搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

蒸发波导中的时间反演抛物方程定位法

冯菊 廖成 张青洪 盛楠 周海京

引用本文:
Citation:

蒸发波导中的时间反演抛物方程定位法

冯菊, 廖成, 张青洪, 盛楠, 周海京

A time reversal parabolic equation based localization method in evaporation duct

Feng Ju, Liao Cheng, Zhang Qing-Hong, Sheng Nan, Zhou Hai-Jing
PDF
导出引用
  • 蒸发波导是一种在海面上频繁出现的多径传播环境,会引起信号畸变,导致常规算法分辨率下降,使得雷达测向测距误差加大甚至无法工作. 本文提出了一种基于方向图加载的时间反演抛物方程定位算法,能够有效地处理蒸发波导效应,自适应地补偿信号畸变,形成与传播环境相匹配的、经过时间反演的电波,从而稳健地实现对目标的聚焦定位. 该算法能够巧妙地利用多径效应,增大天线阵列的有效口径,得到超分辨率的效果. 另外,它还对阵元间距有着较高的宽容性,这样就可以采用稀布形式,从而提高算法的实用性,增加其适用范围. 仿真结果表明,对于相同口径的阵列天线,该算法使方位分辨率较自由空间提高了2倍以上;在30λ 的大阵元间距下,旁瓣电平在8.96 dB以下,有效地抑制了鬼像的产生. 该算法具有较强的稳健性和较高的精度,在海面通信、搜救、预警等领域有着广阔的应用前景.
    Evaporation duct is a multipath environment on the sea, which tends to distort the signals, causes lower localization accuracy or even affects the normal work of radar when using the traditional localization algorithms. This paper presents a localization method in time reversal parabolic equation based on the radiation pattern loading. It could effectively handle the effects of evaporation duct and adaptively compensate the signal distortion, form time reversed waves matched with the propagation environment, and lead to a robust focusing and localization of the target. This method uses multipath effects flexibly to increase the effective aperture of antenna array for super resolution. In addition, it has a good tolerance in element spacing leading to a sparse array configuration which is more practical on the sea and widens its application fields. Simulation results show that the azimuth resolution in evaporation duct with the same aperture array has been improved 2 times more than in the free space by using this method; when 30λ is adopted as the element spacing, the sidelobe levels can be kept below -8.96 dB, so ghost images are effectively suppressed. The proposed method has strong robustness and high accuracy, thus may be useful in many practical applications, such as communication, search and rescue, pre-warning system on the sea, etc.
    • 基金项目: 国家自然科学基金–中物院联合基金资助项目(批准号:11076022)、国家重点基础研究发展计划(973计划)(批准号:2013CB328904 )和高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20120184110013)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the NSAF of China (Grant No. 11076022), the National Basic Research Program of China (Grant No. 2013CB328904), and the Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China (Grant No. 20120184110013).
    [1]

    Tappert F D 1997 Wave propagation and underwater acoustics (Berlin Heidelberg: Springer) pp224-287

    [2]

    Dockey G D 1988 IEEE T Antenn. Propag. 36 1464

    [3]

    Zhang J P, Wu Z S, Zhao Z W, Zhang Y S, Wang B 2012 Chin. Phys. B 21 109202

    [4]

    Zhang Q H, Liao C, Sheng N, Cheng L L 2013 Acta Phys. Sin. 62 204101 (in Chinese)[张青洪, 廖成, 盛楠, 陈伶璐 2013 物理学报 62 204101]

    [5]

    Spencer T A, Walker R A, Hawkes R M 2005 JGPS. 4 245

    [6]

    Guo J Y, Cao L, Long Y L, Gong Z Q 2009 Acta Scientiarum Naturalium UN. 48 47 (in Chinese) [郭建炎, 曹林, 龙云亮, 龚主前 2009 中山大学学报 48 47]

    [7]

    Li D X, Yang R J, Wang H J, Jiang Z Z 2011 Chin J Radio. 4 683 (in Chinese) [李德鑫, 杨日杰, 王鸿吉, 蒋志忠 2011 电波科学学报 4 683]

    [8]

    Lerosey G, Rosny J D, Tourin A, Fink M 2007 Science 315 1120

    [9]

    Kim S, Edelmann G F, Kuperman W A, Hodgkiss W S, Song H C, Akal T 2001 J. Acoust. Soc. Am. 110 820

    [10]

