W波段测云雷达探测能力分析
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W波段测云雷达探测能力分析【摘要】W波段测云雷达的研制在我国尚处于起步阶段,目前尚无W波段测云雷达产品的正式应用。
笔者根据我国当前毫米波雷达研制能力及技术特点,通过相关计算和分析,从W波段测云雷达探测模式,包括波束扫描方式、雷达重复频率、脉冲积累数选择等,对雷达的探测能力做出分析。
【关键词】测云雷达;W波段;探测能力;反射率因子1.引言自上世纪90年代起,美、英、日、德等国家相继研制了专门应用于大气科学探测的地基和机载Ka、W波段测云雷达,并广泛用于云雾目标分布及属性探测。
近年来,我国已经研制出Ka波段测云雷达,包括固定式和车载式产品,但W波段测云雷达的研制尚属起步阶段。
本文根据当前国际上典型W波段毫米波测云雷达技术参数,结合我国当前的研制能力,提出W波段测云雷达典型工作参数,并对其探测能力进行简单分析和说明,以作交流和讨论。
2.毫米波雷达的特点及用途毫米波雷达通常具有以下特点:(1)可以用较小尺寸的天线获得较高的天线增益和较窄的波束,因而可得到较高的角分辨率。
(2)毫米波(相对于微波)在细微粒子中具有较强的散射特性,利用毫米波雷达可以提高对云雾的探测能力,有利于提高对气象目标形成的微物理过程的认识。
(3)系统体积小,重量轻,具有较低的使用和维护成本,特别适用于在车载、机载或星载等移动平台上探测。
常规天气雷达一般工作在微波频段,主要波长在3cm~10cm之间,适于探测直径大于几百微米的云雨粒子,这些粒子通常是形成降水和风暴的主要成分。
但是对云、雾等粒子直径更小的目标,探测能力及探测精度有限。
细小的云雾粒子对短波长电磁波的散射特性较为明显,因此测云雷达常采用毫米波频段(选用在大气中传输衰减相对较小的“窗口频率”,例如波长8mm的Ka、波长3mm的W波段),由于W波段波长更短,对云雾的散射更为敏感,并且W波段雷达天线和发射机与Ka波段相比,更具有小型化轻量化特点,因此,本文主要讨论W 波段测云雷达的探测性能。
专利名称:一种W波段测云雷达中频信号采集装置专利类型:实用新型专利
发明人:郭强,谢承华,罗继成
申请号:CN202122096037.7
申请日:20210901
公开号:CN215728782U
公开日:
20220201
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本实用新型涉及一种W波段测云雷达中频信号采集装置,它包括模数转换模块、直接数字频率合成模块、时钟发生模块、控制/信号处理模块、光纤收发模块、电源管理模块和电平转换模块;模数转换模块与所述控制/信号处理模块的输入端连接,控制/信号处理模块的输出端与直接数字频率合成模块的输入端连接;光纤收发模块、时钟发生模块和电平转换模块与控制/信号处理模块相互连接,电源管理模块的供电输出端与控制/信号处理模块的供电输入端连接。
本实用新型利用
ADS42LB69模数转换芯片的双通道采集保证了信号的通道平衡性,及高精度、高采样率的信号采集,提高了中频信号模数转换质量为后端信号处理和雷达产品生成提供更准确的数据源。
申请人:成都远望科技有限责任公司
地址:610041 四川省成都市高新区九兴大道6号高发大厦B幢219、419室
国籍:CN
代理机构:北京天奇智新知识产权代理有限公司
代理人:王大刚
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2022年份公务员行测备考逻辑判断题分析行测中判断推理在国家公务员考试以及各省公务员的考试中都有考察,而且所占比重都非常大行测常识知识点有哪些储备知识点的技巧,想备考的朋友可以来学习一下,下面小编给大家带来关于公务员行测备考逻辑判断题分析。
公务员行测备考逻辑判断题分析双观点的题目一般在题干设置上会针对一个现象的原因说明两个不同的观点,而问法形式是让我们找到最能削弱反对者观点的一项,也就是说,虽然题干会罗列两个观点,但是反观点是不配有姓名的,咱得去削弱它。
例如原观点说A导致C,反对者说B导致C,那么最能削弱反对者观点的一项是强调A是根本原因,即A导致了B。
一般来讲,这种题目在考试时双观点会比较明显,比如:【例1】有一种观点认为,人体缺水是导致感冒的原因。
反对者则认为,并非是缺水,受凉才是导致感冒的根本原因。
