降雨空间不均匀性与雷达测雨空间平滑误差

用X波段气象雷达对降雨精细结构观测,获得了125 m高距离分辨率的降雨反射率数据。用此数据模拟计算了在与地基、空基的雷达分辨尺寸相当的模拟雷达空间平滑窗口内的不均匀性强度、基于Z-R关系的雷达测雨空间平滑误差等参数,并分析了这些参数间可能的相关关系。结果表明,降雨的小尺度不均匀性非常显著,甚至在1 km的雷达分辨尺寸内反射率不均匀度超过10 dB以上并不罕见,由此产生的雨强平滑误差不可忽略,甚至对于与地基雷达分辨率相近的0.5 km模拟雷达分辨率,其相对相误差可达30%以上。结果比较显示,用通常的1 km低分辨率雷达数据模拟计算会低估测雨平滑误差,其中对于4 km和3 km分辨率约低估25%,对于2 km以下分辨率约低估40%以上。     

利用雨量雷达构建面雨量自动监测系统

雨量雷达是专门适用于气象目标中降雨量定量测量的雷达设备,高分辨区域面雨量自动监测系统则是应用雨量雷达进行区域内雨量监测,监测系统通过雨滴谱仪与模型算法解决衰减订正和雨量数据计算准确度问题,可以方便地获得区域内的降雨分布情况和有效的降雨量,与常规单点雨量定量测量相比,在较大区域内测量雨量,整体上精度高,成本低。经过大理监测区域的验证,面雨量自动监测系统具备较高的测量精确度,具有较好应用前景。     

风廓线雷达风谱的概率分布研究

研究风廓线雷达风谱的概率分布,对估计噪声水平、评价风谱形成算法的性能、提取风廓线回波的信息等等都有重要的作用和意义.目前,接收机噪声的谱的概率分布得到了较好的研究,而风廓线回波的谱的分布却缺少相应的分析,鉴于此,研究了风谱的概率分布.通过对雷达回波做合理的假设,在分析经典风谱形成算法的基础上,提出雷达噪声谱和风廓线回波的谱分别服从X2,分布和非中心X2分布.利用实际的雷达数据和计算机仿真的方法进行的分布的假设检验,说明该理论模型准确有效.     

高速弹丸轨迹精度影响因素研究

高速弹丸轨迹动力学建模结果的精度依赖于从测量数据中合理选择初值，但当前对初值的选取没有明确标准，无法保证得到高精度的建模结果。研究了测量轨迹全程的误差分布，为合理的初值选取提供了基本依据。基于误差传递理论对高速弹丸的雷达测量结果进行精度估计，采用零攻角三自由度模型进行弹道轨迹建模，确定对建模结果有影响的6个精度参数，并进行仿真计算，分析雷达测元误差和弹丸相对雷达的运动情况对测量轨迹精度的影响。整体而言，弹道轨迹精度与目标和雷达测站的相对关系及目标弹道特点有很强的相关关系。雷达测元误差对速度精度影响不大，位置精度的变化与测元变化趋势明显相关，x和z方向的误差逐步变小，而y方向的误差在末段明显增大。本研究结果有助于合理选择最优初值点，进而有助于提高建模结果精度。     

基于起伏RCS模型的PD雷达地杂波谱计算

由于雷达分辨单元内一般包括很多随机分布的散射体,他们的介电常数和几何特性都是随机变量;同时散射体或雷达的运动也将引起回波振幅和相位的变化,这些原因导致杂波的雷达散射截面积σ.具有随机起伏的性质.在计算杂波功率谱时,用起伏RCS代替平均RCS,对机载PD雷达的地杂波功率谱进行了仿真研究,给出了一种基于起伏RCS的杂波功率谱计算的一般方法,模拟了杂波功率谱的起伏特性,通过比较仿真结果,可以清楚地看到RCS起伏的特性对功率谱的影响,表明方法对地杂波仿真的有效性.     

南京地区基于E频段毫米波链路的降雨监测研究

近年来,利用微波链路监测降雨这项新技术越来越受关注,准确的降雨观测数据对气候监测至关重要。该研究利用在南京地区搭建的E频段毫米波链路反演降雨强度信息,对降雨引起的衰减进行分离并实时确定参考基线,基于雨滴尺寸分布计算降雨强度,校正了湿天线效应的影响。实验结果表明,基于E频段链路反演获得的降雨强度在71GHz频段的相关系数约达到0.90,均方误差约为0.11mm/h,在81GHz频段约达到0.91,均方误差约为0.15mm/h。通过与激光雨滴谱仪的实测降雨强度作比较,验证了E频段毫米波链路监测降雨的可靠性。     

