利用步进频率信号探索多普勒天气雷达速度模糊问题

摘要

随着无线通信技术的发展,在雷达技术中,常常应用各种特定的脉冲波形以满足特定的需求,但在气象雷达中,波形变化较少,本文设计用步进频率信号以解多普勒天气雷达的速度模糊问题,设计了针对步进频率信号的接收机部分,包括射频模块设计和中频回波信号处理平台设计。
　　本文先讲述了多普勒雷达存在速度模糊、距离模糊的原因,以及国内外在多普勒天气雷达解模糊方面的研究。其次介绍了步进频率信号解决多普勒天气雷达模糊问题的原理以及脉冲压缩技术。然后分别设计了实现接收步进频率信号的接收机的各个模块,并仿真了它们的性能,如接收机带宽、驻波比等。接下来设计了基于软件无线电的中频信号处理部分,利用VC++编写混频、滤波、PPP(脉冲对处理)算法、FFT(快速傅立叶变换)算法的程序。然后分析了几种因素,如初相位、A/D截断误差、频率稳定度对信号处理平台的性能与精度的影响。依据对步进频率信号解模糊的理论分析可知,采用步进频率信号可以解多普勒雷达的模糊问题,但对于接收机射频前端的性能指标只在计算机仿真方面进行了检验,还需要实际验证。数字回波信号中频处理平台也需要进一步的利用模拟气象回波信号或真实回波信号进行实际效果检验。

目录

摘要

Abstract

第一章 前言

1.1 研究背景

1.2 多普勒雷达解模糊方面的国内外进展

1.2.1 双脉冲重复频率法

1.2.2 软件自动退模糊法

1.3 研究思路

第二章 步进频率信号解模糊原理

2.1 多普勒天气雷达产生速度模糊和距离模糊的原因

2.1.1 多普勒频率

2.1.2 Nyquist采样定理

2.1.3 速度模糊及最大不模糊速度

2.1.4 距离模糊与最大不模糊距离

2.1.5 最大不模糊速度与最大不模糊距离之间的关系

2.2 步进频率信号

2.3 脉冲压缩技术

2.4 方案设计思路

第三章 射频回波信号接收电路设计与ADS仿真

3.1 射频回波信号接收电路设计思路

3.2 射频接收电路第一级：带通滤波器设计

3.3 射频接收电路第二级：低噪声放大器仿真设计

3.3.1 主要技术指标

3.3.2 直流工作点选取

3.3.3 S参数与稳定性分析

3.4 射频接收电路第三级：混频器设计

3.4.1 混频器的工作原理

3.4.2 混频器的主要技术指标

3.4.3 微带分支定向耦合器设计

3.4.4 低通滤波器设计

3.4.5 混频器设计

第四章 基于软件无线电的回波中频信号处理

4.1 带通信号采样

4.2 数字正交混频

4.3 FIR数字滤波器设计原理

4.4 多普勒天气雷达的多普勒信息提取方法

4.4.1 FFT方法

4.4.2 PPP方法

4.4.3 FFT方法和PPP方法的比较

4.5 基于VC++ 的回波中频数字信号处理平台设计

第五章 回波中频信号处理平台的性能与精度分析

5.1 雷达基本参数

5.2 脉冲初相对信号处理平台的性能与精度的影响

5.3 A/D截断误差对信号处理平台的性能与精度的影响

5.4 频率稳定度对信号处理平台的性能与精度的影响

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

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