黄芳, 陈洪滨, 王振会[1]2003年在《37GHz和94GHz的大气微波衰减比较分析》文中提出毫米波更接近云粒子的尺度,因此毫米波及短厘米波段雷达已被应用于云层的探测,美国与加拿大的云卫星计划(CloudSat)将要上3mm云雷达(CPR),如何与已在天上的TRMM/PR结合,获得从薄云到浓厚云的垂直结构信息,是一个值得关注的课题。但是,毫米波云雷达探测,必须考虑的问题之一是大气衰减订正。主要比较分析了在37GHz和94GHz大气的衰减特性,目的是对星载94GHz云雷达进行大气的衰减订正。计算分析了在不同云、大气条件下37GHz和94GHz的大气衰减,得出如下结论:1大气气体的微波吸收在测云波段产生明显的衰减,其中水汽衰减效应变化很大;即将上天的空间94GHz测云雷达必须有水汽衰减订正方案。237GHz和94GHz雷达测云,由于大气和云衰减不同和雷达反射率的很大差异,导致雷达回波信号强弱不同。3对云层较薄、含水量较少的云,在不计雷达参数的情况下,37GHz雷达回波信号不如94GHz测云雷达,也就是说94GHz对薄云有更强的探测能力;对云层较厚、含水量大的云,由于强衰减的作用,94GHz雷达回波信号小于37GHz雷达。4从大气衰减的不利因素方面考虑,空间94GHz雷达测高层薄云的效果最好;测低层薄云时需要考虑气体衰减订正;因浓厚云的强衰减作用,探测其中下部的能力大大减弱,不仅要进行衰减订正,而且要借助其它信息来反演整个云层的
黄芳[2]2003年在《37GHz和94GHz的大气微波衰减计算分析》文中研究指明毫米波更接近云粒子的尺度，因此毫米波及短厘米波段雷达已被应用于云层的探测，地基37GHz和94GHz(多普勒)雷达已成为探测云垂直结构的主要工具。美国与加拿大的云卫星计划(CloudSat)将要上3毫米云雷达(CPR)，如何与已在天上的TRMM/PR结合，获得从薄云到浓厚云的垂直结构信息，是一个值得关注的课题。但是，毫米波云雷达探测，必须考虑的问题之一是大气衰减订正。本工作主要比较分析在37GHz和94GHz大气的衰减特性，计算分析了在不同云、大气条件下37和94GHz的大气衰减，目的是对星载94GHz云雷达进行大气的衰减订正。 本工作中采用大气对微波衰减的Liebe算法计算了多种模式大气中94GHz和37GHz衰减(吸收)，用Rayleigh散射近似计算云对微波的衰减。对空间测云雷达，讨论了37GHz和94GHz这两个频率的雷达反射率η和衰减系数随云液水含量的变化；计算了不同高度的单层云在不同频率，不同含水量情况下的云层透过率τ_γ；定义A=ητ_γ来综合考虑雷达反射率和透过率对空间测云雷达回波的影响，分析比较了云含水量高、中、低时37GHz和94GHz的A值大小。 本工作得出如下结论：(1)大气气体的微波吸收在测云波段产生明显的衰减，其中水汽衰减效应变化很大；即将上天的空间94GHz测云雷达必须有水汽衰减订正方案；(2)37GHz和94GHz雷达测云，由于大气和云衰减不同和雷达反射率的很大差异，导致雷达回波信号强弱不同；(3)对云层较薄、含水量较少的云，在不计雷达参数的情况下，37GHz雷达回波信号不如94GHz测云雷达，也就是说94GHz对薄云有更强的探测能力；对云层较厚、含水量大的云，由于强衰减的作用，94GHz雷达回波信号小于37GHz雷达；(4)从大气衰减的不利因素方面考虑，空间94GHz雷达测高层薄云的效果最好；测低层薄云时需要考虑气体衰减订正；因浓厚云的强衰减作用，探测其中下部的能力大大减弱，不仅要进行衰减订正，而且要借助其他信息来反演整个云层的含水量垂直分布；（5）为了获得从极薄到极浓厚云的垂直分布探测能力，未来测云雷达系统最好采用双波长甚至叁波长（如94、37和13GHz）。