以下哪项如果为真,最能削弱反对者的观点?A.人体缺水之后,更容易受凉B.感冒往往伴随着发烧,而发烧通常会导致缺水、怕冷C.即使没有受凉,人体缺水之后也会出现很多类似感冒的症状D.受凉之后,更容易导致人体缺水、抵抗力下降,从而引发感冒【解析】答案:A。
这道题目的双观点其实非常明确,根据刚刚给出的模型,原观点认为人体缺水导致感冒,反对者观点认为受凉导致感冒,如此,最能削弱反对者观点只需要说明人体缺水导致受凉即可,正确答案为A。
当然,我们也可以分析一下其他选项,B项说明感冒会导致缺水,是在对原观点进行因果倒置,反驳了原观点而不是反对者的观点;C项强调了缺水会导致类似感冒的症状,但是类似感冒不代表一定是患感冒,排除;D项强调了受凉会导致缺水,说明了受凉才是根本原因,支持了反对者的观点,排除。
以上题目,题干中的双观点给的比较直接,但是还有一些题目题干给到的双观点不是特别明显,但是它从本质上来讲依旧属于双观点的题目,比如:【例2】有研究人员认为,胶原蛋白保持皮肤年轻的说法并不科学,他们认为,皮肤得以保持年轻,应归功于表皮干细胞。
云雨杂波环境下对空雷达目标检测能力分析230088孔径阵列与空间探测安徽省重点实验室安徽合肥 230088摘要:杂波会对雷达正常工作造成严重影响,从而导致雷达检测性能的不稳定。
因此,探讨不同体制雷达在杂波影响下检测目标的性能如何变化具有重要意义,本文分析了云雨杂波环境下对空雷达目标检测能力。
关键词:杂波环境;对空雷达;目标检测能力雷达工作时所遇到的干扰通常可分为有源干扰和无源干扰两大类。
对于压制式干扰来说,有源干扰一般是指人为施放的各种噪声干扰。
现代噪声产生技术已非常成熟,所产生的噪声已十分接近于白噪声,因此,在分析噪声干扰对雷达目标检测性能的影响时,一般都将其当作白噪声看待。
一、地杂波对雷达目标检测性能的影响分析1.雷达杂波模型。
雷达接收到的杂波非常复杂。
研究发现杂波服从一定的分布规律,最常见的有以下几种杂波分布模型:(1)指数(Index)分布。
设x表示杂波回波的包络振幅,则x的指数分布为(1)1.瑞利(Rayleigh)分布。
在雷达可分辨范围内,当散射体的数目很多时,根据散射体反射信号振幅和相位的随机特性,一般可认为它们合成的回波包络振幅服从瑞利分布。
若以x表示瑞利杂波回波的包络振幅,则x的概率密度函数为(2)1.对数-正态(Log-Normal)分布。
设x表示杂波回波的包络振幅,则x的对数-正态分布为(3)其中σ是lnx的标准差,xm是x的中值。
(4)韦布尔(Weibull)分布。
设x表示杂波回波的包络振幅,则x的韦布尔分布为(4)其中xm是分布的中值,它是分布的尺度(比例)参数;n是分布的形状(斜度)参数,n的取值范围一般为02.杂波对雷达目标检测的影响。
地杂波(海杂波)的分布不是正态分布,因此不是最佳干扰波形。
干扰(包括噪声)情况下求雷达的作用距离一般采用查莱斯(Rice)曲线的办法,该曲线应用的前提是干扰(或噪声)为正态分布。
当干扰不是正态分布时,在同样干扰功率下,其干扰效果必然不如正态噪声干扰。
W波段毫米波云雷达技术的研究进展王金虎;魏鸣;张其林;李祥超【摘要】Compared with centimeter-wave radar,the millimeter wave radar has higher sensitivity while detecting non-precipitating clouds,and thus the developed countries have conducted extensively cloud observation experiments using millimeter wave radar.In China,millimeter-wave cloud radar is still at the developing stage due to the difficulty in designing radar system and manufacturing capability.Against this background,the advances in the W-band millimeter wave cloud radar are summarized in respect of the ground radar system,airborne radar system,and space-borne radar system,and the system principle