡永红 Hu Yonghong  作者单位：西北工业大学,陕西,西安,710072 刊 名：计算机测量与控制  ISTIC PKU英文刊名：COMPUTER MEASUREMENT & CONTROL 年，卷(期)： 14(10) 分类号：V2 关键词：高度定位   误差估计   联邦滤波   DGPS   数据融合  

“磁悬浮”：零高度飞行器 第3篇

朱其杰 原中国铁道科学研究院副院长、研究员。任职期间,领导、组织过很多国家和铁道部重大科研攻关项目,其中包括原国家科委“八五”攻关“低速磁悬浮列车研究”项目。曾担任“上海磁浮示范运营线后评估”专家组组长,“沪杭磁浮支线(上海机场联络线)可研报告评审”专家组组长。

中低速磁悬浮拟用于北京S1线

中低速磁悬浮列车项目是北京市科委从2001年开始支持的重大科研项目,据介绍,该项目已经突破了悬浮与控制等一系列具有世界领先水平的核心技术,掌握了自主知识产权的工程化技术,今年4月初在唐山建立了1.6公里的试验线。中低速磁悬浮拟用于北京S1线,规划中的S1线东起西四环定慧桥北五路桥,西到门头沟区。图为由北京控股磁悬浮技术发展有限公司制造的中低速磁悬浮列车模型。

日前,北京市轨道交通相关负责人透露,从西四环定慧桥北五路到门头沟的S1线将采用低速磁悬浮列车,预计2015年运营。一时间,神秘的磁悬浮列车成为了人们关注的焦点,犹如其别致的名称,人们对磁悬浮的种种疑问也变成了一个个悬念:乘坐磁悬浮安全不安全?人体会不会接受磁辐射?日前,记者采访了原中国铁道科学研究院副院长、研究员朱其杰,他详细解答了大家的疑问。

何为磁悬浮列车

朱其杰研究员介绍,磁悬浮列车作为一种新型的轨道交通工具。它不使用机械力,而是主要依靠电磁力使车体浮离轨道,就像一架超低空飞机贴近特殊的轨道运行。整个运行过程是在无接触、无磨擦的状态下实现高速行驶,因而具有“地面飞行器”、“超低空飞机”的美誉。很多人在问:磁悬浮列车为什么能离开轨道飞驰呢?

磁悬浮列车的原理其实并不深奥,它是运用磁铁“同性相斥,异性相吸”的原理,使磁铁具有抗拒地心引力的能力,即“磁性悬浮”。科学家将“磁性悬浮”这种原理运用在铁路运输系统上,使列车完全脱离轨道而悬浮行驶,成为“无轮”列车,时速可达几百公里以上。这就是所谓的“磁悬浮列车”,亦称之为“磁垫车”。

磁悬浮的发展历史

早在1922年,德国的赫尔曼·肯珀就提出了电磁原理,并在1934年申请了磁悬浮列车的专利,并由此开始为人类编织一个高速乘行的梦想。

数十年的发展,时至今日,磁悬浮技术形成了分别以德国和日本为代表的两大研究方向——EMS系统和EDS系统。德国认准的EMS(常导磁吸型)系统,是利用常规的电磁铁与一般铁性物质相吸引的基本原理,把列车吸附上来悬浮运行。日本看好的EDS(超导磁斥行)系统,则是用超导的磁悬浮原理,使车轮和钢轨之间产生排斥力,使列车悬空运行。目前两种车型都达到了500公里左右的时速,两种方案都切实可行,孰优孰劣,也确实难分高下。

1981年,德国开始修建第一条磁悬浮铁路,至1987年完工。日本于1977年制成了ML500型超导磁浮列车的实验车,1979年在宫崎县建成全长7000米的试验铁路线,1979年12月达到了每小时517公里的高速度,证明了用磁悬浮方式高速行驶的可能性。1987年3月,日本完成了超导体磁悬浮列车的原型车。

