不同天气类型下全光纤相干激光测风雷达探测性能分析

为了给低空飞行安全气象服务奠定基础,根据2015年7~9月国内新研制的全光纤相干激光测风雷达,联合边界层风廓线雷达和双经纬仪探空气球在我国东北某地获取的探测实验资料,对比了晴天、阴天、雾霾天和雨天4种天气类型下激光测风雷达和风廓线雷达与探空气球风场探测的相关性,以评估激光测风雷达的测风精度和稳定性。结果表明,晴、阴和雾霾天条件下,激光测风雷达测风精度优于风廓线雷达,其水平风与真值误差的标准差低于风廓线雷达的一半;雨天条件下,激光测风雷达探测高度受限,最大可测高度仅为风廓线雷达的一半,表明其风场探测受降水衰减影响比风廓线雷达严重。激光测风雷达测风稳定性优于风廓线雷达,垂向连续高度上其与真值的相关系数变化小且均达到0.9以上。晴、阴和雾霾天条件下,两种雷达测风精度均受大气风速变化影响,且随大气风速增加呈不同变化趋势。     

激光测风雷达分析典型高原机场风场特征

为了对激光测风雷达在民用机场的运行环境适应性及综合保障能力进行评估,采用国产自研激光测风雷达在典型高原机场为期3个月的风场联合监测试验数据,结合同址相关气象资料,分晴、多云、阴、雾及降水等不同气象条件,对激光测风雷达的风场数据进行了分析,以揭示典型高原机场的风场特征,检验国产激光测风雷达的综合保障能力。结果表明,在不同天气类型下,激光雷达的测风性能存在明显的差异,其在晴、多云、阴天整体表现较优,水平最大探测距离最远可达6623m,垂直最高可达2895m;同时,激光测风雷达能精准捕捉到高原机场的风场在时间尺度和空间尺度上的典型变化特征。该研究为雷达在民航的应用提供了参考。     

3维激光测风雷达技术研究

为了精确测量3维大气风场的实时状态以应对低空风切变在飞行器起降过程中给飞行器带来的多种问题,通过DBS四波束风场反演原理研制出一款小型3维激光测风雷达。对大气风场展开测风试验并获取风场数据,并与其它标准测风设备的数据对比分析。结果表明,雷达在晴天和阴天的天气状况下均可以实现对大气风场的有效测量,风速均方根误差0.42m/s,风向均方根误差5.33°。该雷达精准度高、稳定性好,对风切变预警、中低空大气风场预报及飞行器飞行通道的风场测量具有重要作用。     

1.55μm全光纤多普勒测风雷达系统与试验

为实现对大气风场三维信息快速、准确的测量,以人眼安全波长1.55μm窄线宽光纤激光器为光源,采用全光纤相干探测光路,研制出多普勒测风雷达系统.该雷达整机结构紧凑、体积小、测量精度高,并在原vAD反演方法的基础上,采用了一种遗传算法与非线性最小二乘相结合的改进算法来实现对风场的反演,使其具有更高的数据失真修正能力,风场反...     

风廓线雷达测量精度分析

风廓线雷达是用于大气风场探测的无线电遥感系统,实践表明它是一种很有发展前途的测风设备。本文介绍了我所边界层风廓线雷达的组成和工作过程,分析了边界层风廓线雷达的测量精度。     

浅析舰船激光测风雷达技术应用及发展趋势

舰船航行时庞大躯身及上层建筑会对船体周边的大气流场分布产生较大的干扰,应用激光测风雷达获取舰船周边大气流场高时空分辨信息,能提升舰船航空飞行器在高海况条件下的安全起降能力。对舰船载激光测风雷达在海洋环境工作应用模式及数据需求等进行分析,并介绍了船载激光测风雷达工作原理及国内外发展情况,分析了雷达的相关关键技术,最后对船载3维高时空分辨风场测量技术的发展趋势进行了展望。     

中频测风雷达的研制

介绍了中频测风雷达的工作原理,给出采用空间分布天线模式(SA)和全相关分析技术(FCA)求取大气水平风场的算法。提出的倒V型天线设计方案,在工程上易于实现;对每路8 kW的高功率输出,采用全固态发射技术,提高了系统稳定性和可靠性。结果表明,中频测风雷达能够测量中层大气的风速和风向,达到了预期效果。     

三角尺度效应对中频雷达风场探测的影响分析

 采用空分天线测风模式的中频雷达在使用全相关分析算法时,天线阵尺度的变化会带来风速风向的计算偏差,称为三角尺度效应.由于三角尺寸效应的存在,中频雷达天线设计必须考虑天线阵尺度的影响因素.本文主要从两个方面分析天线阵尺度对MF雷达风场探测的影响:(1)天线阵尺度对互相关函数最大值校正误差的影响；(2)天线阵尺度对数据采信率的影响.分析结果表明:为保证较高的数据采信率,天线阵尺度应小于衍射图尺度.而在满足天线阵尺度小于衍射图尺度的范围内,选择较大的天线尺度将有助于提高平均测风精度.最后提出了中频雷达天线阵尺度选择建议.     

