機(jī)載氣象雷達(dá)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的理論研究.pdf

1、本論文的研究工作屬于“863”計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目課題--機(jī)載氣象雷達(dá)云雨探測應(yīng)用系統(tǒng)的一部分。利用飛機(jī)平臺(tái)的高度機(jī)動(dòng)性可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣象系統(tǒng)近距離、高精度的三維實(shí)時(shí)觀測。由于載機(jī)平臺(tái)在探測過程中，因氣流、飛行操作等多種因素的影響會(huì)出現(xiàn)飛行速度和空中姿態(tài)的偏差，從而影響機(jī)載雷達(dá)探測波束的發(fā)射、接收和探測效果，因此對(duì)機(jī)載雷達(dá)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償對(duì)于提高高分辨率探測資料的可靠性非常必要。在已發(fā)表的研究成果中，對(duì)于機(jī)載氣象雷達(dá)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法，國內(nèi)尚無相關(guān)的研究成果

2、。國外的研究成果也尚未發(fā)表。因此，本文的研究有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，填補(bǔ)了我國在該領(lǐng)域的理論空白。
　　 本論文主要做了以下幾個(gè)方面的研究工作：
　　 （1）運(yùn)動(dòng)偏差影響機(jī)載多普勒氣象雷達(dá)探測效果的理論分析--依據(jù)多普勒氣象雷達(dá)的探測原理、雷達(dá)信號(hào)處理方法以及基數(shù)據(jù)的獲得，分析并論證了載機(jī)運(yùn)動(dòng)誤差影響加載的多普勒氣象雷達(dá)觀測資料的理論成因；根據(jù)不同的影響成因?qū)⑦\(yùn)動(dòng)誤差分為空中姿態(tài)變化誤差和運(yùn)動(dòng)速度變化誤差。
　　

3、（2）載機(jī)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)的測量、獲得及其精度檢驗(yàn)--研究驗(yàn)證了載機(jī)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)用實(shí)時(shí)飛行速度、俯仰、偏航和橫滾四個(gè)參數(shù)來表述的合理性和可行性；依據(jù)慣性陀螺儀和GPS的觀測原理，分析了使用GPS/INS組合觀測系統(tǒng)來測量和提供載機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)四參數(shù)的合理性和可行性；分析和檢驗(yàn)了某新型雙GPS/INS組合姿態(tài)方位系統(tǒng)的觀測數(shù)據(jù)并和某著名高精度觀測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行精度對(duì)比，研究結(jié)果表明：用于導(dǎo)航的該姿態(tài)方位系統(tǒng)可提供載機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)四參數(shù)的觀測并具

4、有較高精度。
　　 （3）載機(jī)平臺(tái)姿態(tài)變化運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的理論研究--分析機(jī)載氣象雷達(dá)觀測系統(tǒng)中載機(jī)平臺(tái)、氣象雷達(dá)和運(yùn)功誤差測量系統(tǒng)分別所屬的坐標(biāo)系及各坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，提出了通過由載機(jī)姿態(tài)測量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系到載機(jī)坐標(biāo)系再到天線坐標(biāo)系最后到大地坐標(biāo)系的連續(xù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，來實(shí)現(xiàn)載機(jī)平臺(tái)姿態(tài)變化的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法；通過在理想個(gè)例中的應(yīng)用，驗(yàn)證了該算法的合理性和可行性；本算法模塊僅依靠于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的觀測值，因此既可嵌于信號(hào)處理系統(tǒng)的前置模塊，用

5、于天線平臺(tái)穩(wěn)定伺服系統(tǒng)；又可嵌于后置模塊，當(dāng)機(jī)械伺服系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)直接處理觀測數(shù)據(jù)，從而提高觀測數(shù)據(jù)的精度、可靠性及穩(wěn)定性。
　　 （4）載機(jī)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度誤差補(bǔ)償算法的理論研究和仿真驗(yàn)證--依據(jù)多普勒頻移，提出將載機(jī)運(yùn)動(dòng)速度分解為沿徑向和垂直于徑向的速度分量分別進(jìn)行速度誤差補(bǔ)償?shù)乃惴ǎ辉贛ATLAB/SIMULATION平臺(tái)上搭建該機(jī)載氣象雷達(dá)系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)，并將所提運(yùn)動(dòng)速度誤差補(bǔ)償算法模塊內(nèi)嵌于該仿真系統(tǒng)中；進(jìn)行了X波段相控陣

6、測雨雷達(dá)的實(shí)際觀測數(shù)據(jù)和仿真系統(tǒng)補(bǔ)償結(jié)果的對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)比結(jié)果驗(yàn)證了該算法用于X波段相控陣測雨雷達(dá)觀測資料補(bǔ)償?shù)暮侠硇院涂尚行?；進(jìn)行了W波段測云雷達(dá)仿真系統(tǒng)的理想化試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該算法用于W波段測云雷達(dá)觀測資料補(bǔ)償?shù)暮侠硇院涂尚行浴?br>　　 本論文研究工作的創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
　　 （1）填補(bǔ)了國內(nèi)機(jī)載多普勒氣象雷達(dá)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法理論的空白，對(duì)于后續(xù)的工作有重要的指導(dǎo)意義：
　　 （2）提出了基于補(bǔ)償

7、算法從軟件層面上對(duì)機(jī)載多普勒氣象雷達(dá)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)男滤悸罚瑥浹a(bǔ)了已有基于硬件層面的補(bǔ)償方法的不足；
　　 （3）將用于導(dǎo)航的新型雙GPS/INS組合姿態(tài)方位系統(tǒng)的觀測數(shù)據(jù)用于機(jī)載多普勒氣象雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償中，彌補(bǔ)了現(xiàn)用的慣性陀螺單一觀測系統(tǒng)的不足，并極大的提高了運(yùn)動(dòng)誤差的觀測精度；
　　 （4）搭建了基于MATLAB/SIMULATION平臺(tái)的機(jī)載氣象雷達(dá)仿真系統(tǒng)并將所研究的運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償算法模塊內(nèi)嵌于該系統(tǒng)中，在無條件進(jìn)行