發(fā)布時間：2018-03-31 16:37

  本文選題：超高頻雷達　切入點：單系統(tǒng)合成矢量流　出處：《武漢大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：近60年以來,基于電磁波Bragg散射理論的超視距探測已經(jīng)成為遠洋海態(tài)反演領(lǐng)域不可或缺的高新技術(shù)之一。現(xiàn)階段通過地波雷達提取風(fēng)、浪、流等海洋動力學(xué)參數(shù)的理論大多來源于Barrick所推導(dǎo)的一、二階雷達散射截面方程,基于一階散射截面方程的海流反演已經(jīng)達到了較高的精度,能夠滿足海洋監(jiān)測所需,然而基于二階散射截面方程的風(fēng)浪場提取至今還在探索之中,究其原因是對電磁波與海洋表面作用的機理研究不足,雖然相關(guān)研究人員以定量的方式開展了基于X波段雷達Bragg散射機理縮比實驗,但實驗內(nèi)容卻僅限于基于Barrick理論的一、二階散射,忽視了非Bragg散射的理論研究。為了更好的實現(xiàn)風(fēng)浪場信息的反演,透徹的理解包括一階、二階在內(nèi)的Bragg散射與非Bragg散射機理,本文旨在以超高頻段雷達系統(tǒng)為硬件平臺,在完成閉環(huán)測試與矢量流驗證實驗后,根據(jù)現(xiàn)有基于相速度Bragg散射的理論知識,以縮比實驗的方式對海浪Bragg與非Bragg散射機理進行深入研究。具體開展的工作包括以下內(nèi)容：1.提出全數(shù)字超高頻雷達的整體設(shè)計與實現(xiàn)方式。UHF雷達工作頻率為340MHz,帶寬15MHz,接收機主要包含三個模塊：信號源板、模擬前端與數(shù)字板。信號源板采用"DSPLL+DDS"的方式實現(xiàn)射頻信號的產(chǎn)生,由于系統(tǒng)內(nèi)部無需模擬混頻模塊,信號源板只需提供一片DDS芯片；模擬前端對微弱回波信號進行預(yù)濾波與放大,為數(shù)字板提供模擬輸入信號；數(shù)字板前端AD采用射頻直接采樣的方式,對模擬信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換,回波信號的去斜坡與下變頻過程皆在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)。雷達接收機系統(tǒng)在保證了工作精確度的前提下,進一步實現(xiàn)小型化。2.UHF雷達系統(tǒng)采用FMICW信號體制。針對不同實驗所需,從最大探測距離的角度出發(fā),設(shè)計了多套波形,提高回波信號能量利用率,同時通過實驗驗證了不同波形參數(shù)對雷達回波信噪比的影響。3.完成硬件平臺的搭建后,在實驗室對多項系統(tǒng)指標進行測試與閉環(huán)實驗,測試結(jié)果達到系統(tǒng)設(shè)計要求,滿足現(xiàn)場實驗的條件。課題組與湖北省仙桃市水文站合作,進行河流流速、流量比測實驗。在實驗過程中,通過將接收天線系統(tǒng)分組實現(xiàn)了單系統(tǒng)提取矢量流的目標。UHF雷達系統(tǒng)發(fā)射信號功率僅為1W,Doppler譜信噪比約為50dB,為后期流速提取提供了良好的原始數(shù)據(jù),反演所得流場半徑約為300m,覆蓋整個河道。在為期一個月比測實驗中,通過與水文站提供的流速、流量數(shù)據(jù)對比,矢量流相關(guān)系數(shù)可達0.98,兩者流量最大差異不超過10%,證明了本文所設(shè)計的UHF雷達系統(tǒng)河流監(jiān)測的可行性,同時也驗證了系統(tǒng)的正確性與長期工作的穩(wěn)定性。4.2014年3月、6月,與長江水利委、大連理工大學(xué)合作,分別在宜昌前坪科研基地、海岸與近海工程國家重點實驗室進行海浪Bragg與非Bragg散射實驗。開創(chuàng)性采用超高頻段雷達進行基于水槽縮比實驗的Bragg散射機理研究。研究內(nèi)容主要可分為兩個部分：首先,通過改變水槽中單列水波的相關(guān)水波波參數(shù)(水深、波長與波高),采用控制變量法的方式定量的分析了波長、波高與回波幅度之間的關(guān)系,通過統(tǒng)計分析實驗數(shù)據(jù),繪制波長-波高-回波幅度三維圖；其次,研究在不同波長條件下,電磁波與水波作用對應(yīng)回波Doppler譜中Bragg散射與非Bragg散射第一尖峰的位置,在排除了基于傳統(tǒng)相速度理論中水波對雷達回波產(chǎn)生頻偏影響后,基于水質(zhì)點運動對電磁波幅度調(diào)制的思想,提出Bragg散射與非Bragg散射回波Doppler譜“1/(?)n”理論,定性的揭示了單一列波浪Bragg與非Bragg散射在回波Doppler譜中的表現(xiàn)形式。在非Bragg散射條件下通過改變水波波長,驗證了“1/(?)n”現(xiàn)象的可重復(fù)性,同時,從水質(zhì)點運動的角度出發(fā),對波浪Bragg與非Bragg散射中“1/(?)n”理論進行了相關(guān)推導(dǎo)與證明,并通過具體實驗驗證了理論的正確性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN957.5

