基于STAP的机载气象雷达低空风切变检测方法研究

摘要

低空风切变具有尺度小、强度大、不易检测等特点，是飞机在起飞和降落阶段严重的安全隐患。机载气象雷达是飞机感知前方气象信息的有力工具，当雷达前视检测低空风切变时，有用信号淹没在地杂波背景中，使得低空风切变的检测变得困难。国外研究表明，相控阵天线以其灵活度高、扫描速度快、易于波束赋形的特点成为现代雷达的重要发展方向，新一代机载气象雷达将采用相控阵体制，拥有更强的地杂波抑制能力，可以更好地在地杂波背景中检测危险气象信息。针对新体制机载气象雷达，研究基于空时自适应处理（Space Time Adaptive Processing, STAP）的低空风切变检测方法是航空安全领域的一个重要课题。
　　首先，论文介绍了机载前视阵几何模型和该模型下的空时二维杂波模型，在介绍低空风切变建模方法的基础上，研究了风场回波模型，并分别对机载前视阵条件下的地杂波与低空风切变信号进行了仿真与分析。
　　其次，论文介绍了传统的风切变检测流程，并对风速估计和风速梯度估计模块的经典方法进行了比较与分析。
　　再次，针对相控阵体制的机载气象雷达，论文提出了基于广义CAPON的低空风切变风速估计方法。该方法结合低空风切变信号的分布式目标特点构建基于广义CAPON的空时处理器，可有效地抑制地杂波并精确估计风场风速。
　　最后，论文在广义CAPON算法的基础上，提出了基于ΣΔ-STAP的低空风切变风速估计方法。该方法将ΣΔ-STAP原理应用于低空风切变风速估计中，可进一步降低算法运算复杂度。仿真实验证明了该方法的有效性。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外的研究现状

1.3 本文的主要工作及论文结构

第二章 机载前视阵回波信号仿真

2.1 机载前视阵模型

2.2 地杂波模型

2.3 低空风切变模型

2.4 仿真结果及其分析

2.5 本章小结

第三章 低空风切变检测流程

3.1 基本检测流程简介

3.2 风速估计

3.3 风速梯度估计

3.4 低空风切变危险评定

3.5 本章小结

第四章 基于广义CAPON的低空风切变风速估计方法

4.1杂波距离依赖性分析

4.2杂波谱校正方法

4.3基于广义CAPON的风速估计方法

4.4实验结果及分析

4.5本章小结

第五章 基于∑△-STAP的低空风切变风速估计方法

5.1∑△-STAP原理

5.2基于∑△-STAP的风速估计方法

5.3实验结果及分析

5.4本章小结

结束语

参考文献

致谢

攻读硕士期间所发表的论文