【摘要】：相控陣天氣雷達(dá)是目前正在研究的一種新體制雷達(dá),與傳統(tǒng)多普勒天氣雷達(dá)相比具有更快的掃描速度,更高的時空分辨率,對于監(jiān)測短時強(qiáng)對流天氣有非常大的優(yōu)勢。為了降低雷達(dá)系統(tǒng)的制造成本和復(fù)雜度,本文研究了相控陣天氣雷達(dá)陣列綜合方法和脈沖壓縮硬件實(shí)現(xiàn),主要工作如下:(1)分析了相控陣天氣雷達(dá)與目前正在氣象探測業(yè)務(wù)中使用的新一代天氣雷達(dá)的各自特點(diǎn),闡述了相控陣天氣雷達(dá)稀疏陣列綜合問題屬于求解多變量非線性最優(yōu)化問題,并對求解該優(yōu)化問題的智能算法發(fā)展進(jìn)行討論。介紹了相控陣天氣雷達(dá)的陣列形式,并分析了線性調(diào)頻信號的產(chǎn)生及其脈沖壓縮處理方法。(2)介紹了相控陣天氣雷達(dá)稀疏陣列綜合的意義,它可以在不導(dǎo)致副瓣電平抬高而引起虛假回波的前提下,以最少的陣元數(shù)達(dá)到對氣象目標(biāo)物探測要求。提出了一種基于迭代加權(quán)l(xiāng)1范數(shù)的相控陣天氣雷達(dá)陣列綜合方法,將拉格朗日乘數(shù)法應(yīng)用于求解加權(quán)向量的閉式解中,通過引入共軛梯度法以避免大規(guī)模矩陣求逆運(yùn)算,加快了算法收斂速度。仿真結(jié)果表明,該方法能有效提高相控陣天氣雷達(dá)的陣列綜合速度。(3)在相控陣天氣雷達(dá)中運(yùn)用脈沖壓縮技術(shù)既能提高距離分辨力,又能獲得最大作用距離的優(yōu)勢。設(shè)計了基于FPGA+AD的脈沖壓縮處理系統(tǒng)方案,通過使用寬窄脈沖不同載頻的模式同時完成近距離和遠(yuǎn)距離的探測,降低了雷達(dá)探測盲區(qū),并在數(shù)據(jù)處理中使用高速時鐘進(jìn)行匹配濾波運(yùn)算,分時復(fù)用硬件資源,提高了 FPGA硬件資源的使用率。通過FPGA在線調(diào)試與Matlab仿真進(jìn)行算法驗(yàn)證,對比結(jié)果證明本系統(tǒng)滿足相控陣天氣雷達(dá)對硬件資源以及處理時效方面的要求,達(dá)到了設(shè)計目的。
【圖文】：

邐ｚ逡逑Ｚ２逡逑圖２．１任意ｉＶ元線陣逡逑對于等幅激勵陣列，根據(jù)式（２．２）可求得其陣因子為逡逑Ｓ｛ｕ）＾ＹｕＩｎｅｉｎｕ邋＝ＩａＹ／ｎｕ邋＝／0［ｌ＋ｅ；！，邋＋ｅＪ２ｕ邋＋．．．邋＋邋ｅｉ（Ｎ￣Ｘ）ｕ］邐（２．３）逡逑？＝０邐ｎ＝０逡逑利用級數(shù)求和關(guān)系式上式可以寫成逡逑Ｓ（ｕ）邋＝邋Ｉ０ｌ－＾邋＝邋Ｉ０ｅ＾邋Ｓｉｎ＿／２）邐（２．４）逡逑０邋１－，邐０邐ｓｉｎ（？／２）逡逑式中，相位因子＾＾“／２表示陣的相位中心相對于坐標(biāo)原點(diǎn)的相位差，若坐標(biāo)原逡逑點(diǎn)選在陣的相位中心，則上式可以寫成逡逑？邐（２．５）逡逑°邋ｓｉｎ（Ｍ／２）逡逑將ｍ邋＝邋Ｗｃｏｓ０代入式（２．５），得逡逑ｓ｛ｅ）邋＝邋１0＾ｄｏ0Ｓ０／２）邐（２．６）逡逑ｓｉｎ（ｋｄ邋ｃｏｓ＾／２）逡逑單元數(shù)＃邋＝邋２００時的歸一化陣因子５（０）隨０變化的圖形。如圖２．２所示。逡逑９逡逑

行間距均為在沿７軸方向上有列，列間距均為冬，全陣逡逑共個單元。設(shè)有一個Ｍｘ％單元的矩形柵格矩形平面陣列，放置在兮逡逑平面內(nèi)并建立坐標(biāo)系如圖２．４所示，第（ｍ，ｎ）個單元的坐標(biāo)位置為逡逑ｋ，邋＝＾ｘ，ｒｎ邋＝邋０，＼，２，，．．．，Ｎｘ－＼邐）逡逑＝邋ｎｄｙ，？邋＝邋0，邋１２，Ｎｙ邋－１逡逑▲邐ｚ逡逑ｒｘ逡逑ｒ＂／邋／／／ＶｆＹ／／／邋Ｖ７逡逑ｍ邋ｖｙｙ／／／／／／／／／／／／逡逑廣ｒｒ／邋／／邋／／邋廣／邋／邋／／Ｙ７逡逑＾／／／／／／／／／／／／／／／逡逑ｋ邋－ｙｙ／／／／／／／／／逡逑圖２．４在吵平面內(nèi)的矩形柵格平面陣逡逑如果平面陣按列分布時第ｍ個單元的激勵電流的復(fù)矢量為／ｗ，邐，按逡逑行分布時第《個單元激勵電流為＆邐，則第（講，《）個單元的激勵電流為逡逑／邋＝１邋ｉ邋＝７邋／邋ｅＫｍａ＇＋ｎａ＾邐（２．１０）逡逑ｍｎ邋ｘｍ邋ｙｎ邋ｘｒｎ邋ｙｎ逡逑式中，和Ｊ＞．？分別為沿ｘ和＾方向排列的直線陣列的幅度分布；ａ、．和＼分別逡逑是沿ｘ和７方向排列的直線陣列的均勻梯變相位。逡逑根據(jù)電磁波的疊加原理，可以直接寫出上述平面陣的陣因子為逡逑Ｎｘ－＼Ｎｖ－ｉ逡逑Ｓ｛Ｑ邐ｉ邋ｅｊｋ（＜ｍｄｘ邋ｃ0ｓ（ｐ＋ｎｄｙ邋ｓｉｎ＾）ｓｉｎ６邐（２１１）逡逑ｍ＝０邋ｎ＝０逡逑１２逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P412.25

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2653823