diagrams and performance parameters are analyzed in terms of antennas,transmittingcircuits,receiving circuits and signal processing units.The radar echoes of non-precipitation cloud detected by 94 GHz Galileo at Chilbolton Observatory are analyzed and the results show that the cloud and frog can be excellently detected,which can provide guidance for the W-band millimeter wave cloud radar design in China.%毫米波雷达相比于厘米波雷达对非降水云的观测具有更高的灵敏度,因此世界发达国家已经广泛利用毫米波雷达进行云的观测实验.国内的毫米波云雷达受器件及加工工艺的限制仍处于发展阶段,在此背景下本文从地基、机载以及星载3个方面对国内外W波段毫米波云雷达进行总结,根据毫米波雷达的天线、发射电路、接收电路以及信号处理4个方面分析其原理框图及性能参数,最后利用英国Chilbolton观测场的94 GHz Galileo雷达对2008年4月4日的非降水云进行回波数据的分析,结果表明Galileo毫米波雷达能够很好地对云以及雾进行探测,其结论为国内W波段毫米波云雷达的设计提供借鉴.【期刊名称】《气象科技》【年(卷),期】2017(045)005【总页数】11页(P765-775)【关键词】W波段;毫米波雷达;云;射频电路【作者】王金虎;魏鸣;张其林;李祥超【作者单位】南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心,南京210044;南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室,南京210044;南京信息工程大学中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室,南京210044;南京信息工程大学大气科学与环境气象国家级实验教学示范中心,南京210044;南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心,南京210044;南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室,南京210044;南京信息工程大学中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室,南京210044;南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心,南京210044;南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室,南京210044;南京信息工程大学中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室,南京210044;南京信息工程大学中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室,南京210044【正文语种】中文【中图分类】P415.2国家重点基础研发项目(2014CB441405)、国家自然科学基金项目(41675029;41575004)、电网雷电预警技术研究及雷电预警系统开发(K-YN2013-186)、配电网综合防雷体系研究与工程示范(YNKJQQ00000274)、南京信息工程大学人才启动基金资助项目(2016r028)、江苏省自然科学基金资助项目(BK20170945)、2017年大气科学与环境气象实验实习教材建设项目(SXJC2017B03)、南京信息工程大学2017年度地球科学虚拟仿真实验教学课程建设项目(XNFZ2017C02)、中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室开放基金项目(KDW1703)资助云不仅在气候系统的能量平衡中起到关键作用而且也以其他方式影响着大气[1],如云是地球水循环的关键链路;云以及降水重新分配地球的水资源;云中存在着大量的化学反应,其对于对流层化学产生重要的作用;地表辐射的微量气体大多发生在云中,但降水云返回了特定的物质以及水溶性气体到地球表面;通过云的散射能够提高主动紫外太阳辐射的光化学反应[2]。
