风廓线雷达探测降水反演雨滴谱中的反卷积算法

大气垂直运动的不均匀性展宽了降水返回信号谱,影响了雷达探测反演的雨滴谱分布。为了消除大气运动不均匀性对雨滴谱反演精度的影响,需要对雷达接收到的降水谱进行反卷积处理。研究文章提出一种改进的迭代反卷积方法,方法通过对雷达接收信号设置阈值约束条件,迭代中采用逐次逼近的方法,减小了雷达噪声扰动对反卷积的干扰。     

基于武汉MST雷达的降雨物理过程观测与研究

利用武汉MST(Mesosphere-Stratosphere-Troposphere)雷达对降雨事件的观测, 建立了二阶高斯谱模型, 基于最小二乘法拟合得到相应的大气湍流谱与降雨谱信息.从大气湍流谱和降雨谱中可以分别提取大气及降雨粒子的回波能量及径向运动状态, 从而反演大气背景三维风场和讨论降雨形成机制.同时, 基于雨滴粒径伽马分布特征, 根据降雨回波谱反演得到不同高度的雨滴粒径分布, 从而研究对流层区域降雨的微物理过程.     

基于模糊逻辑的风廓线雷达目标检测技术

作为风廓线雷达探测目标的大气湍流信号,极易受地杂波、海杂波、降水、无线电信号、飞机、鸟、昆虫等一系列外界环境和信号的干扰,从而形成一种具有多峰特征的功率谱数据。为了有效抑制和去除杂波,提高风廓线雷达输出的数据质量,必须从功率谱数据中将大气湍流目标检测出来。通过分析大气湍流在风廓线雷达回波功率谱中体现出的特征,将其作为风廓线雷达目标检测的准则。文中提出了一种基于模糊逻辑的风廓线雷达目标检测方法,并进行了实际数据的处理和分析,验证了该方法的可行性和有效性。     

基于谱分析的分布式无源雷达非均匀成像

分布式无源雷达空间构型不规则,导致目标回波采样在空间谱域分布不均匀,目标反演质量较差。首先构建三维投影模式下的二维成像模型;对非均匀谱域进行量化分析,建立空间谱支撑域、扭曲度和RMSE三项指标评价空间谱填充非均匀度;然后提出一种快速高斯网格NUFFT的成像方法,通过高斯卷积核对非均匀采样回波在空间谱上进行平滑处理并进行过采样FFT,同时对高斯核进行分裂处理实现快速重构。仿真实验表明,本文评价指标合理评估了空间谱非均匀性,成像方法进一步改善成像质量,且大幅提高计算速度,验证了空间谱非均匀度对成像质量的影响。     

北京一次强降水过程雨滴谱特征

雨滴谱是云及降水物理学中重要的研究对象,基于北京2015年8月7日的强降水雨滴谱观测数据,计算得到该过程的雨滴谱、质量加权直径、平均直径等雨滴尺寸分布特征,由雨滴谱观测数据计算得到降水强度、液态水含量和雷达反射率,分析这些降水参数在此次降水过程中的变化特征。综合分析雨滴谱参数和S波段天气雷达反射率表明此次降水过程具有飑线特征,可划分为前端的引导对流性降水、过渡降水和尾部层状降水三个阶段。最后讨论不同降水阶段雨滴谱参数及降水参量的变化及其对雷达定量降水估测Z-R关系的影响。结果表明对流性降水阶段的雨滴数浓度（大于4600个/m3）、质量加权直径（2.69 mm）、最大直径（6.3 mm）均远高于过渡和层状降水阶段,对流降水阶段和过渡阶段雨滴直径分布范围类似（标准差均大于0.3 mm）,层状降水分布较窄（标准差0.24）。不同降水阶段拟合得到的Z-R关系明显不同,拟合得到此次降水整个过程的Z-R指数经验关系系数a=674.91,指数b=1.39。     

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。     

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。     

激光雷达观测斜程能见度反演方法

目前基于激光雷达测量能见度的反演算法可以较为准确地反演均匀大气条件下的水平能见度,对云雨雾等非均匀大气条件下斜程能见度的准确反演较为困难。为了准确探测复杂大气条件下的斜程能见度,分析了激光雷达探测大气能见度的反演算法,重点针对非均匀大气条件下能见度难以准确反演的问题,提出了一种将Collis斜率法与Klett后向法相结合的能见度反演迭代算法,适用于不同天气条件下不同倾角路径平均能见度的反演。利用车载式激光雷达系统对能见度进行了实际测量,实验表明:在均匀大气条件下,该迭代算法与广泛使用的Collis斜率法和Klett后向法完全吻合;对于非均匀大气条件,该迭代算法也可克服Collis斜率法和Klett后向法的局限,更为快速稳定准确地反演出需要的大气能见度信息。     

