基于Prony模型的低空风切变快速检测算法

针对低空风切变检测问题,提出一种基于二阶扩充Prony模型的算法,利用该模型对雷达回波数据进行谱分析,得到气象回波和杂波极点,并通过极点分类曲线判别出气象回波极点,再由多普勒效应关系式估计出风速;文章对风切变雷达回波仿真数据进行检测,并和传统的FFT法做了比较;结果表明,该方法能快速有效地检测低空风切变,计算量小,避免了传统方法滤除地杂波时对气象回波完整性的影响以及频谱泄漏问题,在低空风切变气象雷达中具有一定的应用前景。     

双峰谱模型在风切变雷达目标检测中的应用

针对低空风切变的检测问题,提出了一种基于机载风切变雷达回波信号的双峰谱参数模型,利用该模型对回波信号频谱进行拟合分析,省略了预滤杂波处理环节,可以直接对风切变目标进行探测。该模型中的两个参数,平均风速和方差,是风切变现象的两个特征参数;把双峰谱频谱模型同风切变雷达回波仿真频谱作了仿真和对比分析,提取出风速等参数;结果表明,双峰谱模型较好地拟合了回波信号频谱,证实了双峰谱模型的有效性,在低空风切变雷达中有一定的应用前景。     

机载风切变雷达回波模拟器的设计与实现

低空风切变是飞机起飞和着陆阶段威胁飞行安全的主要危险天气之一,但是不能在实际环境中对其进行测试研究,因此为了帮助风切变雷达系统进行性能测试和对风切变现象的研究,对一种风切变雷达回波模拟器进行了研究;模拟器的设计采用了以数据采集器DAQ2501硬件板卡为基础,LabVIEW与MATLAB混合编程的方法;模拟器界面上可以根据需要任意设置参数,形成不同特征的回波信号,以便研究;最后模拟器以对称风场模型为例,针对回波信号幅度、回波I/Q信号正交性等多方面特征进行了测试对比和分析;结果表明,各项测试参数与实际一致,达到了预期效果,验证了文中所设计的雷达回波信号模拟器的可行性和有效性。     

机载前视风切变雷达AMTI杂波抑制技术

在机载前视风切变雷达的低空风切变探测中,所面临的不仅仅是复杂的运动杂波,而且飞机高度低(300米左右),杂波功率相当大,信杂比可达-25dB左右。用传统的杂波抑制方法无法有效地抑制杂波,提出一种基于功率输出最小准则的自适应MTI技术。根据准则技术可以自适应地调整滤波器的加权系数,从而保证滤波器输出功率最小,使输出的信杂比最大,达到充分抑制强杂波的目的。计算机仿真结果表明AMTI杂波抑制技术在甚低信杂比(-25dB)情况下具有较好的杂波抑制能力,可以主动跟踪主瓣杂波的多普勒频率,能够很好的满足机载前视风切变雷达杂波抑制的需求,同时方法结构简单,便于工程实现。     

机载前视风切变雷达杂波抑制的仿真研究

研究飞机起飞和着陆的安全问题,大气中的切变风影响飞机的飞行安全.为减弱地杂波对风切变同波信号检测,应对雷达回波进行杂波抑制,提取切变风信号,达到准确预警.为达到上述目的,提出一种归一化最小二乘格形(least square lattice,LSL)联合过程估i计器杂波抑制方法,利用估计器输出的平方和最小的前提下,自适应地凋整估计器的反射系数及回归系数,使输出杂波成分最小,从而有利于风切变的检测,以保证飞行安全.仿真结果表明,归一化LSL联合过程估计器在甚低信杂比情况下,可以主动跟踪主瓣杂波的多普勒频率,相对于AMTI杂波抑制技术具有更好的抑制能力,满足机载前视风切变雷达达到准确预警的目的.     

机载前视风切变检测气象雷达的研究进展

机载气象雷达是商业飞机强制安装的机载电子设备,可以称得上是“双眼 ”,它对于保障飞行安全具有举足轻重的作用。目前,机载气象雷达关键技术尚掌握在国外 生 产厂商手中。本文从机载气象雷达系统和机载气象雷达涉及的信号处理技术（包括降水目标 检测、湍流检测和低空风切变检测、地杂波抑制等）两个方面论述了机载气象雷达的发展历 程,指出了其中的关键技术和尚待解决的问题。最后,本文针对下一代具有增强型检测能力的 机载气象雷达系统及其相关技术进行了评述。     

