第九章 多普勒径向速度场分析

流体力学研究中的速度场分析1. 引言流体力学是研究流体运动规律的学科，广泛应用于工程、地质、气象等领域。

在流体力学研究中，速度场分析是重要的研究内容，通过对流体中速度场的分析，可以揭示流体的运动特性，为实际问题的解决提供依据。

本文将介绍流体力学研究中的速度场分析方法、相关理论基础以及应用案例，帮助读者了解流体力学研究中速度场分析的重要性和实用性。

2. 速度场分析方法在流体力学研究中，常用的速度场分析方法主要包括实验测量和数值模拟两种。

2.1 实验测量实验测量是通过实际测量数据获得流体速度场的方法。

常用的实验测量方法有激光多普勒测速法、电磁流体测速法等。

2.1.1 激光多普勒测速法激光多普勒测速法是利用激光的多普勒效应测量流体速度的方法。

通过将激光束照射到流体中，利用激光在流体中的散射得到的多普勒频移，可以计算出流体速度的大小和方向。

2.1.2 电磁流体测速法电磁流体测速法是利用电磁感应原理测量流体速度的方法。

通过在流体中加入磁场，测量流体中感应出的电磁信号，可以计算出流体速度的大小和方向。

2.2 数值模拟数值模拟是通过计算机模拟流体运动，获得流体速度场的方法。

常用的数值模拟方法有有限元法、有限体积法等。

2.2.1 有限元法有限元法是一种常用的数值模拟方法，通过将流体领域分割成有限个小单元，利用数学方程对这些小单元进行求解，最终得到流体速度场的数值结果。

2.2.2 有限体积法有限体积法是一种将流体领域划分为无数个小控制体的数值模拟方法。

通过在每个小控制体上建立质量守恒、动量守恒和能量守恒方程，求解这些方程，可以得到流体速度场的数值结果。

3. 速度场分析相关理论基础在进行速度场分析时，需要掌握一些基础理论知识。

3.1 流体力学基本方程流体力学的基本方程包括连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程。

3.1.1 连续性方程连续性方程描述了流体质点的质量守恒关系。

它可以用数学表达式表示为：$$\\frac{\\partial \\rho}{\\partial t} + \ abla \\cdot (\\rho \\mathbf{v}) = 0$$ 其中，$\\rho$表示流体密度，$\\mathbf{v}$表示流体速度。

用径向速度法发现的比邻星b的印象图。

图片版权：ESO/M. Kornmesser当涉及到这些间接方法时，最流行和最有效的方法之一是径向速度法——也称为多普勒光谱法。

这种方法依赖于观察光谱中的恒星来寻找“摆动”的迹象，在那里，恒星被发现正从地球向外移动。

这一运动是由行星的存在引起的，它们对各自的太阳施加了引力。

从本质上讲，径向速度的方法不在于寻找行星本身的迹象，而在于观察一颗恒星的运动迹象。

这是通过使用一个光谱来测量恒星的谱线由于多普勒效应而移位的方式，即恒星的光是如何向光谱(红移/蓝移)的方！描述径向速度的(也就是多普勒频移)方法。

图片版权：Las Cumbres Observatory这些变化表明恒星正在远离(红移)或转向(蓝移)地球。

根据恒星的速度，天文学家可以确定行星或行星系统的存在。

然而，恒星在其质心周围移动的速度，比行星要小得多，但却可以用今天的光谱仪来测量。

在2012年之前，这种方法是探测系外行星最有效的方法，但后来被传输光度法取代。

尽管如此，它仍然是一种非常有效的方法，而且常常与过境法结合在一起，以证实系外行星的存在，并限制它们的大小和质量。

优点：径向速度法是第一个成功的系外行星探测方法，并且在附近(Proxima b和trappist –1的7个行星)和遥远的恒星系统(corot –7c)中发现了外行星的成功率很高。

