地基35 GHz测云雷达回波强度的衰减订正研究

为了订正大气和云对毫米波雷达信号的衰减,选取了层状云、降水性层状云及对流云个例,进行了衰减订正试验.根据雷达反射率因子Z与衰减系数k的经验关系,采用分级逐库订正法进行订正.结果表明,对于回波强度比较弱的层状云来说,订正后数据可靠性较高; 对于降水回波来说,雨水及传播路径中的丰富水汽都会造成毫米波信号的严重衰减,因此降水云的衰减订正难度大.经过订正后,虽然还存在误差,但对毫米波雷达数据的质量有明显改善.     

毫米波测云雷达回波的衰减订正研究

毫米波测云雷达探测云目标时,电磁波除了受到云目标衰减之外,还受到大气传输中氧气以及水汽的衰减,电磁波的衰减导致雷达观测到的回波强度小于云目标的实际回波强度,这种误差将影响云内结构的反演。因此,为了使毫米波测云雷达的探测数据正确地反演出云目标的宏观物理特征,必须对进行毫米波测云雷达工作频率下气象目标物的衰减进行订正。主要利用逐库衰减订正算法以及分级逐库衰减订正算法对英国Chilbolton 观测场94GHz 毫米波测云雷达的一次降水云观测结果进行了垂直方向的大气衰减订正研究,并比较逐库衰减订正算法以及分级逐库衰减订正算法间的反演差异。同时,利用国际电信联盟ITU-RP. 676-10 建议书中氧气以及水汽衰减订正公式进行了毫米波测云雷达探测数据的二次订正。分析和对比结果表明,衰减系数的变化对于云目标的宏观物理特征反演有着明显的影响,并且分级逐库衰减订正法的订正效果强于逐库衰减订正法。     

西藏羊八井Ka&W双频毫米波云雷达性能及观测分析

介绍了西藏羊八井全大气层观象台最新架设的Ka&W双频毫米波云雷达（以下简称YBJ-DFDR,W波段94GHz,波长3.2 mm,Ka波段35 GHz,波长8.6 mm）的基本性能,并选择该地区不同类型云的观测数据,对其探测能力开展了分析和对比研究。分析结果显示,该双频云雷达系统具有较高的探测能力,其中W波段雷达和Ka波段雷达在10 km距离处的探测灵敏度分别达为-39.2 dBZ和-33 dBZ。对比研究表明Ka和W波段雷达所测等效反射率因子值因云物理属性不同亦呈现不同的特征。发生降雨时,由于液态雨和云粒子对雷达信号的吸收和散射作用,造成回波信号出现衰减,此时Ka和W波段雷达二者之间的衰减程度明显不同,W波段雷达信号衰减较严重,甚至出现衰减后低于探测灵敏度而无法获得回波的情况（严重时二者之差可达30 dB）。而当云中粒子多为冰相时,回波信号的衰减程度显著减弱,W波段雷达相比Ka波段雷达展示出更佳的探测能力,其所测反射率因子值普遍高于Ka波段雷达。研究亦发现Ka波段雷达对于云层边缘区域,如云顶、云底部分,容易出现漏测的情况,从而导致云顶高度的低估和云底高度的高估,其主要原因是这些...     

基于信道化架构的宽带I/Q不平衡校准技术

零中频接收机凭借其架构简单、易于集成等特点已被广泛应用于通信系统和雷达系统,为未来雷达通信一体化技术发展奠定了基础。然而,零中频接收机存在I/Q不平衡问题,这不仅会造成通信星座图的偏移,还会引入雷达虚假目标。现有宽带I/Q补偿方法的精度不高,且都集中于后处理,无法做到实时。因此,本文首先建立了宽带I/Q不平衡模型,并提出了一种融合信道化架构和盲估计补偿算法的宽带I/Q失衡校准技术。该技术利用信道化架构将宽带信号划分为窄带信号,并利用盲估计算法对带有镜像信号的子信道进行在线补偿。实验表明,该方法在获得高精度补偿参数的同时,完成了对宽带I/Q失衡的实时补偿。镜像抑制比达到55 dB。     

叶尖间隙微波测量系统中数字下变频设计

叶尖间隙微波测量法是基于相位差原理的微距测量方法,通过测量微波传感器到叶片尖端的发射信号与回波信号的相位差,计算叶尖间隙。为了测量发射信号与回波信号间的相位差,设计了一种数字下变频(DDC)模块,该模块用于解调叶尖间隙微波测量系统中接收机输出的中频回波信号和回波补偿信号以及系统中的中频参考信号。测量系统根据解调后的I/Q信号计算信号的相位和相位差。DDC模块采用低通滤波法实现,并在System Generator开发环境中完成了设计和仿真验证。仿真结果证明DDC模块能够完成输入中频信号的解调,并对解调后的I/Q信号进行10倍抽取,该模块在微波叶尖间隙测量系统中有较大的工程实用价值。     

