基于時(shí)—頻分析的風(fēng)廓線雷達(dá)信號(hào)處理研究.pdf

1、mmABSTRACT第一章緒論1.1研究背景和意義1.2風(fēng)廓線雷達(dá)的發(fā)展及其研究現(xiàn)狀1.3論文研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)第二章風(fēng)廓線雷達(dá)概述2.1風(fēng)廓線雷達(dá)的探測(cè)原理2.2風(fēng)廓線雷達(dá)系統(tǒng)組成2.3風(fēng)廓線雷達(dá)回波機(jī)制和回波特點(diǎn)2.3.1風(fēng)廓線雷達(dá)回波機(jī)制2.3.2風(fēng)廓線雷達(dá)回波特點(diǎn)2.4風(fēng)廓線雷達(dá)典型干擾源特征和影響2.4.1地物雜波2.4.2間歇雜波2.5本章小結(jié)第三章風(fēng)廓線雷達(dá)信號(hào)處理方法3.1信號(hào)處理的目的與要

2、求3.2信號(hào)信息提取實(shí)現(xiàn)方法3.2.1信號(hào)處理的基本流程3.2.2相干積分3.2.3傅立葉分析3.2.4譜平均3.2.5譜矩估計(jì)3.2.6風(fēng)數(shù)據(jù)的獲得3.3各種改進(jìn)算法在風(fēng)廓線雷達(dá)信號(hào)處理中的應(yīng)用3.3.1基于FFT的經(jīng)典信號(hào)處理遇到的主要問(wèn)題3.3.2各種改進(jìn)算法3.4本章小結(jié)第四章分?jǐn)?shù)階FOURIER變換在風(fēng)廓線雷達(dá)信號(hào)處理中的應(yīng)用4.1時(shí)頻分析方法4.1.1線性時(shí)頻分析摘要風(fēng)廓線雷達(dá)主要是利用大氣湍流對(duì)

3、電磁波的散射作用對(duì)大氣風(fēng)場(chǎng)等物理量進(jìn)行探測(cè)的遙感設(shè)備，它的探測(cè)對(duì)象主要是晴空大氣，可以提供大氣風(fēng)場(chǎng)、湍流場(chǎng)、風(fēng)切變狀況等氣象要素信息，具有時(shí)空分辨率高、精度高等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大氣探測(cè)、航空航天等領(lǐng)域。目前國(guó)內(nèi)風(fēng)廓線雷達(dá)在硬件方面已達(dá)到國(guó)外的先進(jìn)水平，但在信號(hào)處理、譜矩估計(jì)及數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方面與國(guó)外差距較大。因此開(kāi)展風(fēng)廓線雷達(dá)信號(hào)處理算法和應(yīng)用的研究具有十分重要的意義。本文首先分析了國(guó)內(nèi)外風(fēng)廓線雷達(dá)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀，并通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)

4、，對(duì)風(fēng)廓線雷達(dá)典型干擾源如地物雜波、間歇雜波等信號(hào)的特征作了歸納和總結(jié)。接著，介紹了基于快速Fourier變換（FFT)的經(jīng)典風(fēng)廓線雷達(dá)信號(hào)處理方法，并列舉目前具有代表性的各類(lèi)改進(jìn)算法，分析它們?cè)趹?yīng)用中存在的不足。時(shí)頻分析已廣泛的用于處理非平穩(wěn)信號(hào)。時(shí)頻分析中分?jǐn)?shù)階Fourier變換(FRFT)具有能夠使間歇雜波（Chirp信號(hào)）在分?jǐn)?shù)階Fourier域能量聚集的特性，在此基礎(chǔ)上，本文提出了基于FRFT的雜波抑制方法，給出了具體的算法推

5、導(dǎo)過(guò)程及實(shí)現(xiàn)流程。針對(duì)兩個(gè)代表性的仿真風(fēng)廓線雷達(dá)回波信號(hào)，其中包括出現(xiàn)單個(gè)間歇雜波的回波信號(hào)以及出現(xiàn)兩個(gè)間歇雜波的回波信號(hào)，對(duì)該算法進(jìn)行驗(yàn)證。將該算法與經(jīng)典方法進(jìn)行對(duì)比，表明該方法雜波抑制效果明顯。最后通過(guò)信雜比改善因子對(duì)該算法性能進(jìn)行分析，得出雜波抑制后的信雜比較雜波抑制前的信雜比有較大提高，且雜波抑制前后信雜比成近似線性關(guān)系。在驗(yàn)證FRFT能夠較好地抑制風(fēng)廓線雷達(dá)間歇雜波的基礎(chǔ)上，考慮到FRFT檢測(cè)雜波的計(jì)算量較大，利用間歇雜波Za

6、k變換的時(shí)頻分布特點(diǎn)，提出基于Zak變換和FRFT相結(jié)合的間歇雜波抑制方法。文中給出了具體的算法實(shí)現(xiàn)流程。通過(guò)仿真表明該算法與經(jīng)典方法相比，雜波抑制效果明顯；與FRFT方法相比，將雜波檢測(cè)二維搜索問(wèn)題變?yōu)橐痪S搜索問(wèn)題計(jì)算量大大減少。本文的工作重點(diǎn)主要是抑制風(fēng)廓線雷達(dá)信號(hào)中的間歇雜波，實(shí)際風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)會(huì)受到多種源的干擾，任何一種單獨(dú)的方法都不可能去除所有干擾信號(hào)。將本文方法與其它方法結(jié)合去除風(fēng)廓線雷達(dá)信號(hào)中的各種雜波，將是今后研究的重點(diǎn)