非相干散射雷达系统仿真与编码技术研究
发布时间：2021-08-02 23:02
非相干散射雷达作为一种重要的地基电离层探测设备,具有探测参数多,探测范围广等众多优点。但是其庞大的天线体积和较高的发射峰值功率（兆瓦级）是其大规模应用的障碍,因为它的建造及运行费用极高。开发出一套与非相干散射雷达工作过程相同的仿真系统从而解决这一障碍是十分必要的。本文结合非相干散射雷达的探测原理及其关键技术,采用模块化的设计思想,利用MATLAB软件平台,开发出了一套与实际雷达工作链路相同的非相干散射雷达系统仿真平台。其具有为非相干散射雷达的建设提供最优参数和雷达建成后探测结果快速检验等应用价值。能利用该系统中的信号仿真模块完成不同编码的信号波形仿真工作,能完成对于新型复合编码的研究。本文主要开展的工作如下:第一,介绍非相干散射雷达及其关键技术的发展概况。对非相干探测所需要电磁散射理论,模糊函数理论进行了详细介绍。说明了等离子体散射谱与散射信号功率谱的关系。第二,根据仿真系统需求分析,确定仿真系统的设计方案。完成各个模块的模型建立和结果验证,并重点进行散射谱的计算方法改进,使参数反演精度更高。第三,利用仿真系统中的信号仿真模块探究了不同编码的距离分辨率和抗噪性能,并分析探讨对应编码的适...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电离层中电子密度昼夜变化
第1章引言31.2国内外非相干散射雷达及相关技术研究现状1.2.1非相干散射雷达研究现状非相干理论的发展要追溯要1958年，美国的W.E.Gordon[8]提出,具有更高功率的雷达可以检测到电离层散射的回波信号，并且受到电子随机热运动影响，电波的散射方向不一致，因此这种散射是非相干的，并且在得到散射功率谱后可以通过功率谱来得到电离层中的物理参数。随后K.L.Bowles[9]通过实验证明这种散射的存在，但是实验接收到的散射现象较为复杂，散射谱的谱宽较Gordon的理论推导会变得更窄一些。其原因是电离层中的电子也会受到库仑力的作用,等离子体中的带正电的离子会给电子一个很大的束缚力，从而使得电离层中的电子对电磁波的散射并不是完全非相干的，只是部分为非相干散射[10,11]。但是非相干散射这一名词却一直沿用至今。用于非相干散射探测的主要设备为非相干散射雷达。由于非相干散射雷达需要的天线孔径或阵列面积较大，其发射功率一般都要达到兆瓦级。因此，所需要的建造费用和运行费用都较高。到今天为止世界上运行的非相干散射雷达也仅有十几部。并且主要集中在北欧和美国等发达国家和地区。图1.2为非相干散射雷达分布图。图1.2世界主要非相散射雷达分布自1961年美国在南美洲秘鲁(11.95oS,283.13oE)建立起世界上第一台非相干散射雷达Jicamarca雷达[12]时起，非相干散射雷达的发展历史已经有50多年。Jicamarca雷达的天线为290×290正交的半波偶极子天线，天线的极化方向分别平行于东北与东南方向。其工作频率为49.9MHz,其峰值发射功率为2MW。
第1章引言4Jicamarca雷达至今已运行五十多年，为探测赤道附近电离层探测积累了丰富的成果。图1.3为美国Jicamarca非相干散射雷达。图1.3Jicamarca非相干散射雷达除此之外，美国还建有其他三台非相干散射雷达。一台是位于波多黎各的Arecibo[13,14]雷达，于1962年建成并运行。其天线为球形天线，有效口径约为305米，工作频率较高，到达了430MHz。MillstoneHill[15,16]是唯一在美国本土建立的非相干散射雷达观测站。建站30余年，获得了大量的非相干散射探测的连续观测数据，为电离层连续观测的研究做出了重要贡献。第三台是位于欧洲丹麦的Sondrestrom非相干散射雷达。目前技术最为成熟且能保持较长时间工作的为欧洲非相干散射雷达协会（EISCAT）[17]的UHF和VHF雷达及Svalbard雷达(ESR)[18]。其中UHF雷达是一个三站式雷达系统，挪威Tromso为其发射站，瑞典Kiruna和芬兰Sodankyla作为接收站。该雷达的工作频率很高，达到933.5MHz。它还是唯一可以探测等离子体矢量速度的非相干散射雷达系统。收发站都位于挪威Tromso的VHF雷达是一个单站系统，其工作频率为224MHz。于1996年建成的Svalbard[19]雷达，是EISCAT最新的一部雷达，工作频率为500MHz，天线是两副直径分别为32m和42m抛物面天线。此外，俄罗斯的Irkutsk[20]非相干散射雷达也为高纬极区的电离层观测做出了重要贡献。位于日本的MU[21]雷达和位于印度尼西亚的EAR[22]雷达是为探测中高层大气而建造的，不是专门为电离层的研究而建造的，但是这两台雷达也可以进行电离层的探测。近年来随着相控阵技术的发展和各种硬件技术的提升使得建造大型相控阵
