機場激光雷達風切變監(jiān)測系統(tǒng)——設計驗證軟件研究.pdf

1、風切變是一種風速和風向在水平或垂直方向突然變化的大氣現(xiàn)象。機場風切變具有持續(xù)時間很短、風場尺度小強度大等特點，一直是現(xiàn)代航空運輸和探測預警的一個難題。激光雷達作為機場常用大氣及氣象監(jiān)測設備迫切需要能夠進一步實現(xiàn)對風切變現(xiàn)象的快速、實時、準確地監(jiān)測和預測。為降低現(xiàn)有激光雷達升級改造和新研風切變監(jiān)測系統(tǒng)的先期研制成本，本文結合機場低空風切變的特點及其探測要求，以模塊化的方式建立激光雷達風切變監(jiān)測系統(tǒng)設計驗證軟件，通過復現(xiàn)雷達系統(tǒng)動態(tài)工作過程

2、和仿真探測結果，以分析激光雷達性能指標和風場探測指標，對用于機場風切變監(jiān)測的激光雷達研制和已有激光雷達系統(tǒng)的改造升級有技術支撐作用。
　　本文設計的激光雷達風切變監(jiān)測系統(tǒng)設計驗證軟件分成幾個主要模塊：發(fā)射機模塊根據(jù)信號形式和調(diào)制方式產(chǎn)生適合于風場探測的發(fā)射信號，可以設置信號參數(shù)、調(diào)制參數(shù)和發(fā)射天線參數(shù)；天線掃描模塊按照一定的掃描方式對近地空間進行掃描，可以配置掃描參數(shù)和掃描速度等參數(shù)；風場模塊包括風切變模型以及雜波和噪聲模型，可配

3、置風場半徑、位置、扭曲因子、雜波單元數(shù)等參數(shù)；接收機模塊包括探測器模塊和數(shù)據(jù)預處理模塊，可以配置接收天線參數(shù)和探測器參數(shù)，可用外差探測和中頻處理器來分別實現(xiàn)；信號處理模塊需要在被雜波和噪聲淹沒的回波信號中提取出目標信息進行反演，包括雜波抑制子模塊、譜矩估計模塊和風場反演模塊，雜波抑制可由多普勒濾波器組來實現(xiàn)，在濾波之前往往還需要對信號進行積累。對于風切變回波，可用 FFT法來估計回波功率譜，風場反演用一種最小二乘法和自適應遺傳算法結合的

4、方法來實現(xiàn)。然后，采用SIMULINK工具來實現(xiàn)該軟件框架以及性能分析。
　　在機場風切變探測的激光雷達設計驗證軟件框架的基礎上，對各個模塊涉及到的方法進行研究對比，并對整體框架做了設計驗證。改變雷達系統(tǒng)技術指標，通過設計驗證軟件來分析系統(tǒng)指標對相同風切變風場的探測性能，對系統(tǒng)指標進行優(yōu)化；對于已有的雷達指標，通過設計驗證軟件分析對于不同風切變風場的探測結果，對其探測性能進行分析；在設計驗證軟件中調(diào)用不同反演模塊來分析不同反演算法