机载W波段双线偏振测云雷达回波分析高仲辉;黄兴玉;魏鸣;范辉;吴举秀;李勇【摘要】The significance and international development status of W-band cloud radars are introduced, and the cloud echoes observed by China′s first airborne dual-linear polarization W-band cloud radar are ana-lyzed.The airborne cloud radar can perform various scanning modes.The fixed-down detection mode is the best mode for reasonably analyzing the cloud date,and it is preferable that the air plane with a certain dis-tance away from the cloud flies parallel to the cloud under the lateral detection mode.The echo intensity of the non-precipitating ice clouds or mixed phase clouds in the experiments is between -20~5 dBz,and linear depolarization ratio is related to the particle shapes and the radar scanning mode.The results could be as a basis for the further research and improvement of the W-band cloud radar.%介绍了 W波段测云雷达的意义及国外现状,对国内研制的首部机载 W波段双线偏振测云雷达回波进行了分析:雷达系统可实现多种扫描探测模式,以雷达波束固定向下探测资料为最便于作合理的分析,在侧向探测时,以距云一定距离作平行于云的直线飞行探测较好;实验中探测到非降水的冰晶云或混合相云的强度为-20~5 dBz,线性退极化比与粒子形状及雷达扫描模式有关。
基于WDF的PCI—E驱动设计和实现-权威资料本文档格式为WORD,若不是word文档,则说明不是原文档。
最新最全的学术论文期刊文献年终总结年终报告工作总结个人总结述职报告实习报告单位总结【摘要】简要介绍了基于PCI-E的数据采集系统构成、开发工具选择、WDF对象模型及特点,重点介绍了WDF开发PCI-E驱动程序的主要方法步骤、DMA方式进行数据传输和事件通知的实现方法。
经过现场实际测试,该系统高效稳定可靠,所开发的驱动程序完全可以实现数据的高速传输。
【关键词】PCI-E总线;WDF模型;驱动程序;直接存储器访问1.引言PCI-Express是一种最具发展前景的总线和接口标准,早在2001年的春季英特尔开发者论坛(IDF)上,Intel公布了第三代I/O互联技术(3GIO),用以取代PCI总线和多种芯片的内部连接。
2001年底,包括Intel、AMD、Dell、IBM等20多家业界主导公司起草了新技术的规范,对其正式命名为PCI Express,简称PCI-E,代表着下一代I/O接口标准。
PCI-E采用与全双工通信技术类似的双通道传输模式,具有速度快、点对点串行传输,是两端设备可以独享带宽,扩展灵活方便,支持热插拔以及服务质量(QoS)的优点。
PCI-E总线具有极高的传输速率,规格从x1通道到x32通道,其中x1通道双向传输速度为5Gbps,而PCI-E 3.0规范中x32通道双向传输速度可达320Gbps,满足目前绝大部分场合的需要。
PCI-E设备连接到计算机系统必须有相应的驱动程序才能在计算机系统上正常工作。
PCI-E驱动程序的优劣直接关系到整个系统的性能和稳定性,因此,设计和开发稳定高效的PCI-E驱动程序具有重要意义。
