双偏振天气雷达双通道一致性分析与校准

差分反射率和差分相位与双偏振天气雷达双通道一致性密切相关。以S波段双偏振天气雷达为例,首次对包括旋转关节在内的接收通道一致性、除天线反射体以外的收发全链路一致性进行测试分析,并采用逐径向校准的方法对双通道偏差进行校准。结果表明:校准前差分反射率因子最大变化范围为0.04 dB,标准差为0.012 0 dB,差分相位最大变化范围为1.60°,标准差为0.385 7°;校准后差分反射率因子最大变化范围为0.03 dB,标准差为0.005 1 dB,差分相位最大变化范围为0.20°,标准差为0.033 6°。     

一种天气雷达数据质量问题的理论分析与试验研究

针对新一代天气雷达在业务运行中低仰角观测时经常出现的相邻径向交替变化的条状回波(称为"马赛克"现象)的数据质量问题,分析了产生该现象的原因,提出了改进天气雷达观测模式,在低仰角采用较低的双脉冲重复频率组合或随机相位编码技术的解决方案。介绍了双脉冲重复频率技术扩展测速范围以及随机相位编码技术退距离模糊的基本原理和实现方法,并在新一代天气雷达上开展了数据质量提升试验。通过比较多种适配参数组合下实际天气过程的观测结果,验证了之前的理论分析。     

中国首批双偏振天气雷达标定试验分析

中国很多新一代天气雷达正在或已经进行了双偏振升级改造,双偏振雷达将在未来业务应用中发挥极大的作用,而雷达标定的可靠性直接影响其应用效益。以中国首批业务化双偏振天气雷达(广州、阳江、韶关、梅州、厦门)开展双偏振技术试验的标定数据为研究对象,从机内标定、接收链路标定、全链路标定及旋转关节标定共4方面展开分析。结果表明:机内标定和接收链路标定基本满足技术要求,但部分雷达受到不定期的外界电磁干扰,影响了噪声系数的标定,需进一步净化电磁环境;全链路标定结果表明,5部雷达系统Z_(DR)误差分别为:-0.38、0、0.38、0.44、-1.38 dB,系统误差整体偏大,这与基层雷达台站缺乏实时有效的监测方法有关;旋转关节标定表明,由旋转关节引入的一致性偏差是动态变化的,具有不确定性,对差分反射率和差分传播相移的测量结果会造成一定程度的影响,随着旋转关节的磨损,需要对其影响进行长期跟踪检测。这些结果可为后续双偏振雷达升级改造、运行评估及制定双偏振雷达业务化标定流程提供科学依据。     

纯转动拉曼激光雷达中阶梯光栅单色仪设计

纯转动拉曼激光雷达测温系统通常根据大气中N₂分子高低阶量子数的转动拉曼散射回波信号来反演大气温度,而探测转动拉曼谱的一种有效方法就是采用单色仪。文章阐述了中阶梯光栅单色仪的探测原理和结构,分析了探测谱线的高阶和低阶量子数及对应的拉曼散射波长。通过对中阶梯光栅的分光原理及色散能力分析计算了准直-聚焦系统的焦距,给出了光学系统的设计参数。利用Zemax软件对光路进行了模拟仿真,仿真结果表明：在探测激光波长为532 nm的条件下,采用两块中阶梯光栅设计的单色仪,能够将529.05, 530.40, 533.77和535.13 nm的拉曼谱线很好的分开,同时对对称量子数的谱线信号进行求和,增强系统的信噪比。中阶梯光栅单色仪体积较小,利于测温雷达系统的小型化。     

CINRAD/SA天气雷达双PRF技术I/Q信号仿真及算法对比验证

以CINRAD/SA天气雷达双PRF技术为研究对象,采用大气分层模型,建立基于端到端I/Q时域信号仿真算法,生成I/Q仿真信号并进行可靠性验证.对比分析不存在速度模糊、低重频下的速度模糊和双重频模糊情况下的快速傅里叶变换算法FFT和脉冲对算法PPP的评估精度,并分别采用标准解模糊算法和改进解模糊算法进行速度解模糊对比计算.统计分析结果表明:基于端到端I/Q信号仿真算法能对探测体内的风速细节进行很好的描述;当发生速度折叠时,脉冲对算法PPP的评估精度要高于快速傅里叶变换算法FFT的运算精度,同时改进解模糊算法精度高于标准解模糊算法,且与单PRF下的脉冲对算法PPP的评估精度相当.      

