太赫兹频段云粒子散射建模及雷达系统分析.pdf

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1、太赫兹频段云粒子散射建模及雷达系统分析王泓然2015年1月中图分类号：UDC分类号：太赫兹频段云粒子散射建模及雷达系统分析作者姓名王泓然学院名称信息与电子学院指导教师胡伟东副教授答辩委员会主席王学田教授申请学位工学硕士学科专业电子科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月TheScatteringModelingofCloudParticlesandTheSystemAnalysisofaRadarinTerahertzBandCandidateName:Hong-ranWangSchoolorDepartment:Sch.ofInformation&El

2、ectronicsFacultyMentor:AssociateProf.Wei-dongHuChair,ThesisCommittee:Prof.Xue-tianWangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:ElectronicSci.andTech.Degreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January.2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含

3、其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要大气中水和能量的循环是影响气候变化的重要因素。云是这两种循环的纽带，而降水是实现这两种大气循环重要过程。在大气云探测过程中，太赫兹波相对于微波、毫米波，具有超宽的信号带宽，同等条件下天线波束更窄，探测精度更高。这就使得太赫兹技术在气象探测领域有广泛的应用潜力。然而国内在太赫兹气象雷达这个领域的研究相对甚少。本文紧密结合太赫兹测云成像应用

4、背景，主要进行云粒子散射特性研究以及太赫兹测云雷达系统分析与设计。首先，阐明了论文研究的背景，介绍了国内外测云雷达的研究现状及面临的主要问题。其次，利用离散偶极子近似法和时域有限差分法对云粒子的散射特性展开研究，为辐射传输以及云参数反演提供可靠的理论依据。再次，从雷达气象方程出发，介绍了气象雷达中的反射率因子Z的概念。对比分析国外已有的太赫兹气象雷达参数，论证了本雷达系统的关键参数。然后，根据测云雷达的参数提出雷达系统的总体设计方案，并对系统各模块进行了详细的链路设计与仿真。最后，为了方便系统联调测试，基于分支线波导理论设计了220GHz的3dB波导定向耦合器并完成测试，性

5、能良好。关键词：云粒子散射特性；反射率因子；测云雷达；链路设计；定向耦合器I北京理工大学硕士学位论文AbstractThecyclesofvaporandenergyintheatmosphereareimportantfactorsthataffecttheclimatechange.Cloudistheintersectionofbothcyclesandprecipitationisaveryimportantprocessintherealizationofbothcycles.Intheclouddetectionoftheatmosphere,theTerahe

6、rtzwave,comparedwiththemicrowaveandthemillimeterwave,hasthecharacteristicofwidebandwidthrange.Underthesamecondition,theantennabeamismorenarrowandaccurate,makingtheTerahertzwavehasaprospectofwideapplicationinthemeteorologicaldetectionfield.However,asmallamountoffindingshadreferredtothefield

7、ofTerahertzweatherradarinChinauntilnow.TheobjectiveofthispaperistoinvestigatethescatteringpropertyofcloudparticlesandtodesignaradarsystemwithTerahertzdetection.Tobeginwith,theresearchbackground,includingtheoverseasanddomesticresearchprogressandmainproblemsincl