基于非表面参考技术的机载双频降水反演结果分析

双频降水测量雷达是我国计划发射的风云三号降水测量卫星上的主载荷。双频测量能够较好地估计粒子谱分布参数,提高降雨率定量反演的精度,对双频降水反演算法的研究是降水产品业务化的基础。首先介绍基于非SRT的双频降水反演算法的主要原理,随后采用模拟数据对反演算法的精度进行检验,并选取机载雷达外场校飞试验中的实测数据,分析了机载雷达降雨探测的合理性。结果表明:双频反演的DSD参数基本合理,能够准确地反映出层云降水中亮带的峰值信息,并且和在轨同步观测的星载降水测量雷达PR的探测结果相近。此外,还探讨了随机选取的机载反射率因子廓线的双频反演结果以及可能引起反演误差的原因,结果发现相态转换的高度以及水的体积比可能对4 km附近及其以上的区域有一定的影响,对4 km以下的部分则影响不大。同时温度对反演结果的影响主要集中在3.5 km附近,在其他高度层,温度的影响基本可以忽略。同时降雨率的精度还受到雷达系统误差的制约。总体而言,机载双频降水反演结果具有一定的精度,基本符合当时机载外场试验的实际天气状况,从而验证了机载雷达降雨探测的合理性。     

OSMAR波束中心区域的定向误差分析

高频地波雷达探测海流的过程中,产生海流测量误差的影响因素有很多;文中提出了定向误差系数的概念,通过实测数据计算和分析了定点OSMAR的流速测量误差与该点定向误差系数的相关性,结果表明雷达的定向误差是雷达海流测量误差的重要来源;并计算出了OSMAR波束覆盖的中心区域上,雷达的定向偏差在10左右;该结论对于提高高频地波雷达测量准确度具有直接的指导意义.     

基于波动方程的近场目标成像算法

雷达对近场目标的探测成像是探地雷达成像和微波医学成像的基本模型.为得到高分辨的近场目标雷达图像,论文从标量波动方程出发通过波散关系导出了目标散射信号和目标函数之间的对应关系,得到了谱域和时域的多种成像算法并分析了它们之间的联系.通过对实测雷达数据的成像处理,结果显示了近场成像算法的有效性.     

APAR天线中T/R组件研究

随着电子对抗环境越来越复杂以及高功率固态功率器件和单片机微波集成电路的出现,每个雷达天线单元中可以设置固态T/R组件,使相控阵雷达天线变为有源相控阵雷达天线。在有源相控阵雷达中T/R组件是最关键的部件。本文主要介绍T/R组件的构成、主要功能、工作原理以及主要要求。     

一种新型的雨滴微观特征提取方法*

雨滴颗粒的数目、形状、尺寸以及谱分布是准确反演降雨强度的基础,为了获取自然环境下的雨滴微观特征量,本文采用迭代最大熵分割算法,获取雨滴图像的灰度区域阈值,通过阈值比较,把雨滴颗粒从图像中分割出来,在此基础上,把凹点匹配分割算法引入粘连雨滴的分割研究中,以链码差和曲率作为判断准则,选取凹点进行匹配,实现粘连雨滴的精确分割,以几何均值算法标记不同雨滴颗粒质心位置,记录雨滴特征量,提出了一种新型的雨滴微观特征提取方法。通过实验表明,该算法不仅能够有效地从图像中提取边界区域明朗且颗粒完整的雨滴,而且能够对粘连雨滴颗粒进行分割,从而可精准地从图像中获取雨滴微观特征量。     

三维成像雷达高度计在海冰厚度估算中的误差研究

海冰是全球气候系统中最为重要的指示因子之一,海冰厚度作为描述海冰变化的重要参数,对研究区域热量调节、气候变化等有重大意义。现有高度计在海冰监测中存在空间分辨率低、观测刈幅窄等弊端,而新型三维成像雷达高度计以小入射角以及短基线干涉测量技术可实现宽刈幅、高精度的海面测量,在海冰监测中有巨大的潜力。从干涉测高原理入手,基于交轨距离分析三维成像雷达高度计的斜距测量误差、基线倾角误差、基线长度误差、干涉相位误差对测高精度的影响,并对上述误差构成的测高总误差进行仿真分析,结合海冰分布图像以及海冰厚度估算原理,探究提高海冰厚度估算精度的因素。实验发现：利用干涉相位与基线倾角的相关性对基线倾角误差进行改正,可提高三维成像雷达高度计在海冰厚度估算的精度,使海冰厚度的估算误差由85.47 cm降至70.23 cm,精度提高17.83%。     

高频地波雷达定向误差对海流测量的影响

提出了定向误差系数的概念,计算并分析了实测结果中定向误差系数随方位和时间的变化规律,研究了定点高频地波雷达的流速测量误差与该点定向误差系数的相关性。结果表明,雷达的定向误差是雷达海流测量误差的重要来源;对于确定的高频地波雷达而言,海流测量误差不仅与雷达系统有关,而且与被探测海域的海流分布直接相关。     

