【MIT雷达技术专题】源自 WSR-88D 开放雷达产品发生器的基于深度学习的速度去混叠算法及多分技术资料简介-超500页干货

文摘   2024-11-10 06:54   贵州  

1、源自 WSR-88D 开放雷达产品发生器的基于深度学习的速度去混叠算法-16页

多普勒天气雷达提供的径向速度估计是业务预报员用于检测和监测影响生活的风暴的关键测量方法。用于生成这些测量值的采样方法本身就容易受到混叠的影响,混叠会在大风区域产生模糊的速度值,需要使用速度去混叠算法 (VDA) 进行校正。在美国,天气监视雷达 1988 多普勒 (WSR-88D) 开放雷达产品生成器 (ORPG) 是一种提供世界级 VDA 的处理环境;但是,此算法很复杂,并且可能难以移植到 WSR-88D 网络之外的其他雷达系统。在这项工作中,深度神经网络 (DNN) 用于模拟二维 WSR-88D ORPG 去锯齿算法。结果表明,DNN,特别是定制的 U-Net,对于构建准确、快速且可移植到多种雷达类型的 VDA 非常有效。为了训练 DNN 模型,将生成一个大型数据集,其中包含折叠和去混叠速度对的对齐样本。

此数据集包含从 WSR-88D Level II 和 Level-III 存档中收集的样本,并使用 ORPG 去混叠算法输出作为事实来源。使用此数据集,训练 U-Net 在速度图像的每个点生成折叠数。使用 WSR-88D 数据提供了几个性能指标。该算法还应用于其他非 WSR-88D 雷达系统,以展示对其他硬件/软件接口的可移植性。讨论了这种方法的广泛适用性,包括其他 III 级算法如何从这种方法中受益。

2、WSR-88D SAILS 和 MRLE VCP 选项对恶劣天气预警性能的影响-126页

评估了补充自适应体积内低水平扫描 (SAILS) 和低水平高程中等体积重新扫描 (MRLE) 使用对天气监测雷达 1988-Doppler (WSR-88D) 对恶劣天气警告性能的影响。这是对 Cho 等人(2022 年)早期研究的更新和扩展。应用于 2014-2022 年历史数据 的统计方法产生了以下主要结果。严重雷暴 (SVR) 警告性能指标如下图所示,其中垂直条表示 95% 置信区间,底部的数字对应 于样本量。

根据在决定发出(或不发出)警告时估计使用的扫描选项来划分结果。首先要注意的是,检测概率 (POD) 、误报率 (FAR) 和平均提前期 (MLT) 的改善与以具有统计学意义的方式使用补充自适应体积内低水平扫描 (SAILS 或 MRLE) 相关。至于 SAILS 的不同子模式,多仰角扫描选项 (MESO),即 SAILSx2 和 SAILSx3,似乎比 SAILSx1 更有好处。但是,SAILSx3 提供 的最快基础扫描更新速率几乎没有比 SAILSx2 带来更多好处,这一事实可能表明,当从 SAILSx2 到 SAILSx3 时,体积扫描更新速率 的减慢抵消了更频繁的基础扫描。对于 POD 和 FAR,MRLE+4 的性能明显优于 MESO-SAILS,这也可能表明预报员需要更频繁地 更新高于最低倾斜度的高程角扫描才能做出准确的 SVR 警告决策。

3、WSR-88D 微暴流检测性能评估-48页

以综合终端天气系统 (ITWS) 微暴流检测为参考,对天气监视雷达 1988-Doppler (WSR-88D) 微暴流检测性能进行了实证研 究。评估使用了 14 年至 181 年期间 2015 个独立时间段的 2022 个机场区域的数据。结果表明,检测和误报概率取决于 WSR-88D 的事件范围。在 0 到 20 公里的范围内实现 ITWS 级检测 (~95%) 和误报 (~5%) 概率,而在 20 到 30 公里范围内,检测到 (~80%) 和误报 (~5%) 率达到或超过天气系统处理器 (WSP) 微暴流检测 (≥80%) 和误报 (≤15%) 概率要求。

在距离 雷达 ~30 公里之外,WSR-88D 微暴流检测性能会下降到操作上无法接受的水平。时序分析表明,平均而言,WSR-88D 微暴流检 测滞后于 ITWS 微暴流检测,中位数约为 30 秒。检测时间差分布显示零附近呈正对称形式,细尾巴沿正滞后方向延伸,这意味着 细尾巴负责正中位滞后时间。如果消除 WSR-88D 较慢的基础扫描更新模式,则滞后分布尾部缩短,中位滞后时间减少到 ~10 秒。研究表明,WSR-88D(及其未来的替代品)可以为距离雷达足够近(小于 ~20 公里)的机场生成对操作有用的微暴流警报。如果 要考虑将当前系统用于运营空中交通管制目的,那么与具有较长基础(最低仰角)扫描更新周期的 WSR-88D 扫描策略相关的一小 部分情况的检测滞后时间较长,这可能是一个需要解决的问题。此外,对于未来的替换雷达,应通过在后续雷达计划要求中增加与 终端多普勒天气雷达 (TDWR;0.5 km) 相当的最小观测距离要求来解决前八个测距门(2 公里)输出数据不可用的问题。

4、加拿大气象雷达的射频干扰审查方案-51页

为升级后的 S 波段极化加拿大天气雷达开发了一种自动化方案,用于检测和审查来自无线通信设备的射频干扰。该方案中采用的算 法套件可有效识别和编辑受干扰的反射率数据,同时保留以天气信号为主的数据。该方案已在 NextGen Weather Processor 测试参 考系统中实施,用于连续实时测试,并有望纳入新的加拿大航空天气系统。