2.硬件系统在设计PCI-E驱动程序之前,先对要控制的硬件系统和工作流程做简要的分析介绍。
硬件系统的基本结构框图如图1所示。
这是一套自行开发的基于PCI-E接口的分布式数据采集系统,主要实现了分布式高速数据采集及传输。
W波段测云雷达探测能力分析
【摘要】W波段测云雷达的研制在我国尚处于起步阶段,目前尚无W波段测云雷达产品的正式应用。
笔者根据我国当前毫米波雷达研制能力及技术特点,通过相关计算和分析,从W波段测云雷达探测模式,包括波束扫描方式、雷达重复频率、脉冲积累数选择等,对雷达的探测能力做出分析。
【关键词】测云雷达;W波段;探测能力;反射率因子
1.引言
自上世纪90年代起,美、英、日、德等国家相继研制了专门应用于大气科学探测的地基和机载Ka、W波段测云雷达,并广泛用于云雾目标分布及属性探测。
近年来,我国已经研制出Ka波段测云雷达,包括固定式和车载式产品,但W波段测云雷达的研制尚属起步阶段。
本文根据当前国际上典型W波段毫米波测云雷达技术参数,结合我国当前的研制能力,提出W波段测云雷达典型工作参数,并对其探测能力进行简单分析和说明,以作交流和讨论。
2.毫米波雷达的特点及用途
毫米波雷达通常具有以下特点:
(1)可以用较小尺寸的天线获得较高的天线增益和较窄的波束,因而可得到较高的角分辨率。
(2)毫米波(相对于微波)在细微粒子中具有较强的散射特性,利用毫米波雷达可以提高对云雾的探测能力,有利于提高对气象目标形成的微物理过程的认识。
(3)系统体积小,重量轻,具有较低的使用和维护成本,特别适用于在车载、机载或星载等移动平台上探测。
常规天气雷达一般工作在微波频段,主要波长在3cm~10cm之间,适于探测直径大于几百微米的云雨粒子,这些粒子通常是形成降水和风暴的主要成分。
但是对云、雾等粒子直径更小的目标,探测能力及探测精度有限。
细小的云雾粒子对短波长电磁波的散射特性较为明显,因此测云雷达常采用毫米波频段(选用在大气中传输衰减相对较小的“窗口频率”,例如波长8mm的Ka、波长3mm的W波段),由于W波段波长更短,对云雾的散射更为敏感,并且W波段雷达天线和发射机与Ka波段相比,更具有小型化轻量化特点,因此,本文主要讨论W 波段测云雷达的探测性能。
3.W波段测云雷达探测性能分析
3.1 测云雷达方程
常见天气雷达方程见式(1)。
表示复数模的平方,即,m为气象目标复折射指数,对于0℃液态水粒子,S波段和C波段,通常取0.93,对于Ka波段,取0.877对于W波段,取0.668。
在雷达方程中,Pr为雷达接收机接收到的回波功率,对于确定的雷达系统,为实现对目标的有效探测,必须保证接收到的回波功率在接收灵敏度(最小可测功率)之上,如何提高回波功率和降低雷达系统最小可测功率都是是工程师们关注的重要问题。
3.2 探测能力分析
从天气雷达方程可以看出,影响雷达探测能力的因素有很多,雷达系统接收到的回波功率除与气象目标特性(Z)有关外,还和发射功率、波束宽度、脉冲宽度等直接相关。
此外,通过降低射频信号传输衰减、采用高灵敏度接收机并选择合适的信号处理方式,都能有效提高雷达系统探测性能。
针对上述因素,分别讨论如下。
发射功率:增大发射功率Pt是提高系统探测能力的有效手段之一。
但是,大量级增加Pt也不太现实,不仅因为技术上实现难度大,而且随着功率增大,还可能出现波导打火、器件击穿等隐患。
当前国际上W波段大功率发射管输出峰值功率已达2kW以上,主要是分布作用速调管(EIK),在地基及机载、星载测云雷达设备中已有成功应用。
我国正在研制的W波段测云雷达系统所采用的发射管是从国外引进的峰值功率1.5kW的速调管,预计国内自行开发的W波段大功率发射管将在2~3年内正式推出。
脉冲宽度:从雷达方程可看出,增大脉冲宽度可以直接提高回波功率,从而有效提高雷达系统探测能力。
但脉冲宽度增大后,探测距离分辨率变差,不利于对云目标结构的精细探测。
例如当脉宽为1us时,距离分辨率是150m,测云雷达一般要求距离分辨率在75m以下,即脉冲宽度为0.5us以内为宜。
在毫米波测云雷达中,由于发射功率受到限制,常采用宽脉冲的“脉冲压缩”、“调频连续波”技术,在低发射功率下、利用宽发射脉冲来增大回波功率,并利用特殊的信号处理技术实现“脉冲压缩”,以保证距离分辨率要求。
天线增益、波束宽度:从雷达方程可以看出,提高天线增益和波束宽度都可直接提高回波功率,但根据天线理论,当天线增益设计为较高时,其波束宽度必然变窄。
