飞机尾流目标的最优搜索参数设计与雷达检测技术

Aircraft wake vortex is a fluid dynamical phenomenon that generated by a flying aircraft. In comparison with the ambient air, the wake vortex has stronger scattering. The detection of wake vortices has been an important problem in the fields of aviation safety, anti-stealth and other application. In point of view of radar detection, wake vortices are weak distributed medium target,with large spacial scale and long dwell time. Because of the assumption of fast point targets, the radars in commission did not fully utilize the echo characteristics, and are difficult to fulfill the requirements of the real-time surveillance of wake vortices in the larger controlled airspace, and the requirement of detection of stealth aircraft wake vortices. Based on the background of phased-array radar design of detection of wake vortices, this project studies the radar echo modeling, design of optimal search operation parameters and detection technology of weak distributed target, in an attempt to improve the detection performance through echo accumulation in time, space, frequency domain. Design of optimal search operation parameters is a creative application research in phased-array radar system through using the agility of beam scan and high efficiency of resource scheduling. Application of information Geometry to radar signal processing is a new subject,and study shows it could be helpful to improve the detection performance of weak distributed target. The research findings could provide theoretical support to the radar design and application of detection of wake vortices, and be applied to aviation safety, fast takeoff of fighter plane, and detection of stealth targets.

飞机尾流是飞机飞行时所产生的固有的流体力学现象，与周围大气相比散射较强。尾流探测是航空安全、反隐身等领域的前沿研究课题。从雷达探测的角度看，飞机尾流属于微弱扩展介质目标，具有空间尺度大、驻留时间长的特点。现役雷达将目标视为快速点目标，未能充分利用回波特性，难以满足大空域内尾流实时监测，以及隐身飞机尾流探测的需求。面向尾流探测雷达的设计，着力研究回波建模、最优搜索参数设计以及微弱扩展目标检测技术等问题，尝试通过对尾流时、空、频域的积累提高检测性能。最优搜索参数设计利用相控阵雷达波束扫描的灵活性和资源调度的高效性来搜索尾流目标，是一种雷达体制上的创新性应用。信息几何在信号处理中的应用是一个正在引起关注的新兴学科方向，初步研究显示其具有较强的微弱扩展目标检测能力。研究成果将为尾流探测雷达设计和应用提供理论基础，将应用于飞行安全、军用飞机快速出动、隐身目标探测等方面。

飞机尾流是飞机飞行时所产生的固有的流体力学现象。与周围大气相比，尾流具有独特的空气动力学特性和雷达特性。尾流的雷达探测是航空安全、反隐身等领域的前沿研究课题，项目研究了尾流目标回波建模方法、搜索参数设计方法、微弱扩展目标检测技术等三个方面。. 处于潮湿大气中的尾流具有较强的RCS，但受到气象杂波的影响，需要根据多普勒谱特性来提高可探测性。基于尾流涡旋的速度模型，使用一群粒子模拟尾流涡旋的运动特征，提出了尾流视频回波建模方法。为了解决视频回波仿真方法不能得到尾流多普勒谱解析表达式的问题，提出了统计直方图建模方法。可知，尾流多普勒谱具有较明显的多普勒扩展特性，在信噪比较高时根据尾流多普勒谱可反演出飞机的类型。仿真结果与雷达探测实验结果相吻合，为尾流的雷达探测技术提供了回波模型基础。. 利用相控阵雷达波束扫描的灵活性和资源调度的高效性来搜索尾流目标，进行最优搜索参数设计是在相控阵雷达体制上的创新性应用。开发了多功能相控阵雷达模拟器软件平台，已经应用到多个科研机构仿真系统中。提出了一种基于变长度调度间隔的自适应资源调度算法，允许在调度处理过程中根据数据率和相干积累时间微调调度间隔时间长度。而且，研究了尾流目标的搜索参数设计方法，可为相控阵雷达尾流探测工作模式设计提供理论支持。. 信息几何在信号处理和目标检测中的应用是一个正在引起关注的新兴学科方向。基于观测数据协方差矩阵的测地线距离和黎曼均值，提出了一种矩阵CFAR检测方法。利用IPIX雷达实测杂波数据，分析了黎曼均值的迭代估计性能、目标与杂波协方差矩阵的测地线距离随信杂比的变化，比较了常规MTD检测方法和矩阵CFAR检测方法的检测性能。另外，面向相控阵雷达探测尾流目标的需求，也研究了检测前跟踪（TBD）处理支路的实现方法。. 研究成果将为尾流探测雷达设计和应用提供理论基础，将应用于飞行安全、军用飞机快速出动、隐身目标探测等方面。