5.雷达:雷达系统简介 — 在线课程-涉及10个PPT,约300余页的雷达技术干货

摘自麻省理工学院林肯实验室开发的为期三天的课程,旨在为参与雷达系统开发、采购和相关领域的军官和国防部文职人员提供对雷达系统概念和技术的理解。这个为期三天的计划包括讲座、演示、实验室会议和参观。

概述

本课程由麻省理工学院林肯实验室的前研究员 Robert M. O'Donnell 主讲,旨在灌输雷达系统的基本工作知识。

讲座描述

这套 10 个讲座以基本雷达概念和术语的介绍性描述开始。然后,开发了基本了解雷达所需的雷达方程,以及它在雷达系统设计中的几个示例。描述了雷达传播问题,如衰减、多径效应和管道。介绍了雷达截面的概念、波形设计、天线、发射机和接收机特性,以及在有噪声的情况下对雷达信号的检测。一些雷达需要在雷达覆盖范围内存在来自海上或陆地杂波的更大雷达回波的情况下探测小型目标。通过移动目标指示器 (MTI) 和脉冲多普勒技术讨论了这种杂波的特性,以减轻杂波的负面影响。该课程继续进行涵盖目标跟踪和目标参数估计的讲座。上一讲讨论了雷达发射器和接收器。

第 1 讲 – 简介

雷达的早期:SirRobert Alexander Watson-Watt,1892年4月13日-1973年12月5日),英国苏格兰物理学家,雷达的发明者。他是蒸汽机发明者詹姆斯·瓦特的后代。包括美国在内的许多其他国家都开展了重要的早期工作(20世纪20年代和30年代)。在对原理进行实验验证后,Watson Watt于1935年获得专利。Chain Home雷达系统开发的领导者。Chain Home 是地面控制拦截和机载拦截雷达。

第 2 讲 – 雷达方程

雷达的主要正面属性:目标的远程探测和跟踪:1000英里;全天候全天时运行;广域搜索功能;相干操作可以:同时可靠地检测目标并抑制不需要的“杂乱”物体;目标成像(固定和移动);通过天线的电子扫描实现非常快的波束移动(微秒);能够自适应地调整天线波束以减轻自然干扰和人为干扰;在微波频率下相对无损的直线传播。

雷达的主要负面属性:远程检测需要:大型和重型天线;高功率变送器;大量用电量;雷达波束传播不畅:穿过地球、水或茂密的树叶;障碍物周围。易受干扰和反辐射导弹的影响。目标可以检测到它正在被照亮。目标可以在角度空间中定位雷达。来自某些目标的回波变得非常小:低可观测技术。

第 3 讲 – 传播效应

介绍雷达波长和频率划分、雷达分类和对本课程内容的概述。

检测:用足够的能量照亮选定区域,以检测感兴趣的目标。

测量目标参数:测量探测目标的距离、多普勒和角位置。

跟踪:将连续的目标检测关联为来自同一个对象和细化目标的状态向量。

辨别:确定目标是友军还是敌军。 – Determine what target is - Is it a threat ?

信息传递:将目标传递给导弹拦截弹、数据采集功能、空中交通管制员/操作员。

第 4 讲 – 目标雷达横截面

主要损失:带宽校正系数:接收器与传输脉冲的滤波器不完全匹配;积累损耗:脉冲的非相干积累不如相干积累有效;波动损失:目标回波随着相对雷达的视角变化而波动;边界(场退化)损失:雷达的特性会随着时间的推移而恶化(预计约3 dB并非不合理)输电线路中的水;发射管弱或调谐不良接收器噪声系数恶化。

第 5 讲 – 噪声和脉冲压缩信号检测
第 6 讲 – 雷达天线
第 7 讲 – 雷达杂波和谷壳
第 8 讲 – 信号处理 - MTI 和脉冲多普勒技术
第 9 讲 – 跟踪和参数估计
第 10 讲 – 发射器和接收器

先决条件

任何拥有大学学位的人都应该能够轻松理解本课程中的材料。不需要科学或工程学位,但如果听众具备以下方面的大学入门知识,则材料将更容易理解:

  • 数学包括代数、三角学和对数的主题。

  • 基础物理学,包括电和磁的主题。

潜在受众

  1. 正在考虑在开发雷达系统的公司工作的大学生或应届毕业生。

  2. 开发雷达系统的公司的非工程员工,例如会计师、律师和技术人员。

  3. 处理雷达专利问题的专利律师。

  4. 政治学家或其他处理军备控制问题的人。

  5. 不熟悉雷达系统工程特有的术语和概念的工程师或科学家。这些人应该能够很快完成讲座,学习雷达词汇,这样他们就可以迅速深入研究雷达系统的技术方面,而不会被新的术语、首字母缩略词和/或技术术语所混淆。

  6. 相控阵雷达技术专题技术报告包括相控阵雷达行业报告、相控阵雷达专业书籍、相控阵雷达仿真代码、相控阵雷达设计、相控阵雷达论文、相控阵雷达PPT、相控阵雷达技术理论等书籍+代码等资料300余份文件,来源于国内外多行业的成果,从多维度、多方面、代码+文档的资料。


  7. 为了让需要雷达专业技术的人员,获得专业的雷达资料,我专门做了雷达专业技术的星球,这里面只分享与雷达相关的资料,内部提供激光雷达、相控阵雷达、数字阵列雷达的报告、书籍、仿真代码,每天都有更新,特殊情况除外,需要的同志可以加入,我正在「雷达专业技术交流群」和朋友们讨论有趣的话题,你⼀起来吧?https://t.zsxq.com/16Q3QTbNf

系统技术交流
利用目标信息和环境信息,在预定条件下引爆或引燃弹药战斗部装药的控制装置(系统)。根据不同炮弹弹种和对付目标的需要选择不同的引信。爆竹的火药捻子即是最早的引信。
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