磁悬浮列车的优点

磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统,磁悬浮列车意味着这些火车利用磁的基本原理悬浮在导轨上来代替旧的钢轮和轨道列车。磁悬浮技术利用电磁力将整个列车车厢托起,摆脱了摩擦和令人不快的锵锵声,实现与地面无接触的快速“飞行”。朱其杰研究员说,作为一种地面交通工具,磁悬浮列车技术的确有其速度优势。主要优点如下:

首先,它克服了传统轮轨铁路提高速度的主要障碍,发展前景广阔。

第一条轮轨铁路出现在1825年,经过140年努力,其运营速度才突破200公里/小时,由200公里/小时到300公里/小时又花了近30年。还应注意到,轮轨铁路提高速度的代价是很高的,300公里/小时高速铁路的造价比200公里/小时的准高速铁路高近两倍,比120公里/小时的普通铁路高3～8倍,继续提高速度,其造价还将急剧上升。

第二,磁悬浮列车是当今唯一能达到运营速度500公里/小时的地面客运交通工具,具有不可取代的优越性。

对于客运来说,提高速度的主要目的在于缩短乘客的旅行时间,因此,运行速度的要求与旅行距离的长短紧密相关。各种交通工具根据其自身速度、安全、舒适与经济的特点,分别在不同旅行距离中起骨干作用。

第三,能耗低。

第四,启动停车快,爬坡能力强,选择自由度较大。已经证明,磁悬浮列车爬坡能力可达100%,而轮轨高速为40%,在同等速度下,磁悬浮列车转弯半径小,从而其选择自由度较大,这意味路轨可较短、少占地面、耕地,降低总投资。

第五,磁悬浮列车与轮轨列车相比还有安全、舒适,维修少的优势。磁悬浮列车在结构上保证不易脱轨,推进方式保证不易撞车。磁悬浮列车没有车轮和铁轨的接触以及机械接触,震动小、舒适性好,其工作属于无磨损运行,维修主要集中在电子技术方面,不需大量体力劳动。

第六大优点是磁悬浮列车采用电力驱动,不需燃油,这使它的发展不受能源结构,特别是燃油供应的限制;同时,无有害气体排放,环境污染小。

“磁悬浮”辐射安全吗?

朱其杰研究员介绍,根据多次试验数据表明,磁悬浮列车的磁场辐射强度非常低,与地球磁场相当,远低于家用电器。听了这些介绍,你还为磁悬浮的安全问题担忧吗?

磁悬浮列车的缺点

磁悬浮列车技术还处在发展中,与运营已有30多年经验的高速轮轨铁路相比,高速磁悬浮列车在技术成熟性和建设运营经验上还有明显差距。目前磁悬浮列车应用的最大难点是,作为一种新型交通工具,高速磁悬浮列车与轮轨铁路只能像汽车、飞机、轮船一样通过换乘来兼容。

磁悬浮列车最大的缺点是,由于列车速度高,在地面运行必将产生很大噪音,所以,做为地面交通工具,其速度最高值选择是很值得探讨的问题。

其次,磁悬浮铁路无法利用既有的线路,必须全部重新建设。由于磁悬浮铁路与常规铁路在原理、技术等方面完全不同,因而难以在原有设备的基础上进行利用和改造。

磁悬浮列车的中国现状

我国从上世纪70年代开始进行磁悬浮技术的研究,首台小型磁悬浮原理样车在1989年春出现。原国家科委在“八五”期间曾将低速磁悬浮列车列为国家攻关项目,由铁道部科学研究院牵头,西南交大、国防科大、铁道部长春客车厂、中科院参加,对低速磁悬浮技术开展了系统研究,并研制了载人磁悬浮样车。1995年5月,我国第一台载人高速磁悬浮样车研制成功,这台磁悬浮车长3.36米,宽3米,轨距2米,可乘坐20人,设计时速500公里。1996年7月,国防科技大学紧跟世界磁悬浮列车技术的最新进展,成功地进行了各电磁铁运动解耦的独立转向架模块的试验。

目前以引进德国技术为主建设的上海磁悬浮示范运营线,西起上海地铁2号线龙阳路站,东到浦东国际机场。线路正线全长约30公里,双线上下折返运行,最高运行速度为每小时430公里,单线运行时间约8分钟。这是世界上第一条投入商业化运营的磁悬浮示范线,具有科学研究、城市交通、展示等功能。

21世纪,中国如何发展磁悬浮列车?