基于模糊C均值的低空风切变预警算法

针对新一代多普勒天气雷达CINRAD在径向或切向检测风切变时容易丢失小切变的问题,提出了一种基于模糊C均值（FCM）的低空风切变预警算法用于阵风锋和龙卷风引起的风切变识别中。该算法的核心思想是运用8邻域系统,根据风速梯度识别不同程度切变,从而实现高切变及低切变预警。首先,采用全变分（TV）模型对雷达速度基数据进行去噪,同时保持速度基数据的细节特征;其次,采用每个速度基数据及其8邻域系统分别对应的速度值依次与4个方向模板卷积,获取4个方位速度梯度值;然后,采用FCM算法将梯度值分为高低两类,实现不同强度的风切变预警。采用武汉暴雨研究所提供的实测基数据进行测试和验证,能较为准确地识别出小切变。实验结果表明,该算法检测出来的风切变在定位精度和边缘识别两个方面均优于基于径向或切向的风切变识别算法,这对判断风切变的位置和强度以及分析不同天气引起的风切变具有重要指导意义。     

微下击暴流的三维建模与预警仿真研究

风切变是一种特殊的大气现象,对飞机的飞行形成干扰,会对飞机飞行安全造成很大的危害.为解决上述问题,提出一种三维特征风场建模的方法来仿真微下击暴流.利用流体的数学特征,建立模型,进行风切变雷达回波的仿真,通过对危险因子的判定达到对风切变现象的勘测和预警.风场建模方法以典型微下击暴流为目标,根据流体数学模型,建立了以速度场为特征,风场特征可调的微下击暴流风场,并对所建立的风场进行了分类.随后进行雷达回波信号仿真,结果表明所仿真的风场的确具有风切变特征,并可通过信号处理方法进行危险因子的判决分析,用来完成机载雷达对于风切变预警,并证明特征风场的正确性和有效性.为进一步的风切变信号处理方法提供了基础,有助于提高飞机飞行的安全系数.     

地基与机载气象雷达探测数据转换算法研究

利用地基多普勒气象雷达探测数据恢复出真实气象目标的位置、移动速度、范围大小,通过对地基气象雷达数据进行空间插值处理,设计仿真算法,在机载雷达扫描方向上进行空间分层投影和插值,在不考虑旁瓣回波和载机实际飞行状态等因素的影响时,得到理想的扫描模型,完成机载多普勒气象雷达对相应区域的扫描产品的仿真.实验表明仿真回波适用于分析机载雷达探测云雨的回波特性.     

MUSIC算法应用于SFGPR系统的信号处理

针对步进频率表面穿透雷达(SFGPR)得到的目标图像的分辨率和穿透深度被系统噪声和地下媒质损耗所限制这一问题,提出了应用多重信号分类(MUSIC)算法对SFGPR信号进行处理以得到目标深度信息.在实验中,采用单极化指数模型对SFGPR接收信号进行仿真,并考虑系统噪声和媒质损耗的影响,将MUSIC算法得到的目标图像与传统的快速傅立叶变换法(FFT)得到的目标图像进行了对比.仿真实验结果表明,在低功率噪声和低损耗媒质情况下,MUSIC算法比FFT算法可以提供更高的距离向分辨率和回波幅度.     

基于TS101平台的气象雷达解距离模糊算法实现

信号处理器是气象雷达的重要组成部分,可实现各种算法来提取气象信息,因此开发新一代气象雷达信号处理器具有重要意义.该信号处理系统采用AD公司的TigerSHARC系列芯片TS101,本文介绍基于该DSP芯片的信号处理器硬件设计以及气象雷达信号处理算法的软件流程.使用表明,该气象雷达信号处理器有很强的运算能力,能实现较为复杂的解距离模糊算法,并且具有很好的处理效果.     

天气雷达故障测试平台远程控制软件设计

针对天气雷达故障测试平台缺乏远程控制手段而导致使用具有局限性的问题,开发了可远程控制此平台的软件;基于天气雷达故障测试平台内置示波器、功率计、频谱仪、信号源4种仪表的参数设置需求和板卡驱动方式,软件采用了标准C/S架构的设计方法,由用户层、驱动管理层、仪表驱动层三部分组成;在驱动管理层中,着重研究了天气雷达指标测量的流程、调用驱动的接口以及测量数据的处理方法;使用该软件远程控制天气雷达故障测试平台进行了天气雷达指标的测量,测量结果表明远程测量值与现场测量值的误差极小;软件具备一定的可靠性,可投入天气雷达故障诊断和定标使用.     

Digital processing of weather radar signals for rainfall estimation

Abstract

Raw weather radar reflectivities are processed and registered to the ground before radar rainfall measurements are used conjunctively with rain-gauge data to produce areal surface rainfall estimates. However, there are several factors causing errors in the returned power of weather radar signals, as well as other sources of error affecting the accuracy of radar rainfall measurements. In this study, several deterministic corrective techniques are applied to the digital processing stage of raw radar data to consider a number of sources of error, namely non-rainfall echoes, signal attenuation and wind effect. The results indicate that the deterministic techniques are still a necessary step for the ultimate improvement of surface rainfall estimates by the use of weather radar.     

