星载降水测量雷达重频设计分析

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1、空间电子技术2010年第3期SPACEELECTRONlCTECHNOLOGY49星载降水测量雷达重频设计分析明文华(中国电子科技集团公司第三十八研究所，合肥230031)摘要文章讨论了星载降水测量雷达(SPR)重频设计要求和约束条件，并以GPMKuPR系统参数为例，研究了SPR重频设计的约束条件，提出和分析了几种重频设计方案。仿真结果表明一种自适应重频技术完全满足系统要求，并能获得最多脉冲积累数。关键词星载降水测量雷达重频设计(1)脉冲独立性的约束(约束1)0引言为了减少回波功率估计的统计起伏和去相关要求，连续的发射脉冲回波应该是独立的和不相关的。自从199

2、7年世界上第一颗SPR(TRMMPR)发根据理论分析，要求相邻两个发射脉冲波束的脚印射升空后，人们对于SPR的后续研究一直在进行至少错开半个天线孔径J。若卫星飞行速度用着¨j。对于如何提高SPR的检测性能，人们已研究表示，沿飞行方向的天线长度用D表示，则脉冲独了很多种方法，如增加峰值功率、提高发射机效率、立性约束可表示为：降低接收机噪声系数和增加脉冲积累数等J。Vs／PRF>~D。／2，或PRF>~2VJD。(1)增加脉冲积累数要涉及到重频的优化问题，但假定轨道平均高度400km，则一7．6km／s；假SPR的重频设计与常规雷达不同，有一些自身特有设D。=2．

3、4m，可得PRF~<6333Hz。的约束条件。文章讨论了SPR重频设计要求和约(2)脉冲采样数的约束(约束2)束条件，并以GPMKuPR系统参数为参照，通过研卫星飞行方向究SPR重频设计的约束条件，提出和分析了几种重频设计方案。最后经过仿真，证明了其中一种自适应重频设计技术完全满足系统要求，并能获得最多脉冲积累数。虽然在论证和计算过程中使用了GPMKuPR的系统仿真参数，但文中所述重频设计技术同样适用于其他SPR。1SPR重频设计的约束条件+通过分析SPR工作环境和扫描特性，为了满脚印宽度D

4、伽足SPR测量要求，总结出其重频选择必须满足以下图1SPR波位扫描示

5、意图3个约束条件。如图1所示，SPR刈幅为，波束脚印宽度收稿日期：2009—05—24；修回日期：2009—08—15为D，0。，单次扫描波位数N8=／。令在垂空间电子技术2010年第3期直飞行方向上一次扫描的时间为⋯，为了保证波束脚印连续覆盖，另起一行扫描时沿飞行方向波束、A，卫星轨道，，脚印移动的距离不能超过一个脚印宽度，即要求，吾7、、、⋯≤Dro0l，一般取等号，即⋯=D胁／V,。每个地球i极角t、／、轨道的近地．波位驻留时间=。／=D。f／()。如0轨道长轴果SPR只用单一频率的脉冲序列获得独立的样本，、、、／，、，PRF应该满足下列条件：、、，，～

6、一一一PRF≥或PRF>~^／D。轨道短轴升交点方向(2)其中，表示为保证在某个波位达到测雨精度图2椭圆轨道示意图所要求的最小采样脉冲数。根据有关文献可知，Ⅳ至少应该取64。假设Dro0l=5kin，ⅣBP=49，^=245km，则=5／7．6=0．658s，=0．658／49=13429~s。⋯那么，PRF>~642457．6／25=4776Hz。(3)避免回波被发射脉冲遮挡的约束(约束3)对于收发同天线SPR，如要获得完整回波信号，长轴必须要避免回波被发射脉冲遮挡，即要求回波位于两次发射脉冲之间。这个约束条件使得SPR的重频设计充满了挑战，该文很大篇幅是分

7、析如何满足约束3的。2SPR轨道高度的变化图3地球上不同纬度到地心距离为了避免回波被发射脉冲遮挡，必须精确估计AO=_—(3)回波返回的时刻。由于SPR回波的返回时间是与l十eC08~1其中，，是A点的极角，即A与球心连线与轨道长SPR和目标距离密切相关的，所以必须要知道SPR轴的夹角(逆时针方向为正)。的轨道高度。如图3，设轨道上任意一点A与球心连线与椭SPR一般采用冻结轨道，冻结轨道的特点是近地点幅角03不变_6]。对于地球卫星来说，冻结轨道球交点为B，与球心的距离用BO表示，可得：C08(0k)=sin(2)sin(0)(4)的近地点幅角03应该取90。

8、另外，在星载雷达设计中，一般取大地水准面为基准来计算卫星高度，知道纬度余角后，就可求得BO。根据椭圆公式并且地球不能认为是圆球，而是一个旋转椭球体。可知：根据以上所述，仿真用椭圆冻结轨道参数如BO：=_—~—／=二二二二二二===二=-=e兰==~二e二二二二==二===二(5)下j：轨道倾角0=65。；半正焦弦长度P=6770km；0cos(0)+b$sin(0k)偏心率e=8×10一；地球椭球体参数如下：长半轴注意：为了表述直观起见，图3的极角：是以长度a=6378140m，短半轴长度b。=6356755m。升交点为参考表示的，与图2的极角。的关系是：SP

9、R椭圆轨道形状如图2所示。=+90。。