波束多扫描机载气象雷达信号处理技术研究

发布时间：2018-02-23 00:46

  本文关键词： 机载气象雷达 多扫描 回波模拟 充塞系数估计 雷达反射率因子 垂直轮廓重建　出处：《南京航空航天大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：机载气象雷达能够将载机飞行前方气象目标强度、位置分布等信息反馈给飞行员,飞行员依据这些信息选择安全航线,避开诸如强降水、雷暴云、强风暴等灾害性天气。具备波束多扫描功能的机载气象雷达能够更全面、更准确地获取气象目标信息。本文研究了多扫描机载气象雷达信号处理若干关键技术,包括气象回波信号模拟、充塞系数估计,以及气象目标垂直轮廓重建技术等。文中在气象回波模拟的基础上,提出了一种充塞系数估计方法,以修正气象回波,提高了雷达反射率因子估算精度;同时在多扫描气象回波模拟基础上,研究了一种气象目标垂直轮廓重建方法,并完成了仿真验证。本文的工作来源于航空科学基金项目,研究成果有助于提高我国新一代机载气象雷达智能化信息处理水平。本文主要完成的工作如下:第一章首先阐述了机载气象雷达研究背景以及意义,并介绍了国内外机载气象雷达研究发展现状,然后介绍了现有气象雷达探测中存在的问题及其关键技术所在。第二章分析了气象目标的特性,并在此基础上推导了雷达气象基本方程,依据气象回波幅度在时域上的统计特性及其功率谱在频域上的统计特性,研究了一种基于ZMNL频域变换法的气象回波模拟方法,仿真实现了符合实际统计特性变化的气象回波。最后分析了地杂波模型特性,并研究了一种GMAP地杂波抑制方法。第三章分析了在不同条件下充塞系数的变化规律,提出了一种基于雷达工作参数的充塞系数估计方法。在气象雷达回波仿真数据的基础上,通过定量比较引入充塞系数前后同一目标雷达反射率因子的估算误差,验证了该充塞系数估计方法的正确性,及其对提高雷达探测精度的重要性。第四章研究了波束多扫描气象目标垂直轮廓重建方法。文中首先介绍了机载气象雷达多扫描工作模式,以及极坐标系下气象回波数据转换到直角坐标系的方法,然后给出了一种基于先验模型的气象目标垂直轮廓重建信号处理方案。仿真结果分析验证了该重建方法的有效性。第五章对全文的工作进行了总结。
[Abstract]:The airborne weather radar can feed back to the pilot the information on the strength and location of the meteorological target in front of the flight. The pilot selects a safe route based on this information and avoids such information as heavy precipitation and thunderstorm clouds. Severe storms and other disastrous weather conditions. Airborne weather radar with multi-beam and multi-scanning function can obtain meteorological target information more comprehensively and accurately. In this paper, some key technologies of signal processing for multi-scanning airborne meteorological radar are studied. It includes the simulation of meteorological echo signal, the estimation of the filling coefficient, and the reconstruction technology of the vertical contour of the meteorological target. Based on the simulation of the meteorological echo, a method of estimating the filling coefficient is proposed to correct the meteorological echo. The estimation accuracy of radar reflectivity factor is improved, and a method of vertical contour reconstruction of meteorological target is studied on the basis of multi-scan meteorological echo simulation, and the simulation verification is completed. The work of this paper comes from the aviation science foundation project. The research results are helpful to improve the level of intelligent information processing of the new generation airborne meteorological radar in China. The main work of this paper is as follows: in chapter one, the background and significance of airborne meteorological radar research are described. The research and development of airborne meteorological radar at home and abroad are introduced, and then the problems and key technologies in the detection of meteorological radar are introduced. In chapter 2, the characteristics of meteorological target are analyzed. On this basis, the basic radar meteorological equation is derived. According to the statistical characteristics of the amplitude of meteorological echo in time domain and the statistical characteristic of power spectrum in frequency domain, a method of meteorological echo simulation based on ZMNL transform in frequency domain is studied. Finally, the characteristics of the ground clutter model are analyzed, and a method of GMAP ground clutter suppression is studied. In chapter 3, the law of the change of the filling coefficient under different conditions is analyzed. Based on the simulation data of radar echo, the estimation error of the radar reflectivity factor of the same target before and after the introduction of the filling coefficient is compared quantitatively. The correctness of the method is verified. In Chapter 4th, the vertical contour reconstruction method of beam-beam multi-scanning meteorological target is studied. In this paper, the multi-scanning mode of airborne meteorological radar is first introduced. And the method of converting meteorological echo data to Cartesian coordinate system in polar coordinate system, Then a signal processing scheme of meteorological target vertical contour reconstruction based on a prior model is presented. The simulation results verify the effectiveness of the reconstruction method. Chapter 5th summarizes the work of the paper.
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN957.51

【共引文献】

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本文编号：1525717