固定式边界层风廓线雷达TR组件相关故障分析

固定式边界层风廓线雷达是一部上视、晴空探测脉冲多普勒雷达,能实时探测大气三维风场,能不间断地提供被探测高度范围内的大气水平风场、垂直气流、大气折射率结构常数等气象要素随高度的分布。对固定式边界层风廓线雷达的组成、原理进行了简单的阐述,并着重介绍了关于固定式边界层风廓线雷达TR组件相关故障的发现和排除方法。     

机载测风激光雷达下视VAD反演及算法仿真

为了研究机载测风激光雷达对机下空域3维风场分布进行探测的问题,基于陆基测风激光雷达建立风场模型,采用Levenber-Marquardt(LM)最小二乘法优化径向速率,与传统反演算法进行了仿真对比.结果表明,机载测风激光雷达的工作原理和扫描方式与陆基测风激光雷达类似,不同的是,机载测风激光雷达不仅受飞机速度干扰,而且存在飞机飞行状态不稳定性影响、地球曲率影响、地面强散射回波干扰、地面杂波干扰等特有误差来源,使得风场反演难度更大;而LM最小二乘法具有Newton-Gaussian最小二乘法的快速收敛特性和梯度下降法的保证收敛特性,能满足风场快速和准确的反演.相关结果对测风激光雷达的优化具有参考价值.     

Remote sensing of atmospheric wind velocities using solid-state andCO2 coherent laser systems

Coherent lidar/laser radar systems have been used for the remote measurement of atmospheric wind velocity since 1966. Both CW and pulsed coherent lidars have been developed and applied to a variety of ground-based and airborne applications. In recent years, most efforts have concentrated on pulsed CO₂ and solid-state Doppler lidars for the remote measurement of atmospheric wind velocities. Issues associated with the design and application of coherent lidars to atmospheric wind measurement are discussed. Coherent lidar/laser radar systems have been applied to detection and tracking of aircraft wake vortices, measurement of atmospheric wind fields during the space shuttle takeoff and landing, airborne windshear detection, ground-based airport microburst windshear monitoring, meteorological research, and environmental monitoring. Numerous examples of measurement results are presented. An assessment of the status of coherent lidar technology as practical devices for operational and research uses is addressed     

机动型激光测风雷达倾斜风场修正算法研究

为了解决激光测风雷达处于倾斜放置的情况下测出的风场信息与实际风场之间存在的误差,分析了激光雷达的测量原理、放置情况以及存在的问题,采用空间坐标变换的方法对雷达倾斜状态进行理论计算并给出了修正计算公式。对比了水平放置和横向倾斜7.2°放置的激光雷达的实测数据,发现修正前由于倾斜放置导致雷达所测垂直气流数据间产生的误差较大,加入修正算法进行仿真后,数据曲线吻合良好,修正效果明显。结果表明,空间坐标变换的修正算法可使激光雷达在处于非特定位置时仍能正确地反映实际风场信息,从而验证了该修正算法的正确性和可行性。     

多普勒天气雷达与风廓线雷达测风比较

多普勒天气雷达可以在线性风场的假设条件下,从其所获取的径向速度数据中通过傅氏变换求解得到不同高度上的环境水平风矢量及散度;风廓线雷达以空中湍流为目标,在风场一致性及各向同性的假设条件下,通过测量目标运动的径向速度来反演所在地上空的三维风场。新一代多普勒天气雷达可以测量测站周围30km内不同高度层上的平均风场,测量范围大;风廓线雷达可比较准确地测量测站上空的三维风场,且垂直分辨率较高。两者的测量机理不同,探测的空中目标也存在一定的差异。其测量结果可以互相补充,前提是两者的测量具有很好的一致性和可比较性。这对正确理解和合理利用这两种雷达数据都有一定的帮助。     

