本文關(guān)鍵詞：AgileDARN高頻雷達(dá)多點(diǎn)干涉測(cè)量技術(shù)研究　出處：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 電離層 Super DARN Agile DARN 全數(shù)字相控陣 俯仰角 FPGA 2π混疊效應(yīng)

【摘要】：電離層是指距離地表60公里以上的空間環(huán)境,是人類活動(dòng)最多的區(qū)域。隨著人類科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,越來越多的科研活動(dòng)受到電離層的影響。因此電離層探測(cè)一直是科研工作的重點(diǎn)領(lǐng)域,尤其是中高緯度地區(qū)的電離層。從上世紀(jì)80年代中期開始,國際上探測(cè)中高緯度電離層的高頻雷達(dá)不斷發(fā)展壯大,并成立了國際超級(jí)雙子極光雷達(dá)觀測(cè)網(wǎng),即Super Dual Auroral Radar Network,簡稱SuperDARN。SuperDARN雷達(dá)網(wǎng)由于其廣泛的地域覆蓋以及高精度的連續(xù)測(cè)量逐漸成為研究極區(qū)電離層活動(dòng)重要的觀測(cè)工具。我國中國高緯度地區(qū)電離層探測(cè)活動(dòng)起步比較晚,于2010年建成南極中山站高頻雷達(dá)加入到國際SuperDARN雷達(dá)網(wǎng)中,并取得了一些列的重要突破。為了滿足我國境內(nèi)中高緯度電離層的探測(cè)需求,在子午工程二期的支持下,中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心自主研發(fā)一部靈敏性雙極光高頻雷達(dá),采用全數(shù)字相控陣技術(shù)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)波束在視場(chǎng)范圍內(nèi)的任意掃描,突破傳統(tǒng)SuperDARN雷達(dá)固定波束、以及固定波束間隔的限制。俯仰角信息的獲知可以確定探測(cè)目標(biāo)的高度方位,這是探測(cè)電離層不規(guī)則體和對(duì)流的必要參數(shù)。在世界范圍內(nèi),俯仰角信息的獲取是電離層探測(cè)工作中一項(xiàng)重要并且較為困難的研究重點(diǎn)。國際SuperDARN雷達(dá)采用成熟的單基線測(cè)量算法和其它模型配合來獲得仰角信息,卻總是伴隨著2π混疊效應(yīng)。新一代TIGER-3雷達(dá)的研制成功,引入了多基線的思想來消除2π混疊效應(yīng),從而獲得準(zhǔn)確的仰角信息,但卻帶來了天線陣占地面積大、增益減小等方面的弊端,同時(shí)也不適用于傳統(tǒng)的高頻雷達(dá)。而AgileDARN雷達(dá)全數(shù)字相控陣技術(shù)為平衡各方面因素且能夠準(zhǔn)確獲知仰角信息提供了可能。本文的目的就是研究設(shè)計(jì)基于AgileDARN雷達(dá)系統(tǒng)的仰角測(cè)量系統(tǒng):研究分析仰角測(cè)量算法原理和搭建系統(tǒng)FPGA軟件平臺(tái),為后續(xù)的AgileDARN雷達(dá)項(xiàng)目工作奠定基礎(chǔ)。本文完成的主要工作如下:(1)調(diào)研國內(nèi)外SuperDARN雷達(dá)發(fā)展?fàn)顩r,分析國際上最為常用的仰角測(cè)量技術(shù):單基線測(cè)量技術(shù)的算法原理和雙輔陣測(cè)量技術(shù)的算法原理。同時(shí)對(duì)算法的影響因素、精度、優(yōu)劣進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究。(2)對(duì)AgileDARN雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行深入的了解和分析,尤其掌握數(shù)字化相控陣技術(shù)�；贏gileDARN雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)仰角測(cè)量算法,并作出測(cè)量算法的精度分析,最后給出算法模型。(3)基于AgileDARN雷達(dá)仰角測(cè)量算法的設(shè)計(jì)需求,詳細(xì)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)雷達(dá)數(shù)字系統(tǒng)的FPGA軟件平臺(tái),并通ISim和Modelsim仿真軟件進(jìn)行了各模塊的邏輯功能驗(yàn)證。同時(shí)在此平臺(tái)上開發(fā)多基線數(shù)據(jù)獲取的FPGA軟件程序,獲得封裝后的完整軟件平臺(tái)。(4)在MATLAB中搭建算法模型,驗(yàn)證算法的有效性,并編寫“高頻雷達(dá)仰角測(cè)量儀”軟件以備使用;本文通過雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)FPGA軟件平臺(tái)進(jìn)行功能驗(yàn)證,生成雷達(dá)發(fā)射時(shí)序并將采集回波上傳到上位機(jī)。雷達(dá)數(shù)字系統(tǒng)的整個(gè)工作鏈路得到驗(yàn)證,為后續(xù)的工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
[Abstract]:The ionosphere is that the space environment from the surface of more than 60 kilometers, is the largest area of human activity. With the progress of science and technology, more and more research activities by the ionospheric effects. Therefore ionosphere detection is a key problem in the field of scientific research, especially in the high latitude ionosphere. From the beginning in the middle of 80s, international high frequency radar in the high latitude ionosphere continue to grow, and the establishment of the international super Gemini auroral radar observation network Super Dual, Auroral Radar Network, referred to as the SuperDARN.SuperDARN radar network because of its wide geographical coverage and high precision continuous measurement has become an important tool to study the ionospheric observations of ionospheric activities. High latitude Chinese I our exploration activities started relatively late, the Zhongshan Railway Station was built in 2010 to join the international SuperDARN high frequency radar Radar network, and