导航雷达雨雪粒子的数学模型及模拟

发布时间：2017-11-20 10:26

  本文关键词：导航雷达雨雪粒子的数学模型及模拟

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【摘要】：随着国际海航运输事业的日益壮大,海上运输线已经成为每个国家赖以生存和发展的一条生命线,在海上运输事业蓬勃发展的今天,如何保证船舶能够安全高效的在海上航行,已经成为每一个航海工作人员密切关注的话题。虽然现在很多现代化的船只上都安装了各类优秀的通信导航设备来辅助船舶航行,但是每年仍然还有很多的船舶航行安全事故,造成了不可估量的经济损失和数以万计的人员伤亡。经研究发现,在恶劣天气条件下,船舶航行的事故发生率要远远高于正常情况下船舶航行的事故发生率。随着计算机等一系列相关技术的进步,导航雷达模拟器以其成本低、测试周期短、风险小等特点被雷达研究人员用来对船舶航行的各类情况进行模拟,力求能够减少船舶驾驶员在恶劣天气条件下对雷达回波错误的判定所导致的船舶航行事故。本文从雨雪粒子的真实雷达回波出发,结合A型雷达显示器中雷达接收机接收到的雷达回波图像,通过对雷达回波信号强度的分析得出雨雪粒子的分布特征。在建立数学模型方面,通过对正态概率密度分布函数、瑞利概率密度分布函数、威布尔概率分布密度函数的分析与仿真,对比真实雷达回波图像,确立了使用这三种概率密度分布函数来模拟雨雪粒子分布情况的可行性,并使用粒子系统理论建立模型分析雨雪粒子的分布。在雷达模拟器的实现部分,主要有两个步骤,一为雷达文件系统的建立与系统参数的设置,二为雷达模拟图像的显示实现。在有关雷达文件系统建立的章节中,详细介绍了本文所模拟出来的雨雪粒子是如何一步一步的生成粒子空间坐标、粒子属性并对这些生成的数据进行处理的。在本文的后半部分,主要讲述了导航雷达模拟图像的显示,如何将现实中雨雪粒子分布的各个特征在导航雷达模拟器显示屏幕中显示出来。由于雨雪粒子数量众多,并且每个粒子都有其单独的坐标与属性,对支撑导航雷达模拟器的计算机系统带来了一定的负担,为了减少导航雷达模拟器对计算机系统性能的要求,本文从粒子数据的计算、粒子宏观坐标变换以及雷达模拟图像的显示处理这三个方面对雷达模拟器进行了优化处理。在此基础上,本文还模拟出了雷达扫描线、雷达余晖显示这两种常用的雷达显示模型。通过对雨雪粒子雷达回波波形的分析,雨雪粒子数学模型的建立,到实现雨雪粒子模拟雷达图像,从最终雷达模拟器的效果来看,达到了预期的效果,模拟出来的雨雪粒子雷达图像与真实的雨雪粒子雷达图像较为相似。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN959
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本文编号：1206822