它的主要优点之一是它允许直接测量行星轨道的偏心度。

径向速度信号是距离独立的，但需要一个高的信号-噪声比光谱来达到高精确度。

因此，它通常用于寻找距离地球160光年范围内的恒星周围的低质量行星，但仍能探测到几千光年之外的气态巨行星。

径向速度技术能够探测到低质量恒星周围的行星，如m型(红矮星)。

这是因为低质量的恒星更容易受到行星引力的影响，因为这样的恒星通常自转更慢(导致更清晰的谱线)。

这使得径向速度方法非常有用，有两个原因。

首先m型恒星是宇宙中最常见的恒星，在螺旋星系中占70%，椭圆星系中有90%的恒星。

mtd多普勒维fft的点数径向速度解释说明1. 引言1.1 概述本文主要研究关于MTD（多普勒维）FFT（快速傅里叶变换）的点数以及径向速度的解释说明。

MTD在雷达系统中广泛应用，可以实时检测目标物体的动态信息。

而FFT作为一种常用的信号处理方法，被广泛应用于雷达信号处理中。

1.2 文章结构本文共分为四个部分进行讨论。

首先是引言部分，概述了文章的背景和研究内容。

其次是第2部分，探讨了MTD多普勒维FFT的点数选择问题，包括相关概念、选择因素以及选择方法和准则。

第3部分则着重介绍了径向速度的概念、测量方法和原理以及相关技术应用场景。

最后，在第4部分中对研究内容和结果进行总结，并指出当前研究不足之处，并展望未来的发展方向。

1.3 目的本文旨在通过对MTD多普勒维FFT点数选择和径向速度解释说明的深入研究，提供对于雷达信号处理相关领域从业人员更加全面详尽的知识体系。

通过阐明点数选择的理论依据和方法，以及径向速度的测量原理和应用场景，有助于读者深入了解相关技术背后的原理，并为实际项目中的应用提供参考和指导。

2. MTD多普勒维FFT的点数2.1 MTD多普勒维FFT的概念MTD（Moving Target Detection）多普勒维FFT（Fast Fourier Transform）是一种信号处理技术，用于探测和分析移动目标在雷达回波中引起的频率变化。