机载测云雷达探测模式分析

毫米波相对微波来说,其波长更短,对云雾等细微粒子具有更强的散射特性。利用其这一特点可以更好地探测云雾等目标。机载毫米波测云雷达是以高机动的飞机作为搭载平台,并可根据载机平台的飞行高度采用不同的探测模式,直接进入试验区域实现大范围的云雾探测。近年来,我国已经研制出Ka波段、W波段测云雷达,包括固定式、车载式、机载式产品。根据当前国际上典型机载毫米波测云雷达技术参数,结合我国采用的载机特点,探讨机载测云雷达探测模式,并进行简单分析和说明。     

一端固定的双站SAR体制下基于距离补偿的毫米波快速成像算法

本文提出了一种一端固定的双站SAR(OS-BiSAR)体制下基于距离补偿的毫米波快速成像算法.在图像重构过程中,该算法通过保留回波模型中的幅度衰减因子来补偿信号传播衰减,并根据目标回波方程特性对接收阵列维执行了卷积操作,最后通过快速傅里叶变换(FFT)以及相干累加等步骤求解出最终目标图像.仿真分析和实验结果表明,与OS...     

闪烁现象下基于微动补偿的旋转叶片参数估计方法

目标旋转叶片的微动特征对雷达目标识别有重要意义,但当雷达回波中存在强闪烁现象时难以测量微动参数。针对此问题,提出了一种调频连续毫米波雷达在闪烁现象下的微动补偿参数估计方法。首先建立了调频连续波雷达的旋转散射点回波模型,由线积分得到旋转叶片雷达基带回波信号的解析形式,分析了闪烁现象产生机理和特征。然后,考虑到回波信号所具有的周期性脉冲特征,构造了基于周期脉冲模型的微动参数补偿算子对回波信号进行参数补偿。最后,检测补偿后信号能量峰值完成了旋转叶片微动参数的估计。仿真和实测数据的实验结果表明,所提方法在强闪烁现象下对旋转叶片的旋转频率、旋转长度和初始旋转角具有较高的参数估计精度。      

毫米波末制导雷达频域高分辨测角技术研究

针对毫米波末制导雷达角跟踪精度差的问题,提出基于频域高分辨像的单脉冲测角算法.该算法根据单脉冲雷达测角原理,在测角之前时和差通道的回波信号分别进行一维频域成像,然后在频域做比幅测角,获得频域单元的角度误差,经过一定的滤波处理,得到目标径向几何中心的空间角度.仿真结果表明该算法可大大提高单脉冲雷达的测角精度.     

基于盲源分离的毫米波雷达抗雨杂波干扰研究北大核心CSCD

毫米波雷达信号在降雨环境下传播时，会产生雨杂波，对雷达目标测距精度产生较大影响。本文研究了毫米波雷达信号在降雨环境下的衰减计算方法，给出了单次散射情况下毫米波雷达的体反射率，明确了降雨环境下的雷达方程。并根据雨滴尺寸分布特性建立降雨环境下的雨滴谱三维分布模型与雷达探测范围模型，仿真分析了降雨环境下的雷达测距结果。提出了一种基于四阶累积量与正交联合近似对角化的盲源信号分离算法，对降雨环境下雷达混合接收信号进行分离，实验结果证明了该方法的有效性。     

Measurements of cloud contribution to rain millimeter wave attenuation by using a radar and radiometers

The measurement technique of cloud contribution to rain attenuation and the equipment consisted of the coherent pulse Doppler radar at wavelength λ=3.2 cm, the radiometers at λ=0.4; 0.8 and 1.35 cm and apparatus for signal recording and processing is described. The results of such measurements are given. The Doppler spectrum of the rain backscattered radar signal was used for determination of rain drop size distribution height profile then rain attenuation was calculated and cloud attenuation was determined as the difference between the total attenuation measured by using the radiometers and rain attenuation. The results of this work gave possibility to improve the known rain model of P.Misme for prediction of rain attenuation statistics for Earth-satellite links at millimeter wave.     

单脉冲雷达避开云层回波干扰的方法研究

单脉冲雷达发射和接收频率一致,这不可避免地带来了各种反射干扰.航天测控雷达具备针对周围近地反射回波干扰的避盲功能,但对常见的云层回波干扰却没有采取措施,造成雷达在多云或雨天执行任务时,容易受云层(包括云和降水粒子)回波干扰影响.该文对单脉冲雷达云层回波的成因、特征及其影响进行分析,提出航天测控任务中,单脉冲雷达如何躲避云层回波干扰影响的具体方法.     