磁悬浮列车是21世纪地面交通技术发展的一个方面,在中国,是选择国外已成功运营30多年、时速300公里以上的轮轨系高速列车,还是选择时速500公里目前尚在试验阶段的磁悬浮列车问题上,争论已持续了多年,有关专家的意见分歧还是很大。朱其杰研究员认为,各种交通工具都有自己的优势和适用范围,就像没有人去选择北京到天津开航班一样,关键是要选好某种交通工具建设的地点及其相关条件,这样才能充分发挥该种交通工具的优势,这是最重要的。就磁悬浮列车而言,同样有其发展空间。低速磁悬浮列车国产化程度高,如造价与地铁相比有优势,在山区城市做为市内交通工具就是很好的选择。高速磁悬浮列车,当前要充分利用上海磁悬浮示范运营线的条件,加快国产化进程,完全掌握关键技术,降低造价,在未来做为中长距离城市间快速交通工具,也是有其发展空间的。

未来:“磁悬浮” 在地下穿行

展望未来,随着现代高科技的发展,高速、平稳、安全、无污染的磁悬浮列车,将成为21世纪人类理想的交通工具。朱其杰研究员分绍了未来磁悬浮列车的发展趋势。

目前,日本的磁悬浮列车为保护乘客安全采用了屏蔽车厢,这样,让列车完全在地下线路上行驶的设想日臻成熟。瑞士的一些设计人员正在研究地下磁悬浮列车穿越瑞士的可行性,当然,这还只是未来可能实现的设想。许多专家认为,地下磁悬浮列车正是因其在地下(真空中)线路上行驶,由于来自空气动力方面的阻力为零,客观上便可节约能源,同时安全性也大大地提高了(没有任何振动,没有由列车对开会车时风或气流引起的任何问题),并且不与环境保护问题发生冲突。

位于奥地利维也纳附近的“系统应用分析研究所”的有关报告肯定了这一设想,该研究所的负责人在其研究报告中说明,地下磁悬浮列车在200公里以内运行所需时间不超过30分钟,这就可能满足经常要在两地之间往返的那些人的需求。该负责人还计算过从德国波恩到柏林的磁悬浮列车地下线路的造价,这个造价要远远低于德国迁都柏林的费用,如果建造一条地下磁悬浮列车线,那就等于修建了一个在地理上分开、然而却由地下磁悬浮列车连接起来的首都,从首都的这一边到另一边的旅行只需要一个半小时。

飞行高度 第4篇

相对于传统的机载雷达[1]而言,机载双基雷达[2,3]由于其收发分离的性质,从而具有了强大隐身能力与反侦查能力,这大大增强了战场生存能力及实用性。但是由于双基几何配置繁复,飞行模式有无数种,造成了杂波特性比单机雷达更为复杂,这给空时自适应处理(STAP)[4,5]杂波抑制性能与动目标检测性能[6,7]造成了巨大的困难。

在实际战场环境中,双载机在同一个水平面上的概率较小,使得双基基线相对地面产生一定的纵向偏角,这种几何构型下的机载双基雷达杂波模拟目前还很少有研究资料涉及。本文首先给出了双基基本几何模型,分析了各参量之间的关系。然后在四种特定载机飞行模式的基础上分析了正侧视阵下。当双基飞行高度存在巨大落差时杂波功率谱以及基线垂直时杂波特征谱图形。并分析了不同模式下杂波功率谱与特征谱变化的规律及原因,为今后这一几何构型下的雷达杂波抑制研究奠定了基础。