虚拟仪器技术在航空机载气象雷达测试系统中的应用

根据多种型号航空机载气象雷达的信号特征和测试需求,利用虚拟仪器技术研制了一套航空机载气象雷达测试系统。设计了用于检测航空机载气象雷达的测试软件,实现了对航空机载气象雷达的多种信号采集、处理、显示及报表打印,且在LabWindows/CVI虚拟环境下实现了界面设计、高速数字波形产生、模拟波形的产生以及多线程编程等功能。航空机载气象雷达测试系统的实际应用证明,该测试系统检测数据准确可靠,实用性强,满足气象雷达测试需求。     

双DSP实现气象雷达信号处理

ＤＳＰ和ＭＣ比较,ＤＳＰ具有高速、高精度、极为适合信号处理和控制的特点,构成的系统成本与ＭＣ相当或更低,因此ＤＳＰ越来越受到人们的重视。本文讨论了利用ＴＩ的定点ＤＳＰ双ＴＭＤ３２０Ｆ２０６实现气象雷达信号处理器的方法。     

基于TMS32OC3O并行处理的气象雷达信号处理系统

介绍的实时气象雷达数字信号处理系统是以ＴＩ（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍ ｅｎｔｓ）公司的通用数字信号处理器ＴＭＳ３２０Ｃ３０［１］为核心,并能以ＴＲＷ 公司的ＦＦＴ专用芯片ＴＭＣ２３１０ 或以ＴＩ的Ｃ３０ 为辅助处理器实现高速ＦＦＴ运算。系统采用模块化设计,多ＣＰＵ 并行处理,利用先进的任务分配方式,使系统具有配置灵活,高效运行的特点,能实时完成气象雷达信号处理的五种主要处理模式。     

An efficient and scalable parallel mapping of pulse-Doppler radar signal processing chain on a multi-core DSP

Digital Pulse-Doppler radar chain consists of signal processing algorithms that require high computing power. Multi-processor and multi-core parallel embedded machines are one of the solutions to meet real-time constraints of many radar applications. In this paper, we proposed efficient and scalable parallelization methods of the Pulse-Doppler radar signal processing chain. First, we evaluated Open Multi Processing (OpenMP) to identify its best scheduling technique in order to exploit efficiently the available computing cores. Then, we have proposed new parallel and scalable approaches based on direct memory access (DMA) and inter-processor communication (IPC) techniques, combined with the best OpenMP scheduling method to accelerate radar signal processing chain. To prove the scalability of our proposed parallel approaches, two radar use cases with different real-time and memory constraints have been experienced. We used the eight cores C6678 digital signal processor (DSP) as a target for all our implementations. The obtained results show an overall parallel efficiency of 95%, which is better than the best state-of-the-art implementations.     

Noise cancellation in Doppler moment estimation of array weather radar signals using lifted biorthogonal wavelets

A new approach to estimate wind velocity and spectral width for weather radar is presented. In this paper, we deal with spectrum estimation and moments estimation of the received signal with a phased array Doppler weather radar. The lifted wavelet transform is applied on the estimated power spectral density prior to estimate the wind features (velocity, direction, spectral width). We apply the soft thresholding strategy on the lifted wavelet transform coefficients using the well-known minimax threshold as first guess. We estimate the velocity and the corresponding spectral width. We, iteratively, threshold the detail signal, in the wavelet domain, using an incremented threshold value until we obtain (using a stopping test) the optimal value of the initial threshold (minimax).In the first stage of the work, we have chosen a radar model used for meteorology to generate synthetic data on which we applied our algorithm. In the second stage, we used actual data got from the real radar that we used as model. The probative results we got with synthetic data are strengthened by the results obtained by the actual data.     

星载气象雷达功放非线性对超低副瓣脉冲压缩信号的影响及消除

为在强海面回波影响下测量反射较弱的雨云.星载气象雷达要求脉冲压缩的主副瓣功率比高于60 dB.因此超低副瓣脉冲压缩成为星载气象雷达的核心技术之一.超低副瓣的实现对线性度要求很高.星载雷达为保证发射机的功率和效率,功放多工作于近饱和区,造成副瓣电平恶化.本文分析了功放非线性对超低副瓣脉冲压缩信号的影响,基于射频功率放大器、矢量信号发生仪和矢量信号分析仪实现了功放数字预失真算法,并利用松弛迭代法提高了迭代收敛速度.在保证星载气象雷达超低副瓣的前提下提高了发射机的功效.