太赫兹频段云粒子散射建模及雷达系统分析

发布时间：2017-05-14 21:00

  本文关键词：太赫兹频段云粒子散射建模及雷达系统分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大气中水和能量的循环是影响气候变化的重要因素。云是这两种循环的纽带，而降水是实现这两种大气循环重要过程。在大气云探测过程中，太赫兹波相对于微波、毫米波，具有超宽的信号带宽，同等条件下天线波束更窄，，探测精度更高。这就使得太赫兹技术在气象探测领域有广泛的应用潜力。然而国内在太赫兹气象雷达这个领域的研究相对甚少。本文紧密结合太赫兹测云成像应用背景，主要进行云粒子散射特性研究以及太赫兹测云雷达系统分析与设计。 首先，阐明了论文研究的背景，介绍了国内外测云雷达的研究现状及面临的主要问题。 其次，利用离散偶极子近似法和时域有限差分法对云粒子的散射特性展开研究，为辐射传输以及云参数反演提供可靠的理论依据。 再次，从雷达气象方程出发，介绍了气象雷达中的反射率因子Z的概念。对比分析国外已有的太赫兹气象雷达参数，论证了本雷达系统的关键参数。 然后，根据测云雷达的参数提出雷达系统的总体设计方案，并对系统各模块进行了详细的链路设计与仿真。 最后，为了方便系统联调测试，基于分支线波导理论设计了220GHz的3dB波导定向耦合器并完成测试，性能良好。
【关键词】：云粒子散射特性 反射率因子 测云雷达 链路设计 定向耦合器
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P412.25;TN959.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 研究背景和意义9-11
• 1.2 国内外研究现状及面临的主要问题11-14
• 1.2.1 国内外研究状况11-13
• 1.2.2 太赫兹测云面临的主要问题13-14
• 1.3 本文的研究内容和章节安排14-15
• 第2章 冰云粒子散射特性研究15-47
• 2.1 散射的基本知识15-19
• 2.1.1 散射现象及散射特性15-16
• 2.1.2 单个粒子的瑞利散射16-18
• 2.1.3 单个粒子的米散射18-19
• 2.2 研究粒子散射特性的主要方法19-31
• 2.2.1 离散偶极子近似法20-26
• 2.2.2 时域有限差分法26-31
• 2.3 云粒子散射特性仿真31-46
• 2.3.1 冰晶粒子几何描述31-33
• 2.3.2 基于 DDA 的云粒子仿真33-43
• 2.3.3 基于 FDTD 的云粒子仿真43-46
• 2.4 小结46-47
• 第3章 太赫兹测云雷达系统参数选取47-63
• 3.1 雷达气象方程47-52
• 3.1.1 雷达反射率与反射率因子47-49
• 3.1.2 云及降水的雷达气象方程49-52
• 3.2 雷达方程的讨论52-59
• 3.2.1 雷达气象方程的准确性53-55
• 3.2.2 雷达各参数及其在雷达探测中的作用55-58
• 3.2.3 气象反射率因子和距离因子的影响58-59
• 3.3 太赫兹测云雷达参数选取59-62
• 3.4 小结62-63
• 第4章 雷达系统设计及射频链路仿真63-79
• 4.1 系统总体设计63-64
• 4.2 射频模块仿真设计64-74
• 4.2.1 本振模块64-68
• 4.2.2 跳频模块68-72
• 4.2.3 太赫兹接收通道72-74
• 4.3 中频接收模块仿真设计74-78
• 4.3.1 中频接收模块指标分析74-75
• 4.3.2 中频接收模块链路分析75-78
• 4.4 小结78-79
• 第5章 220GHz 波导定向耦合器设计79-91
• 5.1 耦合器基本理论79-84
• 5.1.1 无耗互易四端口网络的分析79-82
• 5.1.2 定向耦合器主要技术指标82-84
• 5.2 分支波导耦合器的工程设计84-88
• 5.3 耦合器的加工与测试88-90
• 5.4 小结90-91
• 总结与展望91-93
• 参考文献93-98
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单98-99
• 致谢99

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 石星;;毫米波雷达的应用和发展[J];电讯技术;2006年01期

2 仲凌志;刘黎平;葛润生;;毫米波测云雷达的特点及其研究现状与展望[J];地球科学进展;2009年04期

3 类成新;吴振森;张化福;刘汉法;;激光在随机分布烟尘团簇粒子中的衰减特性[J];光子学报;2010年06期

4 刘黎平;仲凌志;江源;伍静;殷俊一;夏冬;陈玲;;毫米波测云雷达系统及其外场试验结果初步分析[J];气象科技;2009年05期

5 魏重,林海,忻妙新;毫米波气象雷达的测云能力[J];气象学报;1985年03期

  本文关键词：太赫兹频段云粒子散射建模及雷达系统分析，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：366207