波束变窄意味着电磁波辐射空间小,被同时照射的云、降水粒子数也少,雷达接收到的回波功率是由能同时在天线处产生回波能量的所有粒子的回波信号叠加,因此窄波束对提高回波功率并不利。
对于天气雷达,采用窄波束的好处主要有两点:一是可以提高角度定位精度和角度分辨率,另外,如果反过来说采用宽波束,则由于照射空间变大,因此照射体积内不一定能够全充塞降水粒子(尤
其在远距离处),这必然严重影响云反射率探测的准确性。
根据以上分析,对于测云雷达,应尽可能采用高增益、窄波束天线,但考虑到W波段天线加工精度、形变要求等技术难度,采用口径1m以下的后馈式卡塞格伦天线是一种较好的选择。
例如某地基W波段测云雷达采用口径800mm卡塞格伦天线,其波束宽度为0.35°,天线增益约53dB。
接收灵敏度:灵敏度是表示接收机接收微弱信号的能力。
灵敏度越高,表示接收微弱信号的能力越强。
雷达接收机的灵敏度通常用最小可辨信号功率Prmin 表示,如果雷达系统接收到的回波功率低于Prmin,即说明回波信号淹没在噪声信号之中,接收机难以检测出所需要的回波信号。
因此,在接收机的增益足够高的条件下,噪声电平能否降低,是灵敏度能否提高的主要原因。
雷达接收灵敏度可表示为:
式(2)中,K为玻尔兹曼常数,即1.38×10-23J/K,T为温度,以绝对温度计量,对于室温取T=290K,B为等效噪声通频带,约等于接收机通频带宽,Fn 是接收机的噪声系数,D是识别系数,是指雷达系统从噪声背景中刚能识别信号时,接收机输出端的信号噪声功率比,通常取D=1,即表示至少信号功率与噪声功率相等时,方可检测出回波信号。
从(2)式可看出,为得到更好的接收灵敏度(即降低Prmin值),可从以下几点着手:
①在雷达接收机中采用低噪声放大器,使噪声系数尽可能低。
当前W波段接收机噪声系数可以达到5dB以下。
②接收机通频带宽应尽可能小。
减小接收机通频带宽,可降低系统噪声功率,但通频带宽不易过小,否则会引起回波信号滤波损失。
通常雷达接收机中频放大器采用“匹配滤波”,其通频带宽约为雷达发射脉冲宽度的倒数,例如,当发射脉宽为0.5us时,接收机通频带宽可设计为2.0~2.2MHz左右。
③利用积累效应降低识别系数。
测云雷达在实际工作中都不是靠一个回波脉冲来进行信号检测,而是对一串脉冲进行积累后来判断的,对来自目标所有有用的回波累加的过程叫做积累。
通过积累可以有效提高信号检测能力。
现代天气雷达都采用了数字视频积分器(DVIP),使得回波信号功率即使低于噪声功率也可以被识别出来,即允许识别系数D<1,这就是说,视频积分器的应用相当于改善了接收机灵敏度,当独立取样积累次数K大于10时,DVIP对接收机灵敏度的改善可近似表示为(单位:分贝):
例如,假设在信号处理过程中,其总的有效积累次数K为32,则可计算出:⊿D=-3.67dB。
这相当于DVIP使雷达的接收灵敏度改善了3.67dB。
4.计算某W波段测云雷达最小可测反射率因子
根据以上描述及分析,下面根据W波段测云雷达典型工作参数,计算其在
给定距离处最小可测反射率因子。
雷达方程式(1)可改写为:
式(4)中各参数采用的是国际标准单位,如果改用天气雷达常用的“习惯单位”,即λ、Pt、τ、θ、φ、G、Pr、R、单位分别采用cm、kW、μs、度(°)、度(°)、dB、dBm、km、则有:
假设雷达参数取值如表1所示,可计算出接收灵敏度为:
回波功率Pr应不低于接收灵敏度Prmin以实现有效检测,如果以Prmin=-102.55dBm代替(7)式的Pr,则可计算出在指定距离处雷达系统可探测的最小反射率因子如表2所示。
以上计算仅为理论值,没有考虑脉冲积累效应,而且也没有考虑W波段雷达的馈线损耗、电磁波在大气中的传播衰减等因素。
从表2可看出,对于1km处,W波段测云雷达可探测到-40dBz以下的弱回波,这正是毫米波雷达的优势所在,而常规的厘米波雷达是无能为力的。
5.小结
如何提高测云雷达探测能力是雷达设计师关心的重要问题,不但要求雷达系统采用最合适的技术体制、最佳工作参数和信号处理方式,以期达到最理想的探测效果,同时还要求有最优化的气象产品反演算法,以提高雷达系统的综合探测能力;此外为保证探测精度,还需要有“自动标校”设计,以校准因系统工作参数不稳定引起的探测误差。
参考文献
[1]张培昌,杜秉玉,戴铁丕编著.雷达气象学[M].北京:气象出版社,2000,11.
[2]向敬成,张明有编著.毫米波雷达及其应用[M].北京:国防工业出版社,2005,1.
范亚驹(1990—),男,安徽芜湖人,大学本科,学士,现供职于安徽四创电子股份有限公司。