南極是一個(gè)非常特殊的區(qū)域,它的陸地面積約占全球陸地總面積的10%,其98%的面積常年被冰雪覆蓋。在當(dāng)前全球氣候變暖的趨勢(shì)下,南極冰蓋的物質(zhì)平衡、快速變化及其穩(wěn)定性研究對(duì)全球海平面預(yù)測(cè)和海洋溫鹽環(huán)流分析顯得尤為重要。探冰雷達(dá)（Ice-penetrating radar,IPR）是基于電磁波理論,利用雷達(dá)回波來研究冰雪介質(zhì)特征的地球物理探測(cè)方法。由于冰的電導(dǎo)率較低且冰蓋良好的成層性與均一性,相較于其它的地球物理探測(cè)方法,探冰雷達(dá)具有很高的穿透能力和冰川內(nèi)部層分辨能力,而且兼?zhèn)洳杉畔⒘看笈c效率高等特點(diǎn)。因此探冰雷達(dá)被廣泛應(yīng)用在南北極冰蓋的科學(xué)考察中,基于探冰雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理以及冰蓋結(jié)構(gòu)與溫度的研究變得非常有意義。本文基于第32次南極科學(xué)考察中獲得的東南極機(jī)載探冰雷達(dá)測(cè)線F13R47a高增益數(shù)據(jù),開展了以下5個(gè)內(nèi)容的研究:探冰雷達(dá)數(shù)據(jù)的常規(guī)處理;雷達(dá)正演;變分模態(tài)分解（Variational Mode Decomposition,簡(jiǎn)稱VMD）方法在機(jī)載探冰雷達(dá)數(shù)據(jù)降噪上的應(yīng)用;基于機(jī)載探冰雷達(dá)測(cè)線F13R47a高增益數(shù)據(jù)對(duì)冰蓋結(jié)構(gòu)的分析;利用機(jī)載探冰雷達(dá)測(cè)線F13R47a高增益數(shù)據(jù)推算... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

技術(shù)路線圖

第2章探冰雷達(dá)的基本原理與數(shù)據(jù)處理10圖2.1中國(guó)部署的第一架固定翼飛機(jī)雪鷹601，搭載機(jī)載地球物理儀器，包括機(jī)載HiCARS雷達(dá)系統(tǒng)[8]HiCARS已經(jīng)廣泛應(yīng)用在極地冰蓋勘探中，它是一種調(diào)頻相位相干雷達(dá)系統(tǒng)。可以以8kW的峰值發(fā)射功率發(fā)射帶寬15MHz、中心頻率60MHz的甚高頻脈沖，使得該系統(tǒng)能夠適用于重要地質(zhì)和冰川特征探測(cè)，探測(cè)深度能夠達(dá)到4000m以上。由于雪鷹固定翼飛機(jī)的有效載荷和翼展更大，該系統(tǒng)的兩個(gè)平板偶極天線也更適合安裝在機(jī)翼下方，它們之間的間距是19m。此外，該系統(tǒng)脈沖發(fā)射頻率6250Hz，采樣時(shí)間窗64s，采樣頻率50Mhz，接收機(jī)增益18dB。此系統(tǒng)有接近0dB的低增益通道和接近46dB的高增益通道，前者適用于探測(cè)冰蓋淺部的信息，后者適用于探測(cè)深部的反射信息。表2.2為HiCARS系統(tǒng)的各項(xiàng)測(cè)量參數(shù)指標(biāo)。表2.2HiCARS機(jī)載探冰雷達(dá)測(cè)量參數(shù)參數(shù)數(shù)值能量峰值8kW中心頻率60MHz脈沖發(fā)射頻率6250Hz采樣時(shí)間窗64s采樣頻率50MHz最大探測(cè)深度大于4000m天線雙平板偶極子天線天線間距19m接收機(jī)增益18dB帶寬15MHz

第2章探冰雷達(dá)的基本原理與數(shù)據(jù)處理11HiCARS的設(shè)計(jì)使得其即使在南極洲最厚的冰層之下，也具有非常高的穿透能力，能夠探測(cè)基巖界面的信息，包括冰蓋接地區(qū)域、冰下腔體的底部表面、冰下峽谷和深大裂谷，對(duì)隱藏在具有高反射率暖冰區(qū)以下的地形以及冰川流速較大的區(qū)域也具有不錯(cuò)的效果。因?yàn)榭v向分辨率高，HiCARS能夠較清晰地分辨出冰蓋內(nèi)部等時(shí)層位。這些等時(shí)層有助于建立冰蓋沉積歷史模型以及量化冰蓋的應(yīng)變關(guān)系[69]。冰蓋厚度、內(nèi)部等時(shí)層、冰下地形和基巖高程模型不僅可以用來研究冰動(dòng)力學(xué)模式和冰蓋演變歷史，還是用來選取深冰芯鉆井位置以及探索冰蓋中的古老冰層的關(guān)鍵資料。又因?yàn)橄喔衫走_(dá)可以得到回波的相位和振幅信息，所以可以通過HiCARS接收的信號(hào)來分析冰床的物理性質(zhì)，例如基本熔融速率、地?zé)嵬恳约氨w底界面的粗糙度等，用來確定冰下的水文系統(tǒng)和沉積物性質(zhì)[70]。2.3機(jī)載探冰雷達(dá)數(shù)據(jù)的預(yù)處理與常規(guī)處理HiCARS采用常用的剖面法進(jìn)行測(cè)量[71]。飛機(jī)的飛行速度保持在90m/s左右，因?yàn)镠iCARS系統(tǒng)發(fā)射高頻脈沖時(shí)的頻率為6250Hz，采樣時(shí)間窗為64s，所以每個(gè)采樣道之間的間隔大概為1.5cm。高頻脈沖由PXI數(shù)字生成，經(jīng)過Tomco放大器輸出，帶寬為15MHz，中心頻率為60MHz，時(shí)間長(zhǎng)度為1μs。圖2.2顯示了發(fā)射脈沖圖像。圖2.2Tomco放大器輸出信號(hào),黃色為40dB衰減脈沖[13]2.3.1機(jī)載探冰雷達(dá)數(shù)據(jù)的預(yù)處理HiCARS的電子接收器峰值間的飽和電壓為1V，它通過判斷PXI數(shù)字控制器產(chǎn)生的空白信號(hào)來確定是否脈沖進(jìn)行數(shù)字化。接收信號(hào)會(huì)有接近0dB的低增益通道和


本文編號(hào)：3438400