为了研究雷达高度表相对于地面运动时天线主瓣照射区内多普勒谱分布规律，建立了大地回波宽多普勒带模型，利用基于等多普勒带、等距离环的网格映像法将波束照射区划分为若干矩形散射网格，采用等多普勒带内各矩形网格回波功率叠加的方法对回波多普勒功率谱进行仿真，克服了基于极坐标积分法计算繁琐且不利于后续工程实现的缺点，仿真结果与理论值相符，表明模型合理，最后分析得出了雷达高度表在不同高度及速度下多普勒谱分布规律，为后续雷达高度表的回波模拟提供了理论支撑。

构建了一种基于毫米波云雷达多普勒谱的过冷水滴、冰晶、雪花的识别算法, 通过对全局谱的谱峰识别, 分离出了不同类型粒子的局部谱, 得出了不同类型粒子的反射率因子、多普勒速度、谱宽等谱矩参数及含水量.通过对一次降雪过程Ka波段测云雷达多普勒谱的分析, 结果表明: (1)混合相云中, 由于雪花对毫米波雷达总回波强度贡献较大, 基于总雷达反射率因子直接反演液态水含量会忽略过冷水滴的贡献, 造成云中含水量的低估; (2)多普勒谱反演得到过冷水的液态水路径(LWP)与微波辐射计反演结果一致性较好, 说明毫米波雷达能够有效估量云中液态水路径; (3)冰雪晶粒子在过冷水层(SWL)中下落速度随反射率因子的变化梯度(dV/dZ)比在冰雪层(ISL)中大,这主要是因为冰雪晶粒子在SWL中通过凇附增长比在ISL中通过碰并增长要增长得更快.

针对海面上方低空飞行慢速小目标探测问题, 采用Kirchhoff近似(KA)和矩量法(MoM)的混合方法研究了时变海面与其上方运动目标的后向散射回波的多普勒特性。分析了海况参数、入射角、目标运动速度、目标与海面之间的距离以及目标截面形状等对后向散射回波多普勒特性的影响。这项研究对于海面与目标耦合散射机理的分析以及海杂波背景下低飞慢速小目标的检测与识别具有重要意义。

提出了采用激光外差技术探测振动目标, 获取目标多普勒频谱图像, 实现目标轮廓识别的方法。基于相位变化给出了目标振动形成外差信号的光电流模型; 用扫描振镜控制激光光束方向实现对目标点扫描; 通过振镜驱动电压触发数据采集卡, 实现扫描与采集同步。利用频谱展宽占有比例的信号处理方式处理振动目标形成的多普勒频谱, 简化了数据处理方式, 有效消除了单个峰值噪声对信号的影响。实验中以5 MHz采样率测得两个目标在不同位置的特征频谱, 得到了它的频谱展宽占有比例曲线; 选取不同频谱展宽占有比例形成多普勒频谱图像, 指出频谱展宽占有比例在0.7到09时能够形成良好的振动图像。文中结果证实了利用频谱展宽占有比例的数据处理方式探测振动目标是有效的, 利用外差技术获取振动频谱图像是可行的。

为规避尾涡威胁，保障飞行安全，研究了飞机尾涡的激光探测技术.介绍了尾涡探测基本原理，给出了激光探测方式设计和探测系统参量选择.基于设计的尾涡激光探测方案，研究了飞机尾涡回波多普勒谱与机型参量、飞行参量以及环境参量间的关系,获得了尾涡的径向速度分布规律，建立了尾涡回波多普勒谱模型，选取最佳尾涡参量估计算法用于尾涡的全面表征; 通过开展A340的尾涡探测外场实验验证了激光探测尾涡的可行性和尾涡参量估计算法的有效性.研究表明，尾涡回波多普勒谱值与径向速度的三次方成反比，与涡流环量的二次方成正比.