航海雷达测波系统中降雨观测资料的分析与处理

在利用航海雷达进行海浪观测时,降雨的出现会改变海面粗糙度,从而导致雷达所接收到的回波信号强度发生改变。通过对实际海浪观测资料的分析,提出一种对航海雷达测波系统中降雨观测资料的分析与处理方法,运用雷达回波影像的统计特性-均值和变异系数作为降雨与非降雨雷达影像的分类标准,然后利用中值滤波算法对降雨观测资料进行滤波处理,以降低降雨对回波影像的影响,同时探讨了中值滤波算法的适用性。实验结果表明本算法具有较强的鲁棒性和较高的通用性。     

基于卡尔曼滤波和AR参数的非平稳杂波仿真

分析了天基雷达地面杂波的统计分布特性和功率谱特性,研究了基于零记忆非线性变换法仿真天基雷达地面杂波相关随机序列的方法.该方法用AR过程模型产生相关杂波,但是,在实现线性滤波器时仿真的相关杂波与实际非平稳杂波存在误差,仿真效率低.提出了基于卡尔曼滤波递归AR参数实现线性滤波器的方法,推导了仿真相关对数正态分布杂波的原理和方法,进行了杂波仿真实验和分析,仿真的杂波能够很好地符合幅度分布和功率谱特性要求,可以提高探测概率,验证了该方法仿真杂波的准确性和有效性.     

雷达侦察数据的建模与仿真验证研究

针对雷达侦察数据是进行雷达信号分选和识别箅法研究的基础,在介绍雷达侦察设备对脉冲参数截获测量原理的基础上,分析了雷达信号的变化特征,进而提出脉宽-脉幅等参数之间的关系模型,建立雷达侦察数据中各脉冲参数和误差的数学模型,最后设计并实现雷达侦察数据仿真软件,利用非参数假设检验的方法对模型进行了仿真.仿真结果表明,模型可以较逼真的反映外场试验数据的变化特征,能够为综合电子信息系统的目标识别试验提供可靠仿真数据源.     

基于模态函数特征谱的海洋小目标检测

经验模态分解算法在海杂波抑制和目标检测方面具有应用潜力,但如何实现模态函数自动筛选和判别是算法的关键问题。通过分析模态函数谐波模型,提取其信号特征谱,选取检测量实现目标自动检测。首先,对雷达回波进行复数经验模态分解;然后对得到的各个内模分量提取特征谱,并根据特征谱分布情况得到散布特征;最后基于散布特征在各个内模函数间的分布差异实现目标检测。实测微波多普勒雷达数据处理结果表明,目标检测结果和实际情况一致,且在一定的虚警率约束下检测概率较传统检测算法有一定提高,为雷达海洋目标检测提供了新方案。     

自适应谱线增强器在生物雷达中的应用

在探测废墟下存活的人体时,生物雷达很难找到理想的参考信号对采集的信号进行处理。对已有生物雷达信号处理方法性能进行分析,提出了基于误差变化率的变步长LMS自适应谱线增强算法。算法不需要理想的信号作为参考信号,且收敛性能和鲁棒性好、稳态误差小。Matlab仿真分析证明了该算法应用于生物雷达信号处理的有效性。     

降水现象仪的雨滴谱分析系统设计

由于部分降水现象仪的数据读取系统无法显示各类型雨滴的分布情况,不利于气象观测人员更直观地了解雨滴谱情况。利用Python编程环境,针对DSG1型、DSG3型和DSG5型降水现象仪设计了雨滴谱分析系统,主要实现数据处理、雨滴谱分析和存储等功能,为气象观测人员了解各类型雨滴的分布情况提供了技术支持。     

Maple在气溶胶云下清除数值模拟中的应用

云下清除是大气气溶胶粒子一个重要的清除机制,清除效果与粒径大小及雨强等气象条件密切相关,一般采用质量平均清除系数和雨强的参数化关系来定量描述.本文采用数值计算方法模拟气溶胶粒子的云下清除过程,综合考虑布朗扩散、拦截作用和惯性碰撞等机制的贡献,结合不同模态气溶胶粒子的化学成分,在Maple平台上,通过对M-P雨滴谱、雨滴终速经验公式、气溶胶粒子对数正态分布谱、雨滴对气溶胶粒子捕获系数等,基于雨滴或气溶胶粒径的多个函数进行统一符号处理和数值计算,得到CaCO3、(NH4):SO4两种典型的大气气溶胶粒子质量平均清除系数和雨强的参数化关系:CaCO3粒子为 (h-1)=0.83·P00.74,(NH4)2SO4粒子为 (h-1)=1.8×10-3·P00.64.分析r降雨过程中大气气溶胶质量浓度和雨水中Ca2+,NH4+,SO42-离子浓度的变化趋势.