本文编号：3318436
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电离层中电子密度昼夜变化
第1章引言31.2国内外非相干散射雷达及相关技术研究现状1.2.1非相干散射雷达研究现状非相干理论的发展要追溯要1958年，美国的W.E.Gordon[8]提出,具有更高功率的雷达可以检测到电离层散射的回波信号，并且受到电子随机热运动影响，电波的散射方向不一致，因此这种散射是非相干的，并且在得到散射功率谱后可以通过功率谱来得到电离层中的物理参数。随后K.L.Bowles[9]通过实验证明这种散射的存在，但是实验接收到的散射现象较为复杂，散射谱的谱宽较Gordon的理论推导会变得更窄一些。其原因是电离层中的电子也会受到库仑力的作用,等离子体中的带正电的离子会给电子一个很大的束缚力，从而使得电离层中的电子对电磁波的散射并不是完全非相干的，只是部分为非相干散射[10,11]。但是非相干散射这一名词却一直沿用至今。用于非相干散射探测的主要设备为非相干散射雷达。由于非相干散射雷达需要的天线孔径或阵列面积较大，其发射功率一般都要达到兆瓦级。因此，所需要的建造费用和运行费用都较高。到今天为止世界上运行的非相干散射雷达也仅有十几部。并且主要集中在北欧和美国等发达国家和地区。图1.2为非相干散射雷达分布图。图1.2世界主要非相散射雷达分布自1961年美国在南美洲秘鲁(11.95oS,283.13oE)建立起世界上第一台非相干散射雷达Jicamarca雷达[12]时起，非相干散射雷达的发展历史已经有50多年。Jicamarca雷达的天线为290×290正交的半波偶极子天线，天线的极化方向分别平行于东北与东南方向。其工作频率为49.9MHz,其峰值发射功率为2MW。
第1章引言4Jicamarca雷达至今已运行五十多年，为探测赤道附近电离层探测积累了丰富的成果。图1.3为美国Jicamarca非相干散射雷达。图1.3Jicamarca非相干散射雷达除此之外，美国还建有其他三台非相干散射雷达。一台是位于波多黎各的Arecibo[13,14]雷达，于1962年建成并运行。其天线为球形天线，有效口径约为305米，工作频率较高，到达了430MHz。MillstoneHill[15,16]是唯一在美国本土建立的非相干散射雷达观测站。建站30余年，获得了大量的非相干散射探测的连续观测数据，为电离层连续观测的研究做出了重要贡献。第三台是位于欧洲丹麦的Sondrestrom非相干散射雷达。目前技术最为成熟且能保持较长时间工作的为欧洲非相干散射雷达协会（EISCAT）[17]的UHF和VHF雷达及Svalbard雷达(ESR)[18]。其中UHF雷达是一个三站式雷达系统，挪威Tromso为其发射站，瑞典Kiruna和芬兰Sodankyla作为接收站。该雷达的工作频率很高，达到933.5MHz。它还是唯一可以探测等离子体矢量速度的非相干散射雷达系统。收发站都位于挪威Tromso的VHF雷达是一个单站系统，其工作频率为224MHz。于1996年建成的Svalbard[19]雷达，是EISCAT最新的一部雷达，工作频率为500MHz，天线是两副直径分别为32m和42m抛物面天线。此外，俄罗斯的Irkutsk[20]非相干散射雷达也为高纬极区的电离层观测做出了重要贡献。位于日本的MU[21]雷达和位于印度尼西亚的EAR[22]雷达是为探测中高层大气而建造的，不是专门为电离层的研究而建造的，但是这两台雷达也可以进行电离层的探测。近年来随着相控阵技术的发展和各种硬件技术的提升使得建造大型相控阵
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