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張以謨 ,李川 ,劉鐵根 ,丁勝 ,呂且妮;Variable Wavelengths Fiber Bragg Gratings Written with A Phase Mask and Four Prisms[J];Chinese Journal of Lasers;2002年05期

2 ;Computer-Generated Holograms for Recording Multiple-Phase-Shifte Fiber Bragg Grating Corrugations[J];The Journal of China Universities of Posts and Telecommunications;2002年04期

3 ;Simulation and Fabrication of Sampled Fiber Bragg Grating[J];Semiconductor Photonics and Technology;2003年01期

4 ;Dynamic Single/Dual-channel Filter with Tunable Fiber Bragg Gratings[J];Semiconductor Photonics and Technology;2003年01期

5 ;Simulation of Novel Tunable Nonlinear Chirped Fiber Bragg Grating[J];Semiconductor Photonics and Technology;2003年04期

6 ;Novel Tunable PMD Compensation Technology Using Linear Chirped Fiber Bragg Grating[J];Semiconductor Photonics and Technology;2004年03期

7 ;Photoluminescence and X-ray Diffraction of Distributed Bragg Reflector[J];Semiconductor Photonics and Technology;2004年03期

8 信思金;Characteristics of Smart Concrete with Fiber Optical Bragg Grating Sensor[J];Journal of Wuhan University of Technology-Materials Science;2004年02期

9 ;Special Apodized Fiber Bragg Grating for Flat-top Band-pass Reflectivity Filter[J];Semiconductor Photonics and Technology;2004年04期

10 ;Fiber Bragg Grating Pressure Sensor Based on Corrugated Diaphragm[J];Semiconductor Photonics and Technology;2004年04期

相關(guān)會議論文 前10條

1 屈麗;卓仲暢;蘇雪梅;;Slow and fast light in a Bragg gratings F-P cavity[A];第十五屆全國量子光學(xué)學(xué)術(shù)報告會報告摘要集[C];2012年

2 楊仕文;李宏福;;Bragg諧振腔新分析[A];中國電子學(xué)會真空電子學(xué)分會第十屆年會論文集（下冊）[C];1995年

3 任國斌;王智;婁淑琴;簡水生;;Bragg光纖的能帶結(jié)構(gòu)與模式[A];全國第十一次光纖通信暨第十二屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會議（OFCIO’2003）論文集[C];2003年

4 馬喬生;孟凡寶;常安碧;周傳明;;用模式匹配法研究Bragg反射腔[A];四川省電子學(xué)會高能電子學(xué)專業(yè)委員會第四屆學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2005年