1 机载双基雷达工作几何模型

理论上来讲,机载双基雷达几何模型有无穷多种,图1给出了一般化几何配置下的机载双基雷达的模型。发射机T距离地面高度HT,接收机R距离地面高度HR,双基地基线为L。假设地面水平,以接收机在地面投影为坐标原点,基线L在地面投影为x轴,建立立体坐标系。VT与VR为发射机与接收机飞行速度;RT、RR分别为杂波散射点S至发射机T、接收机R的距离;L为基线长度;RTg、RRg、L0分别为RT、RR、L在地面投影长度; ψT、ψR分别为杂波散射点S到双基飞行方向的空间锥角;θFT、θFR分别为RTg、RRg与x轴正向的方位角;φT、φR分别为散射点S至双基的俯仰角;δT、δR分别为双基飞行方向与x轴的夹角;θAT、θAR分别为双基发射天线阵面的轴向与载机飞行方向的夹角;α为基线相对于发射机与地面垂线之间的夹角。

由图1可知,接收回波的多普勒回波可表示为:

$f{}_d=\frac{V{}_R}{\lambda }\cos \psi {}_R+\frac{V{}_{{\rm T}}}{\lambda }\cos \psi {}_{{\rm T}}(1)$

式(1)中

cosψR=cos(θFR-δR-θAR)cosφR (2)

cosψT=cos(θFT-δT-θAT)cosφT (3)

在机载双基雷达系统几何模型中,RR和RT与基线L构成一个椭球,其与地面交线即为杂波环。由图1可知:

$\begin{array}{l}R{}_S=R{}_R+R{}_{{\rm T}}(4)\\ R{}_R{}^2-{\rm H}{}_R{}^2=R{}_{Rg}{}^2(5)\\ R{}_{{\rm T}}{}^2-{\rm H}{}_{{\rm T}}{}^2=R{}_{{\rm T}g}{}^2(6)\end{array}$

根据式(4)、式(5)、式(6)可得RRg与RTg的定量关系。又由三角形的性质可知:

$\begin{array}{l}\cos \phi {}_R=\frac{R{}_{Rg}}{R{}_R}=\frac{R{}_{Rg}}{\sqrt{R{}_{Rg}{}^2+{\rm H}{}_R{}^2}}(7)\\ \cos \phi {}_{{\rm T}}=\frac{R{}_{{\rm T}g}}{R{}_{{\rm T}}}=\frac{R{}_{{\rm T}g}}{\sqrt{R{}_{{\rm T}g}{}^2+{\rm H}{}_{{\rm T}}{}^2}}(8)\\ R{}_{{\rm T}g}{}^2+L{}_0{}^2+2R{}_{{\rm T}g}L{}_0\cos \theta {}_{F{\rm T}}=R{}_{Rg}{}^2(9)\\ R{}_{Rg}{}^2+L{}_0{}^2-2R{}_{Rg}L{}_0\cos \theta {}_{FR}=R{}_{{\rm T}g}{}^2(10)\end{array}$

结合式(2)式(5)可得式(1)中cos(ψR)与fd的等量关系,即可引出双基机载雷达杂波模拟中最重要的概念:杂波锥角-多普勒迹。

我们采取四种飞行模式(如图2所示,由上至下分别为飞行模式一、二、三、四)分别作杂波锥角-多普勒迹,基线长度设定为100 000 m,杂波最近采样点取RS=101 000 m,取3个距离环作采样实验,采样距离间隔为10 000 m。

2 机载双基雷达杂波建模

从式(1)式(3)得知,在机载双基雷达系统中,由于受到空域锥角ψR与ψT的影响,接收回波的多普勒频率有显著的变化。这两个参数主要由机载双基雷达几何配置的改变而改变。在实际操作中,机载双基雷达的几何配置不胜枚举。本文主要针对上述给出的4种典型的几何配置详加分析。