卫星资料在云顶粒子尺度特征分析中的应用

选取NOAA卫星AVHRR通道3(3.55～3.93μm)观测资料,分析云顶粒子的物理性质,并用地面雨量和雷达观测资料对卫星反演分析结果进行验证.分析结果显示通道3反射率小,云顶粒子尺度大时易产生降水.当云层为单一层次时,通道3的反射率小值区与雷达回波区间具有良好的对应关系,证实了在降水过程中卫星分析云顶粒子尺度结果与雷达观测一致.     

雷达图像中的对流云识别算法研究

对流云是形成暴雨、冰雹、龙卷风等灾害性天气的主要原因。基于准确识别对流云从而达到对灾害天气进行预警的目的,本文采用了模板匹配这一创新性的对流云识别的方法。结合对流云和层状云的物理特性以及雷达回波水平场结构,根据雷达反射率数据的强度、峰值和半径三方面的指标来进行对流识别。通过采用京津地区雷达站的雷达数据进行大量试验,排除了亮带对对流云识别的干扰,提高了对流云识别的准确度。     

Cloud and Rain Effects on AltiKa/SARAL Ka-Band Radar Altimeter—Part I: Modeling and Mean Annual Data Availability

The AltiKa project, developed by the French Centre National d'Etudes Spatiales, is based on a wideband Ka-band altimeter (35.75 GHz). The technical characteristic of the instrument will offer higher performance both in terms of spatial and vertical resolutions that will lead to the improved observation of ice, coastal areas, inland waters, and wave height. An Indian Space Research Organization satellite, called Satellite with ARgos and AltiKa, will embark the AltiKa altimeter. The launch is scheduled at the end of 2010. The major drawback of Ka-band use is the attenuation of the radar signal by atmospheric liquid water. Clouds and rain effects will thus be a strong constraining factor, because the altimeter link budget imposes an attenuation of less than 3 dB. The impact of rain and clouds on Ka-band altimeter data is analyzed and quantified using an analytical model that computes AltiKa waveforms in the presence of rain or clouds. The results are then used to quantify the waveform attenuation and distortion, as well as the error induced on the altimeter geophysical parameter estimates. Because of the nonlinearity of attenuation relations, the impact of clouds/rain depends more on the cloud/rain variability within the altimeter footprint than on the mean characteristics, which makes correction using coincident rain or cloud data difficult. Small rain cell and small dense clouds can thus strongly distort the waveforms and lead to erroneous geophysical parameter estimates. The probability of 20 Hz and 1-s averaged data loss are computed from the model results and from cloud and rain climatologies. On a global scale, about 3.5% of the 20-Hz data will be lost because of rain and clouds and 2.5% of the 1-s averaged data. However, the probability strongly varies over the global ocean and can exceed 10% in the Tropics.      

频谱校正技术在频率步进探地雷达中的应用研究

频率步进方法是探地雷达的工作体制之一。由于地下介质在各个频点对电磁波的衰减程度不同,导致频率步进探地雷达中回波信号频谱已经严重变形。文中基于恒Q模型推导了当考虑地下介质衰减特性时回波频谱的表达式,提出采用频谱校正技术对回波谱白化后进行匹配滤波。仿真结果表明,该技术大大提高了距离像的主旁瓣抑制比和分辨率,提高了地下目标检测能力。     

雷达信噪比的测量与计算

根据雷达信号分析理论 ,提出从雷达视频端的目标回波加干扰信号中分离出目标回波信号的方法 ,并提出从雷达视频端的噪声幅度反推出接收机输出端噪声方差的方法 ,进而提出从视频端分别采集的目标回波加噪声信号和纯噪声信号中分析出雷达接收机输出端真实信噪比的方法。     

毫米波雷达和激光雷达探测云边界的对比分析

为了探测云边界,采用毫米波雷达(MMCR)和微脉冲激光雷达(MPL)联合观测的方法,观测了层积云、高层云、高积云和卷积云个例,并对比分析了两部雷达探测到的云边界的差异。结果表明,通常MPL探测的云底高度高于MMCR;其中在高层云个例中,二者相差最大,其它个例中,差别较小;云粒子对毫米波电磁波和激光光束的散射机制的不同以及两个设备判定云边界方法的不同是差异产生的主要原因。对于云顶的小粒子和云内的小冰晶,MPL的探测能力强于MMCR;但对于发展深、厚的云层,MPL会因衰减的影响探测不到真实的云顶,而MMCR可以探测到完整的云层。