顾立娟 郝玉保 王彬

(1.武汉军械士官学校,湖北武汉 430075;2.61175部队,江苏南京 210049)

基于脉冲多普勒气象雷达技术下的脉冲压缩技术研究

顾立娟1郝玉保2王彬1

(1.武汉军械士官学校,湖北武汉 430075;2.61175部队,江苏南京 210049)

脉冲压缩技术最早应用于50年代的军事雷达领域。脉冲压缩技术可以提高发射平均功率,增大作用距离的同时提高分辨率,能够有效的解决距离探测能力和分辨能力之间的矛盾。脉冲压缩气象雷达能够同时提高探测距离和探测分辨率。脉冲压缩技术最早在20世纪70年代应用于气象观测,对于气象雷达的发展具有重要的现实意义。

脉冲 气象雷达 脉冲压缩

pulse weather radar pulse compression

1 单脉冲多普勒雷达的劣势

一般来说,对于多普勒雷达,要想获得速度就需要较高的重复频率,要想获得距离就必须减小重复频率。为了解决这个矛盾,通常的解决方法是采用测距折中、测速折中、双脉冲等。但是在实际的雷达工作中我们知道平均发射功率才是决定雷达探测距离的主要因素,因此在脉冲宽度不变的情况下,只能提高雷达发射机的峰值功率才能增大探测距离。而提高峰值功率又存在着尚未解决的技术难关。要想增大探测距离还可以增加发射机的脉冲宽度,这样可以不必增大发射机的峰值功率。但是增大脉冲宽度又降低了雷达的分辨率。这是常规单脉冲多普勒雷达应用的主要劣势——速度模糊和距离模糊的矛盾。

2 脉冲压缩的工作原理

脉冲压缩(pulse compression)是指发射宽编码脉冲并对回波进行处理以获得窄脉冲,因此脉冲压缩雷达既保持了窄脉冲的高距离分辨力,又能获得宽脉冲的强检测能力。目前的脉冲压缩的手段主要有线性调频、非线性调频、巴克码信号脉冲压缩和相位编码等。线性调频最简单也最易产生,但是对于多普勒频移不敏感,因此很少用于气象雷达。非线性调频没有线性调频的弊端,但是其需要旁瓣电平以及对每个频谱都进行设计,因此其系统实现比较复杂,应用范围比较狭小。相位编码模式是应用最多的脉冲压缩手段。不同于线性调频和非线性调频,相位编码模式将宽脉冲分为n个子脉冲,通过编码后被发射。

3 脉冲多普勒气象雷达的应用

首先脉冲多普勒气象雷达可以对灾害性的天气进行及时的监测和预警。在多普勒气象雷达的观测数据产生的图像中,可以明显的看到发射率因子、径向速度、速度谱宽形成的图像,在雷达的相关影响因子中,径向速度一直是判断强对流气象的有效数据,尤其是对于暴风、龙卷风、飓风等风灾,三者合一可以比较及时和准确的对灾害性天气作出处置性建议。其次脉冲多普勒气象雷达可以对大范围的降水进行定量估测。在脉冲多普勒气象雷达的参数上,可以根据雷达回波的强度和降水量的关系,对降水强度进行累积计算,最终做出未来1小时至12小时的降水量预测。这对于大范围的降雨的预测以及防涝防洪有着深远的意义。

4 基于脉冲多普勒气象雷达技术下的脉冲压缩技术

常规数字化天气雷达利用发射机的信号强度来探测雨云的分布、降雨的强度、以及垂直风向等情况。脉冲多普勒气象雷达除了能够满足上述数字化天气雷达的功能外,当气象变化出现降水粒子相对雷达发射波束出现相对运动时,测定接收的窄脉冲信号与发射的款脉冲信号的频率之间存在的差异,从而可以得出降水的量以及持续时间、大气风场、气流速度、雨云运动轨迹等等信息。脉冲压缩技术的成熟和完善,在气象检测的过程中发挥了重要的作用。同时由于其总体设备简化,对于数据的收集整理和分析更加精确,实际的生产生活都具有重要的促进和保障作用。脉冲压缩雷达采用调制宽脉冲发射,从而可以提高发射机的平均功率,保证雷达的最大探测距离。接收时采用脉冲压缩技术,获得窄脉冲,从而提高远距离探测的雷达分辨率。脉冲压缩能很好地解决常规单脉冲多普勒雷达应用中速度模糊和距离模糊的矛盾。因此广泛应用于脉冲多普勒气象雷达中对于预测强对流天气具有现实意义。

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【关键词】military radar pulse compression technology was first used in the 50's. Pulse compression technology can improve the emission power, range of action at the same time to improve the resolution of the contradiction between, can effectively solve the problem of distance detection ability and the ability to distinguish. Pulse can also improve the detection distance and resolution compression of weather radar. Pulse compression technology as early as twentieth Century 70's used in meteorological observation, has the important practical significance for the development of weather radar.

顾立娟(1982—),女,汉族,河北秦皇岛人,硕士,讲师,主要研究方向为雷达信号处理。