波束多扫描机载气象雷达信号处理技术研究

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1、中图分类号：TN957论文编号：102870415-S073学科分类号：081001硕士学位论文波束多扫描机载气象雷达信号处理技术研究研究生姓名何力学科、专业通信与信息系统研究方向雷达信号处理指导教师李勇副教授南京航空航天大学研究生院电子与信息工程学院二一四年十二月万方数据万方数据NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofElectronicandInformationEngineeringStudyonSignalProc

2、essingTechniquesofMulti-ScanAirborneWeatherRadarAThesisinCommunicationandInformationSystembyHeLiAdvisedbyAssociateProfessorLiYongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2014万方数据万方数据承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得

3、的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：万方数据万方数据南京航空航天大学硕士学位论文摘要机载气象雷达能够将载机飞行前方气象目标强度、位置分布等信息反馈给飞行员，飞行员依据这些信息选择安全航线，避开诸如强降水、雷暴云、强

4、风暴等灾害性天气。具备波束多扫描功能的机载气象雷达能够更全面、更准确地获取气象目标信息。本文研究了多扫描机载气象雷达信号处理若干关键技术，包括气象回波信号模拟、充塞系数估计，以及气象目标垂直轮廓重建技术等。文中在气象回波模拟的基础上，提出了一种充塞系数估计方法，以修正气象回波，提高了雷达反射率因子估算精度；同时在多扫描气象回波模拟基础上，研究了一种气象目标垂直轮廓重建方法，并完成了仿真验证。本文的工作来源于航空科学基金项目，研究成果有助于提高我国新一代机载气象雷达智能化信息处理水平。本文主要完成的工作如下：第一章首先阐述了机

5、载气象雷达研究背景以及意义，并介绍了国内外机载气象雷达研究发展现状，然后介绍了现有气象雷达探测中存在的问题及其关键技术所在。第二章分析了气象目标的特性，并在此基础上推导了雷达气象基本方程，依据气象回波幅度在时域上的统计特性及其功率谱在频域上的统计特性，研究了一种基于ZMNL频域变换法的气象回波模拟方法，仿真实现了符合实际统计特性变化的气象回波。最后分析了地杂波模型特性，并研究了一种GMAP地杂波抑制方法。第三章分析了在不同条件下充塞系数的变化规律，提出了一种基于雷达工作参数的充塞系数估计方法。在气象雷达回波仿真数据的基础上，

6、通过定量比较引入充塞系数前后同一目标雷达反射率因子的估算误差，验证了该充塞系数估计方法的正确性，及其对提高雷达探测精度的重要性。第四章研究了波束多扫描气象目标垂直轮廓重建方法。文中首先介绍了机载气象雷达多扫描工作模式，以及极坐标系下气象回波数据转换到直角坐标系的方法，然后给出了一种基于先验模型的气象目标垂直轮廓重建信号处理方案。仿真结果分析验证了该重建方法的有效性。第五章对全文的工作进行了总结。关键词：机载气象雷达，多扫描，回波模拟，充塞系数估计，雷达反射率因子，垂直轮廓重建i万方数据波束多扫描机载气象雷达信号处理技术研究A

7、BSTRACTAirborneweatherradarisdesignedtodetecttheweatherconditionsintheflightandfeedbacktheinformationtothepilots,suchastheintensityandlocationsofthemeteorologicaltargets.Usingthisinformation,thepilotscouldmakedecisionstoselectsaferroutestoavoidtheseveredisasterweat

8、herlikeathundercloudorastrongstormandsoon.Themulti-scanmodeisanewworkingmodeoftheairborneweatherradarwhichcanprovidemorecomprehensiveandmoreaccur