通过将雷达接收到的信号进行FFT计算，可以得到不同速度下目标回波的频谱信息，进而实现对移动目标的检测和定位。

2.2 FFT的点数选择因素在进行MTD多普勒维FFT分析时，选择适当的FFT点数非常重要。

FFT点数决定了频率分辨率以及所能覆盖的最高和最低频率范围。

点数越大，频率分辨率越高，但计算复杂度也会增加。

选择FFT点数需要考虑以下因素：- 目标速度范围：目标速度范围较大时，需要选择更高的FFT点数来保证对所有速度区间进行准确检测。

- 必要平滑度：如果需要更平滑且精确的速度谱估计结果，则需要使用较大的FFT点数。

气象卫星阅读答案【篇一：卫星气象习题】章1. 什么是气象卫星？什么是卫星气象？卫星气象的主要内容主要有那些？2. 什么是遥感 ? 什么是传感器 ? 什么时候是运载工具 ? 什么是卫星遥感?它包括那几部分 ?3. 什么是主动遥感 ? 什么是被动遥感 ? 它们有那些主要特点 ?4. 气象卫星观测与常规气象观测相比较，有那些特点 ?5. 当前气象卫星可以获取那些资料？可以获取那些信息？6. 气象卫星资料在大气科学和其它领域中主要有那些应用?7. 我国的气象卫星分为那两大类？fy-1和fy-2卫星有那些主要特点？中国气象卫星观测体系有那几部分组成？卫星观测仪器的主要性能和用途有那些？8. 美国气象卫星有那几类？业务卫星已有几代？每一代卫星较前一代卫星的改进主要有那些？9. trmm卫星携带有那些仪器？主要功能有那些？10. 什么是地球观测系统？它的目标和任务有那些？11. 陆地卫星、海洋卫星的主要观测目的有那些？它主有那几种观测仪器？第二章1．开普勒三定律主要的内容有那些？它主要说明那三个问题？卫星轨道形状有那几种？卫星的周期主要决定于什么？卫星的速度主要取决于什么？2. 在天球坐标系中卫星的轨道参数有那些？什么是近地点角和平均近点角？什么是真近地点角和偏近地点角？星下点？轨道数？升交点？截距及其轨道升交点的计算？前进轨道和后退轨道？其主要表示轨道的什么特性？3. 如何确定卫星在空间中的位置？4. 什么是卫星轨道的摄动？引起卫星轨道摄动的原因有那些？它使卫星的那些轨道参数发生改变？5. 什么是卫星轨道平面的进动？它决定于那些因素？6. 试证明：vmin ?vmax = (1? e ) (1 + e )7. 为什么卫星受地球大气阻力的作用使轨道半径减小？且轨道越来越圆？为什么卫星受摩擦阻力越大，卫星的速度却越来越大？8. 我国第一颗人造卫星的近地点为439km，远地点为2384km，试求卫星轨道的偏心率，近地点和远地点的速度？卫星的周期和卫星的轨道方程？9. 若人造卫星发射到300km高空，以8km/s的速度沿与矢径垂直方向运动，试计算远地点速度、长短半轴、偏心率和周期？10. 什么是准极地太阳同步卫星轨道？它是如何实现的？主要的优点和缺点有那些？11. 什么是静止卫星轨道？它是如何实现的？主要的优点和缺点有那些？o12. 若在30上空向正东水平方向发射一颗卫星，试问卫星的倾角是多少？o13. 若卫星的倾角为180，试问卫星每隔6小时、8 小时观测同一地点的卫星高度和速度为多少？14. 我国风云1号卫星为高度900km的圆形太阳同步轨道，试求卫星的周期和截距？卫星轨道的倾角是多少？o o15.若风云1号卫星第n条卫星轨道的升交点经度为17 e或175 w，升交点时间为世界时13时20分，试求第n条卫星轨道降交点的时间和经度？第n+1条卫星轨道升交点时间和经度？地方时间是多少？16.若气象卫星的高度为h，地球半径为ae，试证明卫星仪器对地球张的立体角为1/22?[]?（aeh+h2）/（ae+h）]17.试求fy-1和fy2卫星对地球所张的立体角？18. 什么是卫星蚀？静止卫星轨道漂移的原因那些？如何克服卫星在轨道上的漂移？19. 试述极轨卫星和静止卫星的发射过程？20. 什么是卫星的姿态？实现稳定的卫星姿态的方法有那些？它是如何实现的？21. 卫星星体的形状与那些因素有关？为什么自旋稳定的卫星星体呈圆柱形？重力梯度稳定的卫星的形状是什么样子?三轴定向稳定卫星形状又是什么样子?它与能量间的关系如何?第三章1.电磁波谱主要由那些波段组成,这些波段的范围是多少?它遥感中的作用是什么?2.试求波长? =0.5?m，1.0?m,5?m,10?m,15?m的频率和波数?3.试问等式bf(t)= b?(t)= b?(t)是否成立?为什么?4.卫星上的红外扫描辐射仪测量地表10?m大气窗区发射的红外辐射,假定卫星和地表之间大气效应忽略不计,问当在波长10?m处观测到的辐亮度为0.98?102尔格/秒/厘米/微米/球面度时，地表的温度是多少？o5.温度为15c的黑钵地面在所有频率发射辐射，试求它在0.7?m，1000cm?1，和331.4ghz处发出的辐亮度是多少?o6.一束平行辐射以铅直方向交60角入射, 并通过100米厚的气层，吸收气体的平均密度为0.1千克?米?3，该气层对波长?1，?2，?3 的辐射的吸收系数分别为210?3，10?1，1米?千克?110?m，试求该气层对这三波长的光学厚度?，透过率和吸收率？7.考虑温度为t的等温无散射大气，地表温度为ts，试求光学厚度为?的大气顶处射出的通量密度表达式？ 48.若假定地表为黑体，大气散射可以略去，又如果大气温度t和地面相同，试求大气顶发出的辐射，且问大气是否为黑体？9.若有一块云层为黑体，其云顶和云底温度分别为tt和tb，试写出地对空和空对地的遥感方程？10.试用气压对数压力坐标?= ln (pm / p )表达红外辐射传输方程，假如吸收系数不随高度变化，试证此时的权重函数为k( ?, ? ) = p / pm exp( ? p / pm )11. 考虑大气中从气压p1 / p2（p1 ? p2）到之间的吸收气体，假定温度变化略略不计，吸收气体混合比q为常数，则证明a) p1 到 p2（p1 ? p2）之间的吸收气体含量为 u = q（p1 ? p2）/gb)??~1t? = 1? ??12. 若卫星在大气窗区观测视场内有云，云量为，不计大气效应，地表和云为黑体，则卫星测量到的辐射率为l? = ncb? (tc) + (1?nc) b? (ts)式中ts和tc分别为地面和云顶温度，设有个窗区? 1=3.7?m，? 2=11?m，且令tc = 260k，ts = 300k, nc = 0.5, 试求出这两个通道的亮温，那个通道受云的影响大？13. 在无云的夜间，卫星在窗区测到的辐射为l? = ??s b? (ts)若地面温度ts = 300k，地面发射率为??s= 0.5，试求出这两个通道的亮温，那个通道受地面发射率的影响大？14. 卫星用3.7?m和11?m窗区测量地面温度为300k的地表，则辐射率的测量的准确度为百分之几时，温度的测量精度才能达到1k？（提示：由l? = b? (t)，计算? l? / l?, 令?t = 1k, ts = 300k）15. 如果卫星观测到的红外辐射传输方程为1~~l? = b? (ts)t? s + ~b? (t(z))dt? ?t?s利用中值定理写为 ~~l? = b? (ts)t? s + b? (t) (1 ?t? s) ~式中t=t(z) 为大气的有效辐射温度，若t = 270k，t? s = 0.8,ts = 300k试求出3.7?m和11?m亮度温度？那个通道受水汽影响大？16. 卫星在红外大气窗区测量到的地表温度为ts，在co2的? 1通道测量的辐射率为l?1，则卫星在波长测到的大气辐射为多少?17. 若地球大气系统的反照率为a，大气的反照率为aa,地面反照率为as，证明~~aat1t2a = aa + (1?aaas)式中t1和t2分别为入射和反射的透射函数18. 假如大气中有云量为的云层，和分别为云层以上和以下大气的透过率，为地面反照率，证明a）到达地面的太阳辐射通量密度为式中为入射大气顶的太阳辐照度，为云层反照率。