機(jī)場激光雷達(dá)風(fēng)切變監(jiān)測系統(tǒng)——設(shè)計(jì)驗(yàn)證軟件研究.pdf

1、風(fēng)切變是一種風(fēng)速和風(fēng)向在水平或垂直方向突然變化的大氣現(xiàn)象。機(jī)場風(fēng)切變具有持續(xù)時間很短、風(fēng)場尺度小強(qiáng)度大等特點(diǎn)，一直是現(xiàn)代航空運(yùn)輸和探測預(yù)警的一個難題。激光雷達(dá)作為機(jī)場常用大氣及氣象監(jiān)測設(shè)備迫切需要能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對風(fēng)切變現(xiàn)象的快速、實(shí)時、準(zhǔn)確地監(jiān)測和預(yù)測。為降低現(xiàn)有激光雷達(dá)升級改造和新研風(fēng)切變監(jiān)測系統(tǒng)的先期研制成本，本文結(jié)合機(jī)場低空風(fēng)切變的特點(diǎn)及其探測要求，以模塊化的方式建立激光雷達(dá)風(fēng)切變監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證軟件，通過復(fù)現(xiàn)雷達(dá)系統(tǒng)動態(tài)工作過程

2、和仿真探測結(jié)果，以分析激光雷達(dá)性能指標(biāo)和風(fēng)場探測指標(biāo)，對用于機(jī)場風(fēng)切變監(jiān)測的激光雷達(dá)研制和已有激光雷達(dá)系統(tǒng)的改造升級有技術(shù)支撐作用。
　　本文設(shè)計(jì)的激光雷達(dá)風(fēng)切變監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證軟件分成幾個主要模塊：發(fā)射機(jī)模塊根據(jù)信號形式和調(diào)制方式產(chǎn)生適合于風(fēng)場探測的發(fā)射信號，可以設(shè)置信號參數(shù)、調(diào)制參數(shù)和發(fā)射天線參數(shù)；天線掃描模塊按照一定的掃描方式對近地空間進(jìn)行掃描，可以配置掃描參數(shù)和掃描速度等參數(shù)；風(fēng)場模塊包括風(fēng)切變模型以及雜波和噪聲模型，可配

3、置風(fēng)場半徑、位置、扭曲因子、雜波單元數(shù)等參數(shù)；接收機(jī)模塊包括探測器模塊和數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，可以配置接收天線參數(shù)和探測器參數(shù)，可用外差探測和中頻處理器來分別實(shí)現(xiàn)；信號處理模塊需要在被雜波和噪聲淹沒的回波信號中提取出目標(biāo)信息進(jìn)行反演，包括雜波抑制子模塊、譜矩估計(jì)模塊和風(fēng)場反演模塊，雜波抑制可由多普勒濾波器組來實(shí)現(xiàn)，在濾波之前往往還需要對信號進(jìn)行積累。對于風(fēng)切變回波，可用 FFT法來估計(jì)回波功率譜，風(fēng)場反演用一種最小二乘法和自適應(yīng)遺傳算法結(jié)合的

4、方法來實(shí)現(xiàn)。然后，采用SIMULINK工具來實(shí)現(xiàn)該軟件框架以及性能分析。
　　在機(jī)場風(fēng)切變探測的激光雷達(dá)設(shè)計(jì)驗(yàn)證軟件框架的基礎(chǔ)上，對各個模塊涉及到的方法進(jìn)行研究對比，并對整體框架做了設(shè)計(jì)驗(yàn)證。改變雷達(dá)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)，通過設(shè)計(jì)驗(yàn)證軟件來分析系統(tǒng)指標(biāo)對相同風(fēng)切變風(fēng)場的探測性能，對系統(tǒng)指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化；對于已有的雷達(dá)指標(biāo)，通過設(shè)計(jì)驗(yàn)證軟件分析對于不同風(fēng)切變風(fēng)場的探測結(jié)果，對其探測性能進(jìn)行分析；在設(shè)計(jì)驗(yàn)證軟件中調(diào)用不同反演模塊來分析不同反演算法