5 曾慧丹;劉煥文;唐國吉;;矩形Bragg防波堤引起線性長波共振反射的最優(yōu)配置[A];第十六屆中國海洋（岸）工程學(xué)術(shù)討論會論文集（上冊）[C];2013年

6 李營;朱鈞;李巖;張書練;;Bragg光纖光柵傳感應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)[A];2004全國光學(xué)與光電子學(xué)學(xué)術(shù)研討會、2005全國光學(xué)與光電子學(xué)學(xué)術(shù)研討會、廣西光學(xué)學(xué)會成立20周年年會論文集[C];2005年

7 董小鵬;李杰;戎華北;周金龍;周建華;;少模光纖Bragg光柵及其在折射率測量中的應(yīng)用[A];全國第十二次光纖通信暨第十三屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2005年

8 張威;倪愛清;王繼輝;冀運東;;基于光纖Bragg光柵對復(fù)合材料沖擊累計損傷的檢測[A];第17屆全國復(fù)合材料學(xué)術(shù)會議（復(fù)合材料檢測與測試技術(shù)分論壇）論文集[C];2012年

9 李朝歷;何明;姜山;阮向東;武紹勇;王偉;;Bragg曲線探測器在中重核的AMS測量中的應(yīng)用[A];第十三屆全國核物理大會暨第八屆會員代表大會論文摘要集[C];2007年

10 張寶健;梁麗勤;;基于光纖Bragg光柵傳感器的水壩健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[A];中國儀器儀表學(xué)會第十二屆青年學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前9條

1 李柯;基于全數(shù)字超高頻雷達海浪Bragg與非Bragg散射機理研究[D];武漢大學(xué);2015年

2 林晨曦;Bragg光纖帶隙調(diào)控光傳輸特性與工藝制備[D];清華大學(xué);2007年

3 羅彬彬;光纖Bragg光柵傳感技術(shù)及其生化傳感應(yīng)用研究[D];電子科技大學(xué);2012年

4 于永森;Bragg光纖光柵的制作及在傳感器和光纖放大器中應(yīng)用研究[D];吉林大學(xué);2005年

5 程旭升;聚合物Bragg光纖光柵的制作及其傳感特性的研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

6 鄒紅波;光纖Bragg光柵傳感系統(tǒng)若干技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2012年

7 吳曉冬;光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感技術(shù)及其應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2005年

8 陸觀;光纖Bragg光柵在智能材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的應(yīng)用研究[D];南京航空航天大學(xué);2011年

9 黃雪峰;光纖Bragg光柵測量理論及其在動力工程中應(yīng)用的研究[D];浙江大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 許俊飛;反射Bragg波長的信號解調(diào)與遠程監(jiān)測研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

2 王巧琴;基于Bragg光柵電磁軌道炮應(yīng)變測試技術(shù)研究[D];南京理工大學(xué);2015年

3 張飛翔;光纖Bragg光柵表面化學(xué)鍍銅工藝及溫度特性研究[D];西南科技大學(xué);2015年

4 陳強;太陽光自動跟蹤及空心Bragg光纖傳輸系統(tǒng)研究[D];南京郵電大學(xué);2015年

5 劉靜嫻;Bragg光纖傳輸特性理論分析和仿真[D];電子科技大學(xué);2007年

6 王雯;中紅外傳輸空心Bragg光纖[D];清華大學(xué);2009年

7 王晶晶;Bragg光纖的傳輸特性研究及其結(jié)構(gòu)設(shè)計[D];北京交通大學(xué);2007年

8 袁海龍;紅外空心Bragg光纖制備工藝的研究[D];南京郵電大學(xué);2013年

9 姚夕林;分布式光纖Bragg光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)的研究[D];安徽理工大學(xué);2014年

10 舒�？�;光纖Bragg光柵動態(tài)應(yīng)變傳感技術(shù)的研究[D];浙江大學(xué);2006年

，

本文編號：1691555