基于空間譜估計(jì)的風(fēng)廊線雷達(dá)數(shù)據(jù)處理研究.pdf

1、尹，?！丁！甶暫警．!獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。本論文除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的內(nèi)容外，不包含其他人或其他機(jī)構(gòu)已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得南京信息工程大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。其他同志對本研究所做的貢獻(xiàn)均已在論文中作了聲明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽名：毒嘶關(guān)于論文使用授權(quán)的說明南京信息工程大學(xué)、國家圖書館、中國學(xué)術(shù)期刊( 光盤版) 雜志社、中國科

2、學(xué)技術(shù)信息研究所的《中國學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文，并通過網(wǎng)絡(luò)向社會(huì)提供信息服務(wù)。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布( 包括刊登)論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布( 包括刊登) 授權(quán)南京信息工程大學(xué)研究生院辦理。耐么開 口保密( ——年——月) ( 保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此協(xié)議)學(xué)位論文作

3、者簽指導(dǎo)教師簽名：摘要隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，人類對天氣的影響痕跡越來越明顯，極端天氣的出現(xiàn)也越來越多。我國是世界上自然災(zāi)害種類最多、活動(dòng)最頻繁、危害最嚴(yán)重的國家之一。風(fēng)廓線雷達(dá)作為新一代的高空大氣探測系統(tǒng)，以晴空大氣湍流為探測目標(biāo)，可實(shí)現(xiàn)對大氣風(fēng)場的遙感探測，能夠?qū)崟r(shí)提供大氣的三維風(fēng)場信息，增加無線電聲學(xué)探測系統(tǒng)( R A S S ) ，與微波輻射儀或G P S ／M E T 水汽監(jiān)測系統(tǒng)配合，可實(shí)現(xiàn)對大氣風(fēng)、溫、濕等要素的連續(xù)遙感探

4、測。按照規(guī)劃，到2 0 2 0年我國計(jì)劃布設(shè)2 0 0 部左右對流層風(fēng)廓線雷達(dá)，并納入氣象綜合探測業(yè)務(wù)系統(tǒng)，以改善常規(guī)高空探測資料在時(shí)空密度方面的相對不足。在緊迫的應(yīng)用需求下，本文基于空間譜估計(jì)( S S E ) 理論與算法，研究并實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用空間譜估計(jì)算法對風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的過程。根據(jù)多普勒原理，風(fēng)廓線雷達(dá)回波要轉(zhuǎn)換到頻域才能提取大氣風(fēng)場信息，從而功率譜估計(jì)是風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的必經(jīng)步驟。本文簡要介紹了經(jīng)典的風(fēng)廓線雷達(dá)信號(hào)處理及數(shù)據(jù)處

5、理方法，并深入分析研究了建立基于I ／Q 數(shù)據(jù)的信號(hào)處理流程及F F T 變換以后的功率譜數(shù)據(jù)的處理流程。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析對比了國內(nèi)外比較常用的雷達(dá)數(shù)據(jù)處理算法的優(yōu)缺點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)：在風(fēng)廓線雷達(dá)譜數(shù)據(jù)處理過程中，雷達(dá)低層取樣體積探測的譜數(shù)據(jù)通常出現(xiàn)地物雜波、間歇性雜波、地磁雜波與大氣回波譜混雜交疊的情況。目前，雷達(dá)設(shè)備廠家僅限于對信號(hào)處理，且經(jīng)典估計(jì)算法效率不高，而對數(shù)據(jù)處理嚴(yán)重不足，很難獲得質(zhì)量高、一致性高的探測資料。基于上述原因和

6、應(yīng)用需要，對不同天氣氣象背景下探測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在晴空氣象背景條件下，提出了最小方差估計(jì)( ⅢS E ) 算法，并給出了具體的算法推導(dǎo)過程及實(shí)現(xiàn)流程，通過仿真分析表明：該算法的運(yùn)用明顯提高和改善了探測數(shù)據(jù)的處理效率和質(zhì)量。在臨近降水氣象背景條件下，提出了運(yùn)用極大似然估計(jì)及子空間擬合( 池E —S F ) 算法，通過實(shí)驗(yàn)網(wǎng)探測數(shù)據(jù)仿真分析了M L E ．S F 的優(yōu)越性，并和經(jīng)典算法進(jìn)行對比，證明了該算法具有運(yùn)算量較小、執(zhí)行效率高、適用