杂波的空域和时域角频率分别为

$\omega {}_s=\frac{2\text{π}d}{\lambda }\cos \psi {}_R$,

$\omega {}_t=\frac{2\text{π}}{f{}_r}\left(\frac{V{}_R}{\lambda }\cos \psi {}_{FR}+\frac{V{}_{{\rm T}}}{\lambda }\cos \psi {}_{F{\rm T}}\right)$。由此可得到地面等距离环杂波回波采样数据(忽略噪声项),考虑等效阵元方向性及距离调制。则有

式(11)中,n=1,2,...,N;k=1,2,...,K;l=1,2,...,L。

对于无距离模糊的系统,可得第l个距离环的杂波协方差函数为

式(12)中,F(θFT,φT)为发射方向图,gn(φR)为第n个天线的接收方向图。

$F(\psi {}_{F{\rm T}},\phi {}_{{\rm T}})={\displaystyle \sum _{n=1}^{{\rm N}}{\displaystyle \sum _{m=1}^{{\rm M}}{\rm I}}}{}_n{\rm I}{}_m$

$\text{e}{}^{\text{j}\frac{2\text{π}d}{\lambda }[(n-1)(\cos \psi {}_{F{\rm T}}-\cos \psi {}_{F{\rm T}0})+(m-1)(\sin \phi {}_{{\rm T}}-\sin \phi {}_{{\rm T}0}))]}(13)$

$g{}_n(\phi {}_R)={\displaystyle \sum _{m=1}^{{\rm M}}{\rm I}}{}_m\text{e}{}^{\text{j}\frac{2\text{π}d}{\lambda }(m-1)(\sin \phi {}_R-\sin \phi {}_{R0})}(14)$

在以上空时二维杂波相关矩阵模型的基础上,可通过功率谱进行考察,以进一步说明杂波的二维分布以及各种非理想因素的影响情况。在杂波矩阵确定的情况下,二维杂波功率谱可以表示为

${\rm P}(\psi ,f{}_d)=\frac{1}{S{}^{{\rm H}}(\psi ,f{}_d)R{}_c{}^{-1}S(\psi ,f{}_d)}(15)$

式(15)中,

S(ψ,fd)=S(ωs,ωt)=St(ωt)⨂(GSs(ωs))。其中

$S{}_s(\omega {}_s)=[\begin{array}{cccc}1& e{}^{\text{j}\omega {}_s(\theta ,\phi )}& ...& e{}^{\text{j}({\rm N}-1)\omega {}_s(\theta ,\phi )}\end{array}](16)$

$S{}_t(\omega {}_t)=[\begin{array}{ccccc}1& e{}^{\text{j}\omega {}_t(\theta ,\phi )}& ...& e{}^{\text{j}({\rm K}-1)\omega {}_t(\theta ,\phi )}& \end{array}](17)$

⨂表示Kronecker积。

我们假定发射和接收都为正侧视阵,即θAR=θAT=0,给定系统参数,可对系统杂波功率谱进行仿真。

系统参数设定如下:假设发射、接收平台的运动速度均为140 m/s;雷达天线行阵列M=10,列阵列N=10;阵元间距为0.15 m;相干处理脉冲长度K=20;脉冲重复频率(PRF)为2 500 Hz;发射脉冲波长为0.3 m;杂波距离环采样步长为120 m;接收载机高度为1 500 m,发射机高度为20 000 m;天线行与列阵均采用-30 dB的静态切比雪夫加权;不考虑距离模糊,取400个距离单元作仿真实验;CNR=60 dB。

对于给定的四种飞行状态模式而言,考虑四种基线长度L=18 500 m(α=0°),L=50 000 m(α=68.28°),L=100 000 m(α=79.34o),L=200 000 m(α=84.69o),最近检测距离采用$R{}_{S\text{m}\text{i}\text{n}}=\sqrt{L{}^2+4{\rm H}{}_R{\rm H}{}_{{\rm T}}}+100$,分别对四种飞行模式作功率谱仿真。