    Zhang T W, Yang K D, Ma Y L 2010 Chin. Phys. B 19 124301

    [11]

    Blomgren P, Papanicolaou G, Zhao H K 2002 J. Acoust. Soc. Am. 111 230

    [12]

    Papanicolaou G, Ryzhik L, Solna K 2002 Matematica Contemporanea 23 139

    [13]

    Sheng X L, Hui J Y, Liang G L 2005 Acta Acoust. 30 271 (in Chinese) [生雪莉, 惠俊英, 梁国龙 2005 声学学报 30 271]

    [14]

    Zhang Z M, Wang B Z, Ge G D, Liang M S, Ding S 2012 Acta Phys. Sin. 61 098401 (in Chinese) [章志敏, 王秉中, 葛广顶, 梁木生, 丁帅 2012 物理学报 61 098401]

    [15]

    Liang M S, Wang B Z, Zhang Z M, Ding S, Zang R 2013 Acta Phys. Sin. 62 058401 (in Chinese) [梁木生, 王秉中, 章志敏, 丁帅, 臧锐 2013 物理学报 62 058401]

    [16]

    Zhou H D, Wang B Z, Ding S, Ou H Y 2013 Acta Phys. Sin. 62 114101 (in Chinese) [周洪澄, 王秉中, 丁帅, 欧海燕 2013 物理学报 62 114101]

  • [1]

    Tappert F D 1997 Wave propagation and underwater acoustics (Berlin Heidelberg: Springer) pp224-287

    [2]

    Dockey G D 1988 IEEE T Antenn. Propag. 36 1464

    [3]

    Zhang J P, Wu Z S, Zhao Z W, Zhang Y S, Wang B 2012 Chin. Phys. B 21 109202

    [4]

    Zhang Q H, Liao C, Sheng N, Cheng L L 2013 Acta Phys. Sin. 62 204101 (in Chinese)[张青洪, 廖成, 盛楠, 陈伶璐 2013 物理学报 62 204101]

    [5]

    Spencer T A, Walker R A, Hawkes R M 2005 JGPS. 4 245

    [6]

    Guo J Y, Cao L, Long Y L, Gong Z Q 2009 Acta Scientiarum Naturalium UN. 48 47 (in Chinese) [郭建炎, 曹林, 龙云亮, 龚主前 2009 中山大学学报 48 47]

    [7]

    Li D X, Yang R J, Wang H J, Jiang Z Z 2011 Chin J Radio. 4 683 (in Chinese) [李德鑫, 杨日杰, 王鸿吉, 蒋志忠 2011 电波科学学报 4 683]

    [8]

    Lerosey G, Rosny J D, Tourin A, Fink M 2007 Science 315 1120

    [9]

    Kim S, Edelmann G F, Kuperman W A, Hodgkiss W S, Song H C, Akal T 2001 J. Acoust. Soc. Am. 110 820

    [10]

    Zhang T W, Yang K D, Ma Y L 2010 Chin. Phys. B 19 124301

    [11]

    Blomgren P, Papanicolaou G, Zhao H K 2002 J. Acoust. Soc. Am. 111 230

    [12]

    Papanicolaou G, Ryzhik L, Solna K 2002 Matematica Contemporanea 23 139

    [13]

    Sheng X L, Hui J Y, Liang G L 2005 Acta Acoust. 30 271 (in Chinese) [生雪莉, 惠俊英, 梁国龙 2005 声学学报 30 271]

    [14]

    Zhang Z M, Wang B Z, Ge G D, Liang M S, Ding S 2012 Acta Phys. Sin. 61 098401 (in Chinese) [章志敏, 王秉中, 葛广顶, 梁木生, 丁帅 2012 物理学报 61 098401]

    [15]

    Liang M S, Wang B Z, Zhang Z M, Ding S, Zang R 2013 Acta Phys. Sin. 62 058401 (in Chinese) [梁木生, 王秉中, 章志敏, 丁帅, 臧锐 2013 物理学报 62 058401]

    [16]

    Zhou H D, Wang B Z, Ding S, Ou H Y 2013 Acta Phys. Sin. 62 114101 (in Chinese) [周洪澄, 王秉中, 丁帅, 欧海燕 2013 物理学报 62 114101]

