机载相控阵天气雷达谱参数测量的系统误差分析及订正研究

Airborne phased array radar has high maneuverability, fast and flexible scanning and other features. It plays important role in building the future network of spaecborne, airborne ,and ground-based weather radar,however, since the solid-state phased array transmitter system in the machine airborne radar application has just started, its detection capability and accuracy still needs further study. This topic is based on echo simulation and experimental data processing, It distinguish between ground weather radar, ground phased array radar, airborne weather radar mechanical scanning measurement accuracy in terms of the spectra measurement. Airborne phased array radar spectral parameters estimation error sources and characteristics are revealed .A comprehensive analysis of phased array, solid-state transmitter with pulse compression, the measurement of the moving platform, ground clutter and other factors is carried out in terms of uncertainty and errors. The establishment of an simulated echoes is considered to reveal error limititation and influence and establish the error correction. On the basis of the revised methodology, experimental data processing and assessment are conducted. Airborne phased array radar spectrum Spectral parameter measurement accuracy is finally improved.

机载相控阵天气雷达具有高机动性、快速灵活扫描等特征，是未来构建地基-空基-天基一体化的雷达探测网的重要组成，然而国内外对于相控阵固态发射体制在机载雷达中应用刚刚起步，其探测能力及准确性还待深入研究。本课题通过回波模拟与实验数据处理，区分与地基天气雷达、地基相控阵天气雷达、机载机械扫描天气雷达在谱测量准确性方面的差异性，揭示机载相控阵天气雷达谱参数估计的误差来源及特征，综合分析相控阵、固态发射与脉冲压缩、动平台、地杂波等因素引入的测量不确性，并与散射、衰减、接收等过程里天气雷达共有误差源一同考虑，建立模拟回波，揭示误差极限及影响，建立误差可订正量的数理关系，在此基础上提出订正方法，并开展实验数据处理及评估，最终形成可提高机载相控阵天气雷达谱参数测量准确性的谱订正方法。

项目背景及研究内容.我国气象灾害的种类繁多、强度大、频率较高，给人民的生命财产安全带来了严重威胁，同时也给国家和社会造成巨大损失。在我国主要灾害性天气主要包括台风、暴雨、干旱及突发性的恶劣天气等。对这些天气系统实施地基-空基-天基一体化的探测是世界气象探测技术发展趋势。.机载天气雷达由于其快速高机动性特点，适合对登陆台风的进行早期探测、冰雹和龙卷的连续跟踪探测，以及对云过程的精细化探测等。机载天气雷达在欧美等发达国家已应用到大气和环境探测研究之中，而我国在空基上运用雷达这类主动遥感气象探测技术起步较晚。.相控阵雷达不同于机械扫描雷达，相控阵雷达的天线通过改变天线阵列中各馈源发射的信号相位关系从而达到改变波束的指向的目的，进而实现波束扫描，一般可在几微秒内实现雷达波束形成和波束扫描位置变换。这种快速扫描能力适合探测雷暴快速演变的内部结构。机载天气雷达使用相控阵天线可将飞机平台的高机动性以及雷达探测高时效性很好地结合在一起，从而可以在飞行中对需要探测的区域完成快速的高密度的扫描，获取天气的精细结构。.机载相控阵雷达的气象探测技术研究在国内外气象探测领域里都还算是刚刚起步，这其中还存在较多问题。不同于地基机械抛物面天气雷达，机载相控阵天气雷达存在着波束宽度随波位远离阵面法线而展宽、脉冲压缩过程引起的适配及旁瓣泄露、飞行因素产生的纵横摇、大地相对速度的多普勒效应、快速扫描引起有效样本数减少等一些新问题，对于基本反射率因子、速度及速度谱宽参量中除开包含地基雷达相似误差因素外，还引入了新的误差，且不能忽略。通过气象探测需求倒逼雷达谱参数（反射率、径向速度）测量误差需求，则需要明确谱参数探测精度要求、误差来源与极限影响、定量的误差关系与订正方法。因而，本课题在理论分析与实验数据处理相结合的方式提出开展机载相控阵天气雷达谱参数测量误差分析及订正研究。.取得以下研究结果：.（1）机载X波段探雨雷达在前视观测条件下，观测层性、对流性与混合性三种基本类型的降水所适合扫描方式及谱测量误差；.（2）具体扫描方式下，影响气象观测数据质量的地杂波谱特性分析与建模；.（3）特定模式下机载气象雷达主瓣地杂波的抑制方法设计与比对；.（4）固态发射体制下，低距离副瓣LFM的方法以及组合扫描方式设计。