图4(a)(p)展示了四种飞行模式下的杂波功率谱分布图。容易发现,基于巨大飞行高度落差的机载双基雷达空时二维地杂波谱分布形状呈现出明显的非线性特点,且双基几何配置对杂波分布影响非常大,这说明杂波谱分布具有飞行角度与距离依赖性。由于收发载机天线各产生一个波束,所以产生两个杂波主瓣。就横向比较而言,当双基飞行方向发生变化时,杂波谱分布形状差异较大,这主要是由于在飞行角度不同的状态下,双载机存在迥异的相对运动,从而导致多普勒频偏产生了巨大变化;而纵向来看,当飞行高度差与飞行角度已确定,横向基线逐渐拉长,短基线变化时杂波功率谱变化相对偏快,而当基线在10 km到20 km变化时杂波功率谱逐渐趋于一致,这是由于当双基存在巨大落差时,双基基线由垂直到接近水平是一个由急到缓的过程,即由双基高度落差偏角α的变化快慢所导致。值得注意的是,虽然双基飞行高度存在巨大落差,但当基线被横向拉长时杂波谱会逐渐趋向于同水平面飞行双基杂波谱分布,而当基线趋于无穷大时(α90°),此时杂波谱则无限接近于单机雷达杂波谱分布。同时,在给定的杂波功率谱图列中,容易发现,当基线垂直时,杂波主瓣相对偏窄,而伴随基线的逐渐横向增大,杂波主瓣出现了明显展宽现象,而随着基线长度进一步加大时,杂波主瓣又渐渐变窄。由此可见,基于巨大飞行高度落差双基机载雷达在基线垂直和基线趋于无穷大时即高度落差偏角α=0°或α90°时,杂波谱主瓣宽度较小,有利于提高机载双基雷达地面运动目标检测性能。杂波功率谱亮图平面是由400个彼此相邻的杂波距离环组构而成,当基线L=100 000 m时,可以发现杂波功率谱分布形状与上述杂波锥角-多普勒迹的一致性,这进一步验证了该模型的准确度。

3 垂直基线杂波特征谱仿真

垂直基线(L=18 500 m)是基于巨大飞行高度落差机载双基雷达几何构型中最特殊的一种,在这种模式下对杂波特征谱进行分析,对杂波抑制工作是有益的。

图5(a)(d)显示了当基线处于垂直状态时四种飞行状态下的特征谱变化图。由图易知,在飞行模式一下的杂波自由度(大特征值个数)明显要小于飞行模式二、三、四,产生这一现象的原因是在模式一下,由于基线垂直且双基同向飞行即相对静止,杂波中多普勒频偏相对不明显;相比而言,在飞行模式二、三、四下,双基飞行方向存在一定的偏角,在基线垂直时,双基产生的相对运动非常巨大,接收机收到的是发射信号产生较大多普勒频偏后的回波信号,造成了杂波自由度变大,增加了空时自适应处理抑制杂波的难度。

4 结论

相对于单机雷达而言,机载双基雷达由于收发分离从而具有了强大的四抗性能。当前大部分研究文献只给出了同一水平面飞行的机载双基雷达杂波建模与仿真分析,对飞行高度有巨大落差的双基机载雷达的研究很少。本文通过对不同飞行高度的飞行模式进行了杂波功率谱和特征谱分析,发现了当飞行高度落差一定时,加大基线长度会使杂波主瓣先变宽再变窄,杂波谱分布在短基线模式下,距离依赖性较强,相比而言,长基线模式下距离依赖性较弱;而对于垂直基线这种特殊情形下的特征谱分析,发现了当飞行高度一致,双基相对运动趋于平稳飞行模式下的杂波自由度低于双基存在较大相对运动飞行模式下的杂波自由度。对基于巨大飞行高度落差机载双基雷达杂波分析,为今后这一几何构型下的杂波空时自适应处理技术奠定了基础。

参考文献

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