非相干散射雷達(dá)作為一種重要的地基電離層探測(cè)設(shè)備,具有探測(cè)參數(shù)多,探測(cè)范圍廣等眾多優(yōu)點(diǎn)。但是其龐大的天線體積和較高的發(fā)射峰值功率（兆瓦級(jí)）是其大規(guī)模應(yīng)用的障礙,因?yàn)樗慕ㄔ旒斑\(yùn)行費(fèi)用極高。開發(fā)出一套與非相干散射雷達(dá)工作過程相同的仿真系統(tǒng)從而解決這一障礙是十分必要的。本文結(jié)合非相干散射雷達(dá)的探測(cè)原理及其關(guān)鍵技術(shù),采用模塊化的設(shè)計(jì)思想,利用MATLAB軟件平臺(tái),開發(fā)出了一套與實(shí)際雷達(dá)工作鏈路相同的非相干散射雷達(dá)系統(tǒng)仿真平臺(tái)。其具有為非相干散射雷達(dá)的建設(shè)提供最優(yōu)參數(shù)和雷達(dá)建成后探測(cè)結(jié)果快速檢驗(yàn)等應(yīng)用價(jià)值。能利用該系統(tǒng)中的信號(hào)仿真模塊完成不同編碼的信號(hào)波形仿真工作,能完成對(duì)于新型復(fù)合編碼的研究。本文主要開展的工作如下:第一,介紹非相干散射雷達(dá)及其關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展概況。對(duì)非相干探測(cè)所需要電磁散射理論,模糊函數(shù)理論進(jìn)行了詳細(xì)介紹。說明了等離子體散射譜與散射信號(hào)功率譜的關(guān)系。第二,根據(jù)仿真系統(tǒng)需求分析,確定仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。完成各個(gè)模塊的模型建立和結(jié)果驗(yàn)證,并重點(diǎn)進(jìn)行散射譜的計(jì)算方法改進(jìn),使參數(shù)反演精度更高。第三,利用仿真系統(tǒng)中的信號(hào)仿真模塊探究了不同編碼的距離分辨率和抗噪性能,并分析探討對(duì)應(yīng)編碼的適... 

【文章來源】：南昌大學(xué)江西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

電離層中電子密度晝夜變化

第1章引言31.2國內(nèi)外非相干散射雷達(dá)及相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀1.2.1非相干散射雷達(dá)研究現(xiàn)狀非相干理論的發(fā)展要追溯要1958年，美國的W.E.Gordon[8]提出,具有更高功率的雷達(dá)可以檢測(cè)到電離層散射的回波信號(hào)，并且受到電子隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)影響，電波的散射方向不一致，因此這種散射是非相干的，并且在得到散射功率譜后可以通過功率譜來得到電離層中的物理參數(shù)。隨后K.L.Bowles[9]通過實(shí)驗(yàn)證明這種散射的存在，但是實(shí)驗(yàn)接收到的散射現(xiàn)象較為復(fù)雜，散射譜的譜寬較Gordon的理論推導(dǎo)會(huì)變得更窄一些。其原因是電離層中的電子也會(huì)受到庫侖力的作用,等離子體中的帶正電的離子會(huì)給電子一個(gè)很大的束縛力，從而使得電離層中的電子對(duì)電磁波的散射并不是完全非相干的，只是部分為非相干散射[10,11]。但是非相干散射這一名詞卻一直沿用至今。用于非相干散射探測(cè)的主要設(shè)備為非相干散射雷達(dá)。由于非相干散射雷達(dá)需要的天線孔徑或陣列面積較大，其發(fā)射功率一般都要達(dá)到兆瓦級(jí)。因此，所需要的建造費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用都較高。到今天為止世界上運(yùn)行的非相干散射雷達(dá)也僅有十幾部。并且主要集中在北歐和美國等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)。圖1.2為非相干散射雷達(dá)分布圖。圖1.2世界主要非相散射雷達(dá)分布自1961年美國在南美洲秘魯(11.95oS,283.13oE)建立起世界上第一臺(tái)非相干散射雷達(dá)Jicamarca雷達(dá)[12]時(shí)起，非相干散射雷達(dá)的發(fā)展歷史已經(jīng)有50多年。Jicamarca雷達(dá)的天線為290×290正交的半波偶極子天線，天線的極化方向分別平行于東北與東南方向。其工作頻率為49.9MHz,其峰值發(fā)射功率為2MW。

第1章引言4Jicamarca雷達(dá)至今已運(yùn)行五十多年，為探測(cè)赤道附近電離層探測(cè)積累了豐富的成果。圖1.3為美國Jicamarca非相干散射雷達(dá)。圖1.3Jicamarca非相干散射雷達(dá)除此之外，美國還建有其他三臺(tái)非相干散射雷達(dá)。一臺(tái)是位于波多黎各的Arecibo[13,14]雷達(dá)，于1962年建成并運(yùn)行。其天線為球形天線，有效口徑約為305米，工作頻率較高，到達(dá)了430MHz。MillstoneHill[15,16]是唯一在美國本土建立的非相干散射雷達(dá)觀測(cè)站。建站30余年，獲得了大量的非相干散射探測(cè)的連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，為電離層連續(xù)觀測(cè)的研究做出了重要貢獻(xiàn)。第三臺(tái)是位于歐洲丹麥的Sondrestrom非相干散射雷達(dá)。目前技術(shù)最為成熟且能保持較長(zhǎng)時(shí)間工作的為歐洲非相干散射雷達(dá)協(xié)會(huì)（EISCAT）[17]的UHF和VHF雷達(dá)及Svalbard雷達(dá)(ESR)[18]。其中UHF雷達(dá)是一個(gè)三站式雷達(dá)系統(tǒng)，挪威Tromso為其發(fā)射站，瑞典Kiruna和芬蘭Sodankyla作為接收站。該雷達(dá)的工作頻率很高，達(dá)到933.5MHz。它還是唯一可以探測(cè)等離子體矢量速度的非相干散射雷達(dá)系統(tǒng)。收發(fā)站都位于挪威Tromso的VHF雷達(dá)是一個(gè)單站系統(tǒng)，其工作頻率為224MHz。于1996年建成的Svalbard[19]雷達(dá)，是EISCAT最新的一部雷達(dá)，工作頻率為500MHz，天線是兩副直徑分別為32m和42m拋物面天線。此外，俄羅斯的Irkutsk[20]非相干散射雷達(dá)也為高緯極區(qū)的電離層觀測(cè)做出了重要貢獻(xiàn)。位于日本的MU[21]雷達(dá)和位于印度尼西亞的EAR[22]雷達(dá)是為探測(cè)中高層大氣而建造的，不是專門為電離層的研究而建造的，但是這兩臺(tái)雷達(dá)也可以進(jìn)行電離層的探測(cè)。近年來隨著相控陣技術(shù)的發(fā)展和各種硬件技術(shù)的提升使得建造大型相控陣


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