INSAR imagery of surface currents, wave fields, and fronts

The authors demonstrate the ability of interferometric radar imagery to determine both relative and absolute surface velocities in the open ocean. Absolute phase calibration is accomplished by noting the azimuthal displacement of range-travelling targets-demonstrating for the first time that under favourable circumstances phase calibration can be achieved in open-ocean in the absence of ground truth. The high resolution of radar imagery permits observation of sharp velocity discontinuities, e.g. the Gulf Stream boundary and the wave field. The recent SIR-C/X-SAR shuttle missions dramatically emphasize the experimental and observational aspects of space-based radar. The combination of absolute velocities, high spatial resolution, and wide-area coverage suggest that interferometric radar imagery can provide a unique and powerful aid both for studies of global circulation patterns and detailed analysis of slope/shelf water interactions with ocean currents. In particular, the authors employ this measurement of the surface currents and wave field near a velocity front to help refine and bound results of their modeling of calculated radar images of the front. The results of this paper are compared with available ground truth     

多普勒激光雷达风场反演研究进展

多普勒激光雷达因高精度测量、高空分辨率等特点对晴空天气的风场探测具有重要应用价值,但多普勒激光雷达只能获取径向风速,必需进行风场反演。介绍了单部和多部多普勒激光雷达的风场反演技术的国内外进展及优缺点,其风场反演算法主要在微波雷达的基础上进行优化和创新。结果表明,单部多普勒激光雷达中变分方法是最有前途的方法;早期多部雷达普遍存在同一性的问题,对多部多普勒激光雷达也没有提出更有效的方法,变分方法的提出使得单部雷达和多部雷达不再有根本的区别,同化方法成为今后的研究重点(典型方法是变分同化)。     

一种基于激光雷达探测的风场多特征反演方法北大核心CSCD

在航空安全领域,准确掌握低空风切变、湍流、飞机尾流等精细的三维风场信息,能为飞机安全起降提供重要支撑,其中激光雷达是极具潜力的风场信息精细获取的传感器。本文提出一种基于激光雷达的体积扫描策略及多风场特征获取方法,采用交替多个特定高度角的圆锥扫描方式,通过一次体扫综合实现三维风场反演、风切变预警以及湍流强度特征参数反演等功能。仿真和机场实验验证了本方法对于机场周边风切变和湍流的探测反演具有较好的性能。     

机动型雷达平面阵列天线的结构设计

天线作为辐射和接收雷达电磁波的主体,要求有相当高的阵面精度、刚度和强度。本文分析了机动型雷达平面阵列天线结构设计的特点,结合某机动雷达天线系统的设计,着重介绍了在该类天线设计中如何解决机动性与有限空间尺寸,空间与刚度,刚度与重量,高精度与可分解性等诸多矛盾,指出恰当处理这些问题是该类天线设计成功的关键所在。     

基于数字储频技术的雷达检测方法研究

基于数字储频技术(DRFM),设计了一套雷达信标测试仪,能够完成雷达光电轴、测距精度、改善因子和灵敏度的校准和测试,并能够模拟多种干扰模式和活动目标.简要说明了DRFM的基本原理,详细阐述了应用DPFM实现雷达远场检测的基本方法,总结了需要严格控制的技术指标.该技术不但突破了测试场地的限制,而且大大降低了测试仪器的成本.     

太赫兹雷达RCS测量中的分时定标技术

太赫兹频段的目标散射特性测量技术是当前太赫兹雷达的重要研究方向,其中系统定标技术决定了雷达散射截面积(RCS)测量结果的准确性。使用基于微波倍频源的太赫兹宽带雷达目标散射特性测量系统,该系统由微波源经倍频后,中心频率达到440 GHz,带宽达25.6 GHz。利用光滑表面金属球为标准体,采用分时定标技术对太赫兹雷达系统进行定标,再对金属材质的战斗机模型和吉普车模型进行近场RCS测量实验,获得以上2种典型人造目标的近场RCS测量结果。测试结果与理论趋势符合良好,证明了太赫兹雷达系统RCS测量中分时定标技术的有效性。     

合肥地区大气风速风向联合概率密度函数研究

在光电扫描系统中,热晕驻区会对激光大气传输能量产生严重的衰减,而热晕驻区出现的概率是由大气风速风向联合概率决定的.由合肥地区2007年5月至2011年6月的对流层风廓线雷达1h平均风场数据,根据最小二乘法原理,分别拟合Frechet、Gumbel和Weibull概率分布,得到拟合参数及相关系数和剩余标准差,从而比较得到最优分布模型;在上述方法拟合不出较好结果的情况下,由样本数据,根据圆形正态概率分布的特点,计算出纬向风和经向风平均值和均方差,这样也可以得到风场概率随风速和风向的关系,从而计算某一风场对应的概率.