汪洁[3]2017年在《THz波大气传输衰减特性研究》文中研究指明近年来,随着微波毫米波技术的发展和应用,低频段的频率利用率越来越高,频率复用程度也越来越严重,低频段频率资源越发紧张。因而,科研人员开始关注更高频率电磁波的应用和研究,其代表是太赫兹波段电磁波(THz波)[1-5]。然而,在太赫兹以及更高频率电磁波应用中,电磁波在大气中传输特性是电磁波频段选择和设备参数分配的重要理论和应用依据。因此,开展太赫兹波大气传输衰减特性研究具有较高的理论和应用价值。本文主要研究了氧气、水蒸气、雾、沙尘对太赫兹波的传输特性的影响,主要内容和结果如下:基于MPM93模型,研究大气氧气、水蒸气分子的连续吸收和谱吸收特性,分析了水平、倾斜、垂直路径的两点之间的太赫兹波的衰减。结果表明:大气中水蒸气对于太赫兹波的衰减作用远大于氧气;由于底层大气的气密度较大,在不同传输路径上底层大气对太赫兹波传输衰减作用大于中高层大气的衰减作用。研究分析复杂气象条件下的雾、沙尘对太赫兹波的吸收情况。得到了雾的能见度与太赫兹波的传输衰减关系。分析了不同种类沙尘在400GHz以下的太赫兹波传输衰减。基于MATLAB软件平台,研发了面向用户的可视化太赫兹波传输衰减计算软件。设计了可模拟不同湿度和云雾气象条件的实验系统,进行了 90-106GHz传输衰减实验。结果表明在94GHz窗口内的衰减较小,符合理论计算结果。
吴琼[4]2010年在《风云叁号星载降水测量雷达最佳频段组合仿真研究》文中研究指明台风降水主要发生在海上,常规观测通常难以对其进行准确测量,因此,卫星遥感在监测台风降水方面具有很大的优势。星载降水测量雷达是探测全球降水分布的有效手段,它能够克服光学和被动微波遥感仪器的缺点,直接测量降水的叁维结构。为了实现对台风、暴雨等灾害性天气的有效监测,从而满足台风降水业务监测预警的需求,起到防灾减灾的目的,我国准备在新一代极轨气象卫星风云叁号(02批)系列卫星上装载降水测量雷达,配合其他光学和被动微波遥感仪器进行全球降水叁维观测。本文旨在通过仿真研究,在仪器预研阶段对不同频点探测台风降水的能力开展敏感性试验,为风云叁号星载降水测量雷达最佳频段组合的设计提供参考。本研究中,降水的雷达回波仿真借助科罗拉多州立大学的雷达回波仿真软件Quickbeam实现。为了检验该模拟软件的模拟能力,在模式模拟台风和TRMM-PR实测台风时间匹配的基础上,对比了模拟的雷达反射率因子和实测的雷达反射率因子。研究结果表明,Quickbeam雷达模拟软件具有较强的模拟能力,适合作为本文的基础模拟软件。在不同频点对降水的探测敏感性试验研究方面,利用GCE模式中输出的飓风BOB的大气廓线和水凝物廓线作为Quickbeam的输入,模拟生成了雷达反射率因子、水凝物衰减等,构建基础数据集,从而展开正演模拟分析。5,10,14,35和94GHz五个频点探测近地面层降水的动态范围以及雷达回波衰减分析表明:频点越高,所能探测近地面层降水的动态范围越窄,且受到水凝物粒子的衰减越明显。因此,在频段选择中,必须选择一个较低的雷达频点以满足动态范围的要求。在考虑衰减的情况下,94GHz的高频因为衰减严重,不宜作为强降水的探测频点。通过不同频点对降水的探测能力以及对雨水粒子扰动的敏感性分析结果可以发现,高频对弱降水探测的敏感性比较高,能弥补低频在弱降水区域受到敏感性限制的缺点。因此,风云叁号星载降水测量雷达选择双频比较合适。综合天线硬件条件以及星载降水雷达的频率配置要求,本文给出了我国星载双频降水测量雷达的最佳频段组合应该选择位于13.4-14GHz的Ku波段和35.5-35.6GHz之间的Ka波段的结论,Ku波段有利于探测强降水,Ka波段有利用探测弱降水,两者结合形成双频,可以改善降水反演的精度,而且两个雷达频点之间具有足够的差异,也便于使用双频的降水反演算法。本论文利用云模式模拟的台风资料,通过雷达回波仿真软件模拟了五个频点对台风降水的探测能力,展示了不同频点对台风降水探测的优劣。希望本论文的研究结果可以为我国星载降水测量雷达最佳频段组合的选取提供基础依据,同时为研究降水反演算法提供帮助。
范艺[5]2016年在《地基气象辐射仪数据质量分析及应用研究》文中认为目前,国际上对于空中温湿要素的获取仍采用气球探空手段进行,受探空站间距以及探测时间限制,资料在时空连续性上存在很大的缺陷,特别是在面对突发性强,生命期短的强对流天气时,该资料参考价值会大大降低。而微波辐射仪具备连续探测的优势,其探测的温湿资料具有高时空密度的特点,可以作为气球探空的有效补充,在提高灾害性天气的监测效果和预警能力上都有重要作用。但是受辐射传输影响,使用地域不同,厂家工艺以及型号差异等问题,导致微波辐射仪数据质量存疑,使其在气象业务工作中的应用受到限制。