  • [1] 安腾远, 丁霄. 基于角谱域和时间反演的任意均匀场的生成方法. 物理学报, 2023, 72(18): 180201. doi: 10.7498/aps.72.20230418
    [2] 安腾远, 丁霄, 王秉中. 基于时间反演技术的复杂天线罩辐射波束畸变纠正. 物理学报, 2023, 72(3): 030401. doi: 10.7498/aps.72.20221767
    [3] 闫轶著, 丁帅, 韩旭, 王秉中. 基于信道处理的时间反演幅度可调控多目标聚焦方法. 物理学报, 2023, 72(16): 164101. doi: 10.7498/aps.72.20230547
    [4] 陈传升, 王秉中, 王任. 基于时间反演技术的电磁器件端口场与内部场转换方法. 物理学报, 2021, 70(7): 070201. doi: 10.7498/aps.70.20201682
    [5] 院琳, 杨雪松, 王秉中. 基于经验知识遗传算法优化的神经网络模型实现时间反演信道预测. 物理学报, 2019, 68(17): 170503. doi: 10.7498/aps.68.20190327
    [6] 张洪波, 张希仁. 用于实现散射介质中时间反演的数字相位共轭的相干性. 物理学报, 2018, 67(5): 054201. doi: 10.7498/aps.67.20172308
    [7] 朱江, 王雁, 杨甜. 无线多径信道中基于时间反演的物理层安全传输机制. 物理学报, 2018, 67(5): 050201. doi: 10.7498/aps.67.20172134
    [8] 龚志双, 王秉中, 王任, 臧锐, 王晓华. 基于光栅结构的远场时间反演亚波长源成像. 物理学报, 2017, 66(4): 044101. doi: 10.7498/aps.66.044101
    [9] 吕俊伟, 迟铖, 于振涛, 毕波, 宋庆善. 磁梯度张量不变量的椭圆误差消除方法研究. 物理学报, 2015, 64(19): 190701. doi: 10.7498/aps.64.190701
    [10] 陈秋菊, 姜秋喜, 曾芳玲, 宋长宝. 基于时间反演电磁波的稀疏阵列单频信号空间功率合成. 物理学报, 2015, 64(20): 204101. doi: 10.7498/aps.64.204101
    [11] 李焜, 方世良, 安良. 基于频散特征的单水听器模式特征提取及距离深度估计研究. 物理学报, 2013, 62(9): 094303. doi: 10.7498/aps.62.094303
    [12] 梁木生, 王秉中, 章志敏, 丁帅, 臧锐. 基于远场时间反演的亚波长天线阵列研究. 物理学报, 2013, 62(5): 058401. doi: 10.7498/aps.62.058401
    [13] 周洪澄, 王秉中, 丁帅, 欧海燕. 时间反演电磁波在金属丝阵列媒质中的超分辨率聚焦. 物理学报, 2013, 62(11): 114101. doi: 10.7498/aps.62.114101
    [14] 赵德双, 岳文君, 余敏, 张升学. 时间反演脉冲电磁波在双负材料中传播特性研究. 物理学报, 2012, 61(7): 074102. doi: 10.7498/aps.61.074102
    [15] 陈英明, 王秉中, 葛广顶. 微波时间反演系统的空间超分辨率机理. 物理学报, 2012, 61(2): 024101. doi: 10.7498/aps.61.024101
    [16] 章志敏, 王秉中, 葛广顶. 一种用于时间反演通信的亚波长天线阵列设计. 物理学报, 2012, 61(5): 058402. doi: 10.7498/aps.61.058402
    [17] 丁帅, 王秉中, 葛广顶, 王多, 赵德双. 基于时间透镜原理实现微波信号时间反演. 物理学报, 2012, 61(6): 064101. doi: 10.7498/aps.61.064101
    [18] 章志敏, 王秉中, 葛广顶, 梁木生, 丁帅. 亚波长金属线阵中一维时间反演电磁波的聚焦机理研究. 物理学报, 2012, 61(9): 098401. doi: 10.7498/aps.61.098401
    [19] 程桂平, 郑 俊, 邓文武, 李高翔. 反馈法定位两原子之间的相对位置. 物理学报, 2008, 57(1): 212-218. doi: 10.7498/aps.57.212
    [20] 孙琪真, 刘德明, 王 健. 基于环结构的新型分布式光纤振动传感系统. 物理学报, 2007, 56(10): 5903-5908. doi: 10.7498/aps.56.5903
计量
  • 文章访问数:  4956
  • PDF下载量:  393
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2013-12-26
  • 修回日期:  2014-03-29
  • 刊出日期:  2014-07-05

/

返回文章
返回