基于镜频抑制零差探测的全光纤测风激光雷达系统

相干多普勒测风激光雷达多采用外差技术来获得大气风场在雷达径向方向上的速度大小和正负.本文基于镜频抑制技术,使用全光纤90°相位控制器研制了连续相干多普勒测风激光雷达系统.该系统通过对本振光或接收信号进行相位控制,得到正交的IQ信号,采用镜频抑制技术,探测得到径向风速的大小和正负,相对于使用外差技术的相干多普勒激光雷达系统,该系统具有信噪比更高、雷达存储能力更强、在相同的ADC采样速率下测速范围更大等特点.文中最后通过与风速计的大量对比试验,进一步对连续相干多普勒测风激光雷达系统的数据的可信性进行了验证.实验结果表明,该系统测得的风向正负与风速计完全一致,风速大小的偏差为-0.03 m/s,标准差为0.63 m/s,具有较高的探测精度.      

清远连州CINRAD/SA-D型业务试验双偏振天气雷达技术评估

以北京敏视达雷达有限公司生产的国内首部S波段业务试验双偏振雷达（清远连州CINRAD/SA-D型）为研究对象,从硬件升级、在线/离线标定方法、信号处理及软件技术等方面与美国WSR-88D双偏振天气雷达进行比对分析,重点对采用机内信号源法的长期标定结果和小雨数据全链路标定结果进行统计分析.研究结果表明:机内长期标定情况下,差分反射率因子ZDR和差分传播相位φDP的统计方差分别为0.205 3 dB和1.135 8°;通过关键参数筛选出的业务观测小雨数据,ZDR的标准差值控制在了0.5 dB以内,这些结果与美国天气雷达标定指标相当.      

相干多普勒测风激光雷达外差效率的数值计算与分析

论述了相干多普勒测风激光雷达外差效率的基本理论.对同轴系统中本振光和发射激光均是截断高斯光束情况下的外差效率进行了研究,利用圆孔光阑函数展开为高斯函数相叠加的方法,给出外差效率的解析表达式;采用计算机软件Mathematica分析外差效率随菲涅尔数和截断因子的变化关系,给出最大外差效率随着菲涅尔数的变化曲线和不同菲涅尔数下最佳截断因子的取值.该研究为相干多普勒测风激光雷达探测理论的发展及系统器件的最优化配置提供了重要的理论依据.     

大气水汽探测拉曼激光雷达系统仿真设计

设计了发射波长为532nm测量大气水汽的拉曼激光雷达系统. 结合系统误差理论分析,验证系统夜间测量水汽的高效性和白天测量水汽的可行性. 通过对比不同发射波长的拉曼激光雷达系统的回波信号与信噪比,得出最优系统参数能够实现白天0~4km、夜间0~9km的探测,该系统探测性能优于266nm或355nm的测量系统,特别是夜间探测大气水汽更为高效. 为实现单波长测量大气参数（温度、气溶胶和水汽）提供了一个可行性设计.      

大视场消色差温度补偿型风成像干涉仪调制度的分析与计算

简要论述了大视场、消色差、温度补偿型风成像干涉仪用于高层探测的基本原理.对自行设计的风成像干涉仪的调制度进行了理论分析与计算,推导了调制度的理论表达式.采用计算机模拟,分析了仪器调制度随入射角的变化关系.当调制度大于075时,风成像干涉仪视场角可达129°,充分显示了大视场、高调制度的显著特点.分析了玻璃折射率对调制度的影响,得到了调制度取得最大值时玻璃的优化组合;分析了温度对调制度的影响,得到了调制度随着温度变化的曲线.此研究为高层大气探测理论的发展、大气探测以及大视场、消色差、温度补偿型风成像干涉仪的研制提供了重要的理论依据及实践指导. 关键词： 干涉成像技术 迈克尔逊干涉仪 调制度 双光束干涉