has made a significant breakthrough in some columns. In order to meet the need of the detection within the territory of China in the high latitude ionosphere, in support of the meridian project phase two, China Academy of Sciences and the National Space Science Center developed a sensitivity of dual auroral HF radar, using digital technology to achieve phased array radar beam scanning in any field within the scope of the breakthrough of the traditional SuperDARN radar fixed beam, and the limitation of fixed beam separation. That can determine the altitude and azimuth of target pitch angle information, which is to detect the ionospheric irregularities and the essential parameters for flow. In the world, get the pitch angle information is the key point in the research work of an ionospheric sounding important and difficult. The international SuperDARN radar adopts single baseline measurement algorithm and other mature model with elevation information obtained, but always with 2 pi Aliasing effect. The successful development of a new generation of TIGER-3 radar, the introduction of multi baseline thought 2 pi to eliminate the aliasing effect, so as to obtain accurate elevation information, but brought the antenna array area, and other aspects of the drawbacks of gain reduction, high frequency radar also does not apply to the traditional AgileDARN radar. Full digital phased array technology for all aspects of balance and can provide the accurate estimate of elevation information. The purpose of this paper is to research and design based on the elevation measurement system of AgileDARN radar system: research and analysis of elevation measurement algorithm principle and build system FPGA software platform for AgileDARN radar project follow-up to lay the foundation. The main work is as follows: (1) the development status of domestic and foreign SuperDARN radar, analysis of the most commonly used algorithm: elevation measurement principle of single baseline measurement technology and two auxiliary array test The principle of the algorithm. At the same time, the accuracy of measurement technology on algorithm factors, advantages and disadvantages are analyzed and studied in detail. (2) in-depth understanding and analysis of the AgileDARN radar system, especially digital technology. The design master phased array radar system AgileDARN elevation measurement method based on the analysis, and make the measurement accuracy of the algorithm, the algorithm is given model. (3) the design requirement of AgileDARN radar elevation measurement algorithm based on FPGA software platform, and the realization of radar digital system design in detail, and the logic function of each module verified through ISim and Modelsim simulation software. At the same time on this platform to develop the multi baseline data acquisition FPGA software program, complete software platform after packaging.. (4) to build the model in MATLAB algorithm, verify the effectiveness of the algorithm, and the preparation of "high frequency radar elevation measurement software for the use of the radar test; The system performs functional verification on the FPGA software platform, generates radar launch timing and uploads the echo to the host computer. The whole working link of the radar digital system is verified, which lays a solid foundation for subsequent work.

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN958

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本文編號(hào)：1382570