基于時—頻分析的風(fēng)廓線雷達信號處理研究.pdf

1、mmABSTRACT第一章緒論1.1研究背景和意義1.2風(fēng)廓線雷達的發(fā)展及其研究現(xiàn)狀1.3論文研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)第二章風(fēng)廓線雷達概述2.1風(fēng)廓線雷達的探測原理2.2風(fēng)廓線雷達系統(tǒng)組成2.3風(fēng)廓線雷達回波機制和回波特點2.3.1風(fēng)廓線雷達回波機制2.3.2風(fēng)廓線雷達回波特點2.4風(fēng)廓線雷達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)廓線雷達信號處理方法3.1信號處理的目的與要

2、求3.2信號信息提取實現(xiàn)方法3.2.1信號處理的基本流程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3.2.6風(fēng)數(shù)據(jù)的獲得3.3各種改進算法在風(fēng)廓線雷達信號處理中的應(yīng)用3.3.1基于FFT的經(jīng)典信號處理遇到的主要問題3.3.2各種改進算法3.4本章小結(jié)第四章分數(shù)階FOURIER變換在風(fēng)廓線雷達信號處理中的應(yīng)用4.1時頻分析方法4.1.1線性時頻分析摘要風(fēng)廓線雷達主要是利用大氣湍流對

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

4、，對風(fēng)廓線雷達典型干擾源如地物雜波、間歇雜波等信號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)廓線雷達信號處理方法，并列舉目前具有代表性的各類改進算法，分析它們在應(yīng)用中存在的不足。時頻分析已廣泛的用于處理非平穩(wěn)信號。時頻分析中分數(shù)階Fourier變換(FRFT)具有能夠使間歇雜波（Chirp信號）在分數(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)過程及實現(xiàn)流程。針對兩個代表性的仿真風(fēng)廓線雷達回波信號，其中包括出現(xiàn)單個間歇雜波的回波信號以及出現(xiàn)兩個間歇雜波的回波信號，對該算法進行驗證。將該算法與經(jīng)典方法進行對比，表明該方法雜波抑制效果明顯。最后通過信雜比改善因子對該算法性能進行分析，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。在驗證FRFT能夠較好地抑制風(fēng)廓線雷達間歇雜波的基礎(chǔ)上，考慮到FRFT檢測雜波的計算量較大，利用間歇雜波Za

6、k變換的時頻分布特點，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現(xiàn)流程。通過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，將雜波檢測二維搜索問題變?yōu)橐痪S搜索問題計算量大大減少。本文的工作重點主要是抑制風(fēng)廓線雷達信號中的間歇雜波，實際風(fēng)廓線雷達數(shù)據(jù)會受到多種源的干擾，任何一種單獨的方法都不可能去除所有干擾信號。將本文方法與其它方法結(jié)合去除風(fēng)廓線雷達信號中的各種雜波，將是今后研究的重點