机载气象雷达回波信号仿真系统

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1、第30卷第2期2012年4月中国民航大学学报JOURNAL0FCIVILAVIATIoNUNIVERSITYOFCHINAVol-30No．2April2012机载气象雷达回波信号仿真系统吴仁彪，胡鹏举，卢晓光(中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室，天津300300)摘要：设计了一个机栽气象雷达回波信号仿真系统。可用于高保真雷达回波信号的生成与演示。基于高保真风场建模数据．依照真实机裁气象雷达的扫描方式初始化仿真参数，时风场数据进行机栽气象雷达回波仿真。得到了可靠的仿真数据．并对可靠性进行验证。该系统采用C#与Matlab联合编程的方法进行实现

2、．可实现的功能包括各种气象目标在不同模式下的雷达回波仿真，雷达回波数据正确性的验证及展示。得到的信号可为机裁气象雷达信号处理和数据处理算法的开发提供数据支持。关键词：机栽气象雷达：回波信号仿真；仿真系统中图分类号：P415．2；V355．1文献标志码：A文章编号：1674—5590(2012)02—0001—)5SimulationofairborneweatherradarsignalsWURen-biao，HUPeng_j11,。LUXiao-guang(TianjinKeyLabforAdvancedSign以Processing，CAUC，Tia

3、njin300300，Ch／na)Abstract：AsimulationsystemofairborneweatherradarisdesignedusingC#andMatlab∞softwaredevelopmentplatform，whichcanproduceanddisplayhigh-fidelitysignalreceivedbyairbornemeteorologyradar．Basedonthehigh-fidehtymodelingofwindfielddata，weinitializethesimulationparametemi

4、naccordancdwiththetruewaymMnmgofairborneweatherradar，anddoasimulationoftheweatherradarecho，hasbeenareliablesimulationdataandreliabilityverification．Thissystemcouldproducesimulatingsignalofallkindsofmeteorologytargetsinallkindsofpattern，verifyanddisplaysimulatingsisilal．Andsimulat

5、ingsis,lalproducedb，thissystemcouldbeusedforresearchofaithomemeteorologyradarsignalprocessing．Keywords：airborneweatherradar；targetechosignalsimulation；simulationsystem机载气象雷达具有气象探测、气象回避、地形测量、地图测绘等功能，是民航飞机必不可少的机载电子设备。机载气象雷达的关键是信号处理以及数据处理部分，也是决定其性能的主要因素。为了开发高效的信号处理算法和合理的数据处理方法，需要利用真

6、实的机载气象雷达回波信号进行验证。只有高保真的雷达回波信号，包括多种气象目标(湍流、风切变等)、多种模式(湍流、风切变模式)下的回波信号，才能满足需要。目前，雷达回波信号的仿真大部分是针对某一体制的雷达设计的，如文献【l一6】给出了一些常见体制雷达的回波信号仿真方法和系统。由于机载气象雷达的特殊性。针对其回波信号仿真的研究相对较少，文献『71中仿真模型是简化的风切变模型，不能做到高保真地对气象目标进行仿真，故不能正确反映气象目标的特点。文献[8]没有对气象目标建模，仅仅对地杂波进行了回波仿真．且没有考虑真实场景中雷达的扫描。雷达回波信号仿真的关键在于仿真

7、模型的建立，常见的方法有3种，分别是外场实测法、紧凑场测量法以及理论建模评估法。理论建模评估法通用性最强，应用最多，这类方法大多是基于目标起伏特性所建立的模型。对于气象目标模型的建立，不同于一般的目标建模，常见的目标建模大多基于目标的起伏特性在时间上的相关性，建立相应的统计模型，对于气象目标仿真模型，不仅要考虑在时间维上的相关性．还应考虑其在空间维上的相关性，因此不能采用简单的统计模型的方法。本文利用流体力学仿真软件对气象目标高保真建模和仿真的数据，依照雷达不同的工作模式如风切变模式、湍流模式，设置相应的载机参数、雷达参数、收稿日期：2011-10-18

8、；修回日期：201I-12—29基金项目：国家自然科学基金项目(61071194