脉冲多普勒天气雷达解模糊算法研究

摘要

脉冲多普勒天气雷达能够探测云雨的位置、强度分布情况，并利用降水物的多普勒信息，探测天气目标相对于雷达的速度、谱宽，在一定条件下反演出大气风场、气流垂直速度的分布等，这对于研究降水的形成，分析中小尺度天气系统，警戒强对流天气有着重要的意义。 天气目标的动态范围大于100dB，中等强度的暴雨的平均速度为50m/s，因此要求雷达具有较大的测距和测速范围，否则会出现距离和速度模糊现象，影响雷达的探测性能。在脉冲多普勒天气雷达中，不模糊距离随着脉冲重复周期(PRT，pulserepetitiontime)的增加而增加，而不模糊速度随着PRT的增加而下降，为满足距离不模糊而选择较大的PRT，会出现速度模糊问题，反之，为满足速度不模糊而选择较小的PRT，则会出现距离模糊问题，因此解距离速度模糊是多普勒雷达的一个重要课题。 批处理方法是美国WSR-88D(WeatherSurveillanceRadar-1998Doppler)雷达采用的一种解模糊方法，该方法是在时域上将折叠的回波分开，在应用上相对简单，但是该方法不能恢复出弱回波的速度，当短PRT扫描重叠回波的功率比在5dB以内时，也不能恢复出强折叠回波的速度，在回波图上，只能用紫色区域表示该处存在模糊。 SZ(8/64)相位编码和交替PRT是近十年来出现的解模糊算法。SZ(8/64)相位编码在于改变发射脉冲和接收回波的相位，使强回波被同步，弱回波被调制，在频域上滤除强回波分量，利用剩余的弱回波谱分量可以恢复出弱回波，该算法使雷达发射低PRT的脉冲，获得较大的不模糊速度，对于距离上可能出现的模糊现象，在频域上将折叠的回波分开；交替PRT是雷达发射PRT交替变换的脉冲，利用两个重复周期的回波得到两个速度估值，根据这两个速度值在不同的奈奎斯特间隔内发生模糊来得到真实的不模糊速度，当重复周期的比为n：m时(n,m互为质数)，可以得到n倍的不模糊速度。同批处理方法相比，这两种方法大大减小了模糊区域。 国内的天气雷达目前采用批处理和交替PRT技术解模糊，而SZ(8/64)相位编码作为一种新的解模糊方法，具有非常高的研究价值和应用前景。本文分别介绍了这三种解模糊方法的原理、应用和使用条件，重点讨论了SZ(8/64)相位编码算法，并在基于ADSP-TS101的信号处理器上实现了SZ(8/64)相位编码和交替PRT算法，在本文的最后，介绍了DSP软件的设计。自2006年，开始利用新的信号处理器在3830雷达上进行实验，得到了初步的实验结果，本文给出了一些实验结果，这些数据证明了SZ(8/64)相位编码和交替PRT算法可以有效的解距离、速度模糊。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章 引言

第二章 天气回波的仿真和谱矩估计

第三章 批处理解模糊方法

第四章 SZ(8/64)相位编码解模糊算法

第五章 交替PRT解模糊算法

第六章 DSP软件设计

第七章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录