【摘要】：相控陣天氣雷達是目前正在研究的一種新體制雷達,與傳統(tǒng)多普勒天氣雷達相比具有更快的掃描速度,更高的時空分辨率,對于監(jiān)測短時強對流天氣有非常大的優(yōu)勢。為了降低雷達系統(tǒng)的制造成本和復雜度,本文研究了相控陣天氣雷達陣列綜合方法和脈沖壓縮硬件實現(xiàn),主要工作如下:(1)分析了相控陣天氣雷達與目前正在氣象探測業(yè)務中使用的新一代天氣雷達的各自特點,闡述了相控陣天氣雷達稀疏陣列綜合問題屬于求解多變量非線性最優(yōu)化問題,并對求解該優(yōu)化問題的智能算法發(fā)展進行討論。介紹了相控陣天氣雷達的陣列形式,并分析了線性調頻信號的產生及其脈沖壓縮處理方法。(2)介紹了相控陣天氣雷達稀疏陣列綜合的意義,它可以在不導致副瓣電平抬高而引起虛假回波的前提下,以最少的陣元數(shù)達到對氣象目標物探測要求。提出了一種基于迭代加權l(xiāng)1范數(shù)的相控陣天氣雷達陣列綜合方法,將拉格朗日乘數(shù)法應用于求解加權向量的閉式解中,通過引入共軛梯度法以避免大規(guī)模矩陣求逆運算,加快了算法收斂速度。仿真結果表明,該方法能有效提高相控陣天氣雷達的陣列綜合速度。(3)在相控陣天氣雷達中運用脈沖壓縮技術既能提高距離分辨力,又能獲得最大作用距離的優(yōu)勢。設計了基于FPGA+AD的脈沖壓縮處理系統(tǒng)方案,通過使用寬窄脈沖不同載頻的模式同時完成近距離和遠距離的探測,降低了雷達探測盲區(qū),并在數(shù)據(jù)處理中使用高速時鐘進行匹配濾波運算,分時復用硬件資源,提高了 FPGA硬件資源的使用率。通過FPGA在線調試與Matlab仿真進行算法驗證,對比結果證明本系統(tǒng)滿足相控陣天氣雷達對硬件資源以及處理時效方面的要求,達到了設計目的。
【圖文】：

邐ｚ逡逑Ｚ２逡逑圖２．１任意ｉＶ元線陣逡逑對于等幅激勵陣列，根據(jù)式（２．２）可求得其陣因子為逡逑Ｓ｛ｕ）＾ＹｕＩｎｅｉｎｕ邋＝ＩａＹ／ｎｕ邋＝／0［ｌ＋ｅ；！，邋＋ｅＪ２ｕ邋＋．．．邋＋邋ｅｉ（Ｎ￣Ｘ）ｕ］邐（２．３）逡逑？＝０邐ｎ＝０逡逑利用級數(shù)求和關系式上式可以寫成逡逑Ｓ（ｕ）邋＝邋Ｉ０ｌ－＾邋＝邋Ｉ０ｅ＾邋Ｓｉｎ＿／２）邐（２．４）逡逑０邋１－，邐０邐ｓｉｎ（？／２）逡逑式中，相位因子＾＾“／２表示陣的相位中心相對于坐標原點的相位差，若坐標原逡逑點選在陣的相位中心，則上式可以寫成逡逑？邐（２．５）逡逑°邋ｓｉｎ（Ｍ／２）逡逑將ｍ邋＝邋Ｗｃｏｓ０代入式（２．５），得逡逑ｓ｛ｅ）邋＝邋１0＾ｄｏ0Ｓ０／２）邐（２．６）逡逑ｓｉｎ（ｋｄ邋ｃｏｓ＾／２）逡逑單元數(shù)＃邋＝邋２００時的歸一化陣因子５（０）隨０變化的圖形。如圖２．２所示。逡逑９逡逑

行間距均為在沿７軸方向上有列，列間距均為冬，全陣逡逑共個單元。設有一個Ｍｘ％單元的矩形柵格矩形平面陣列，放置在兮逡逑平面內并建立坐標系如圖２．４所示，第（ｍ，ｎ）個單元的坐標位置為逡逑ｋ，邋＝＾ｘ，ｒｎ邋＝邋０，＼，２，，．．．，Ｎｘ－＼邐）逡逑＝邋ｎｄｙ，？邋＝邋0，邋１２，Ｎｙ邋－１逡逑▲邐ｚ逡逑ｒｘ逡逑ｒ＂／邋／／／ＶｆＹ／／／邋Ｖ７逡逑ｍ邋ｖｙｙ／／／／／／／／／／／／逡逑廣ｒｒ／邋／／邋／／邋廣／邋／邋／／Ｙ７逡逑＾／／／／／／／／／／／／／／／逡逑ｋ邋－ｙｙ／／／／／／／／／逡逑圖２．４在吵平面內的矩形柵格平面陣逡逑如果平面陣按列分布時第ｍ個單元的激勵電流的復矢量為／ｗ，邐，按逡逑行分布時第《個單元激勵電流為＆邐，則第（講，《）個單元的激勵電流為逡逑／邋＝１邋ｉ邋＝７邋／邋ｅＫｍａ＇＋ｎａ＾邐（２．１０）逡逑ｍｎ邋ｘｍ邋ｙｎ邋ｘｒｎ邋ｙｎ逡逑式中，和Ｊ＞．？分別為沿ｘ和＾方向排列的直線陣列的幅度分布；ａ、．和＼分別逡逑是沿ｘ和７方向排列的直線陣列的均勻梯變相位。逡逑根據(jù)電磁波的疊加原理，可以直接寫出上述平面陣的陣因子為逡逑Ｎｘ－＼Ｎｖ－ｉ逡逑Ｓ｛Ｑ邐ｉ邋ｅｊｋ（＜ｍｄｘ邋ｃ0ｓ（ｐ＋ｎｄｙ邋ｓｉｎ＾）ｓｉｎ６邐（２１１）逡逑ｍ＝０邋ｎ＝０逡逑１２逡逑
【學位授予單位】：南京信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P412.25

【參考文獻】

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本文編號：2653823