测风激光雷达应用于机场能见度及云底高探测

直接探测多普勒测风激光雷达通过探测大气后向散射信号的多普勒频移来反演风速。分析了上述后向散射信号在大气能见度和云底高探测上应用的可行性。选择了Klett方法反演大气能见度,并设计了分段计算云底高的流程。根据上述算法编写了反演程序并对激光雷达数据进行处理。与外场观测记录对比,得出了反演结果与目测基本吻合的结论。     

大气激光通信系统中频域反卷积抑制乘性噪声的研究

大气湍流会导致大气激光通信链路误码率性能的恶化,提出了一种频域反卷积方法抑制大气激光通信系统中的乘性噪声。该方法有效地把反卷积技术与大气激光通信相结合,算法中加入快速傅里叶变换(FFT)模块,将信号转换到频域进行反卷积滤波,降低了算法复杂度。利用大气激光通信实测系统在雨天天气下进行实验验证,对比反卷积前后调制信号的星座图并分析系统误码率。实验结果表明,频域反卷积能够降低大气激光通信系统的误码率,是一种抑制大气信道乘性噪声的有效方法。     

1.5微米大气探测激光雷达研究进展（特邀）

激光雷达拥有探测距离远、探测精度高、时空分辨率高、探测参数多样等优点,是大气探测的重要手段。对比常见的可见光波段激光雷达,1.5 μm大气探测激光雷达有独特优势,包括人眼安全、全光纤结构、穿透云雾能力强和昼夜连续探测等。2015年,世界首台单光子频率上转换气溶胶探测激光雷达诞生,实现了6 km距离高时空分辨率的气溶胶分布连续探测。在此之后,1.5 μm大气探测激光雷达在国内外迅速发展。按照探测方式区分,1.5 μm大气探测激光雷达进展分为直接探测激光雷达和相干探测激光雷达两类。直接探测激光雷达包括单光子频率上转换激光雷达、单光子频率上转换测风雷达、超导双频测风激光雷达、超导偏振激光雷达、多模单光子探测云激光雷达和单光子光谱遥感激光雷达。相干探测激光雷达包括偏振探测相干激光雷达、格雷编码相干测风激光雷达和大气多参数探测相干激光雷达。这些雷达的探测目标包括大气气溶胶（云）、能见度、偏振、风廓线、湍流耗散率、气体浓度、降水（雨滴谱）,并且单台雷达拥有多参数同时探测的能力。     

雨滴谱参数估计优化方案及其微物理资料检验

提出一种新的雨滴谱参数估计优化方案。其最大优点就是：对于任意几束相邻的测雨雷达观测资料,从任意的雨滴谱模型（如Marshall-Palmer经验公式）决定的积分雨参数之间的关系（如k-Z关系）出发,利用雷达视反向率资料并借助雷达海平面或地表面回波信号,可以获取束向上的比较接近实际降雨场的雨滴谱;然后利用校正的雨滴谱参数决定的积分雨参数之间的关系,降雨量反演长法就可以提供较准确的降雨量分布。这个方案可行性被同区域机载2D－P雨滴谱仪实测的微物理资料很好地验证。     

大气波导水平非均匀性对雷达侦测的影响

基于国内外的几次大气波导试验,分析了蒸发波导、表面波导、悬空波导的水平非均匀性,并研究了它对雷达侦测及舰艇攻击阵位选择的影响,得出了大气波导水平非均匀性能够改变均匀波导环境下雷达探测的距离及其盲区的分布特征。最后通过仿真得出了大气波导的水平非均匀性能够在战术上加以利用。     

雨滴谱测量技术研究进展

概述了有关雨滴谱测量的主要参数;分别讨论了传统的地面雨滴谱测量手段,它们普遍存在着测量精度低、误差大、测量工作量大、实时性差等缺点;对测量雨滴谱的新型工具-激光雨滴谱仪的测量原理进行了详细分析,对比传统的测量手段,指出激光雨滴谱仪在雨滴谱测量方面的优点;给出激光雨滴谱仪在雨滴谱测量、降水测量和气象雷达因子校正等方面的应...     

风廓线雷达地物杂波抑制研究

风廓线雷达是探测大气风场和湍流的有效工具,其回波易受地物杂波干扰,使得雷达回波谱变得复杂,为了提高雷达探测精度,地物杂波抑制是风廓线雷达信号或谱处理重要的一部分.介绍了一般地物杂波抑制方法并分析其不足,研究了频域中地物杂波和雷达大气回波谱特征,结合大气回波谱倾斜度分析,提出了基于未受污染大气回波谱高斯最小二乘拟合地物杂波抑制方法,研究表明,该方法在地物杂波抑制处理上是可行的.     

基于Ka波段毫米波云雷达多普勒谱的降雪微物理过程的分析

云中过冷水滴的识别对于预警飞机积冰及云-降水物理研究具有重要意义。本文利用美国ARM-AMF2在芬兰的35GHz测云雷达多普勒谱数据,建立了谱峰识别算法,对全局谱进行了谱分离,识别出了过冷水滴然后,经过谱矩计算得到不同类型粒子的反射率因子、多普勒速度、谱宽,最后根据经验关系反演云中液态水含量,并与微波辐射计探测结果进行对比。结果表明：(1)混合云中,雪花主导了毫米波雷达总回波强度,因此根据总雷达反射率因子反演液态水含量会造成低估;(2)冰雪晶粒子在过冷水层(SWL)中多普勒速度随反射率因子的变化梯度比在冰雪层(ISL)中大;(3)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。     

一次大气波导过程天气雷达超视距海面回波分析

大气波导引起的反常地物回波是影响天气雷达数据质量的重要因素,本文针对大气波导对天气雷达海面回波的影响及应用,利用青岛多普勒天气雷达资料,结合探空数据对2014年7月18和19日一次大气波导过程造成的超视距海面回波进行了分析.通过分析处理探空剖面数据,得到18日20时存在表面波导,而雷达资料显示该时刻雷达存在明显的超视距海面回波.此次大气波导超视距过程持续约24 h,雷达超视距海面回波总体趋势是先从弱到强,再变弱直至消失,其空间分布和时间变化非常复杂.进一步基于实测雷达回波数据,采用抛物方程和粒子群算法反演获得了水平不均匀的大气波导剖面,比较了实测回波功率和以反演剖面为输入的计算回波功率,两者之间相差较小,表明基于天气雷达回波的大气波导反演方法具有有效性.     

潮湿大气中飞机尾流的多普勒特性分析

飞机尾流探测技术是航空安全等领域的重要研究课题.处于潮湿大气中的飞机尾流具有较强的雷达散射截面,但易受气象杂波的影响,需要根据其多普勒谱特性来提高脉冲多普勒雷达对尾流的可探测性.本文根据尾流的速度分布特性,获得了飞机尾流的径向速度谱.仿真表明,湿性尾流速度谱具有较明显的多普勒展宽特性,大飞机尾流的速度分布的标准差在几米每秒的量级.径向速度谱特性对于我们研究潮湿大气中飞机尾流的雷达探测具有指导意义.     

基于AIS信号的低空大气波导监测试验分析

鉴于低空大气波导对海上工作的雷达、通信系统的显著影响,提出了基于实测船舶自动识别系统(automatic identification system, AIS)信号的海上低空大气波导遥感新方法.首先讨论了不同大气折射环境下的AIS信号传播特性,验证了低空大气波导尤其表面波导对海上实际VHF频段AIS信号的显著影响;然后给出了2018年4月20日以及22日岸基AIS接收机接收功率平面位置分布图结果,利用接收站附近探空站的修正大气折射率剖面验证了大气波导是形成AIS信号远距离传播的主要原因;最后给出了基于AIS信号反演低空大气波导的步骤,采用粒子群优化算法得到根据单一方位接收功率的反演结果.该方法具有被动接收、时空分辨率高的优点,是当前雷达海杂波、卫星导航信号遥感探测大气波导的有益补充.     

基于正交多项式拟合的风廓线雷达风谱识别

风廓线雷达是一种以大气湍流为主要探测对象的晴空测风雷达,由于大气湍流对电磁波的散射非常微弱,湍流回波常常被淹没,特别是在降水条件下更是如此。为了能准确识别湍流回波提高谱矩估计精度,文中提出了基于正交多项式拟合的风谱识别方法。结果表明,该方法在降水天气下能很好地保留湍流回波信息,在风廓线雷达谱数据处理中取得了良好的效果,具有很大的实用价值。