因此对微波辐射仪数据的可靠性和可用性进行全面的研究,从辐射原理出发探究数据误差产生原由,并在此基础上探索适用于微波辐射仪资料的质量控制方法,是十分必要和重要的研究工作,对充分发挥其连续性优势,服务于气象业务和科学研究,具有重要的现实意义。本文首先以同址气球探空资料为基准,使用时间同步和高度同步的方法对2014年7-11月北京地区和2015年4-6月海南地区HTG3型微波辐射仪温湿资料进行了定量对比分析,得到不同地域、不同季节、不同时次和不同天气背景下微波辐射仪温度、露点、水汽密度及相对湿度的误差分布规律。紧接着为了解微波辐射仪与气球探空探测数据偏差原由,采用Liebe模式作为根据大气温度、气压和水汽层结分布以及云雨等大气信息来推算大气体积衰减系数及亮度温度的正演模型,运用MTLAB进行仿真计算,分析了晴空、云雾天和雨天的大气辐射传输特征。随后根据定量对比分析得出的辐射仪温湿数据偏差分布规律与辐射传输特性的研究结果,以海南地区数据为例,将获取资料按天气背景分类,构建不同天气背景下微波辐射仪各气象要素的BP神经网络偏差修订模型,实现微波辐射仪数据的自我修正。研究结果表明:经修订后各气象要素(除雨天外)与气球探空的相关系数提升,平均偏差减小明显,其中露点偏差由约3℃减小至1℃以内;水汽密度偏差由1g/m3左右降至低于0.26g/m3;相对湿度偏差由约17%下降至3%以内;受资料时长的限制,建立模型中雨天的各气象要素偏差修订模型因训练的样本过少,使得雨天模型适用性不高,修订效果未能达到最佳,但随着用例的增加,这种现象将会得到改善。最后进行了微波辐射仪通道亮温的合理性检测和添加云信息的反演算法改进两方面研究,可为辐射仪生产厂家在仪器观测期间的数据质量控制和软件改进方面提供科学建议。本文使用同址、同时次的独立来源气球探空资料通过辐射传输方程和Liebe模式模拟计算的亮温,经校正系统误差后,很好地实现了微波辐射仪探测亮温的一致性和连续性的检测,计算结果表明这种检验通道工作状态的方法适用于微波辐射仪水汽、氧气各通道。本文在辐射仪反演温湿垂直廓线的过程中添加入毫米波云雷达所测的云底高度、云层厚度信息,以2015年9-11月云南地区同址气球探空资料为参照,比对未添加云信息的辐射仪数据发现:整体上,添加云信息后温度、相对湿度的相关系数分别由0.997升至0.998、0.838增至0.946,平均偏差分别有由0.96℃减至0.76℃、14.14%降至7.08%;各高度层上添加云信息的温度、相对湿度的相关系数均大于未添加云信息,平均偏差均小于未添加云信息;不同云层状况下添加云信息后温度和相对湿度数据质量均较未添加云信息反演资料有明显提升,尤其是相对湿度改善显着。
李茜茜[6]2017年在《毫米波在大气中的传播损耗及对5G通信的影响》文中研究表明对流层传播问题是科学规划和设计地空通信系统的必要因素,为了使5G通信系统可靠地工作,必须首要分析毫米波在对流层大气中传播路径上所有因素的影响。传播预测是保证系统在恶劣气象条件下通信的重要保障,所以在研究毫米波在对流层中的传播时,必须首先深入研究对流层传播的环境,才能为通信系统的设计提供参考,从而采取有效的预防措施以保证通信系统能够正常高效地运行。本文首先研究了毫米波在对流层大气中地传播,分析了氧分子和水分子的吸收作用、云雾和降雨对其衰减作用以及闪烁的影响,根据提供的预报模型进行了衰减量的预测,然后提出了复合衰减模型,并结合在5G通信条件下的路径损耗模型,计算了视距和非视距情况下的总衰减,最后计算了5G通信情况下系统的容量和误码率。主要研究成果包括:1.基于ITU建议书,运用简单近似法和逐线累加法,针对更宽的频率范围计算其在大气环境中的传播损耗,其中包括大气的特征衰减、天顶衰减和高低仰角情况下的倾斜路径衰减。经过计算,发现大气的气体吸收作用有很强的选择性。还分析了压强、温度和水汽密度对大气气体衰减影响的程度,发现压强、温度和水汽密度都是影响大气衰减的因素,其中水汽密度的影响最大。2.基于ITU建议书,用瑞利近似法计算了毫米波在云雾中的特征衰减,并对云雾沿倾斜路径的衰减及衰减量的预测进行计算分析并加以补充。考虑到降雨强度的影响,计算了降雨条件下毫米波的降雨特征衰减、高低仰角情况下的倾斜路径衰减和衰减量的预测。经过分析云的液态水密度和降雨率的大小对衰减的影响发现,在高频率时,降雨量的大小对衰减的影响最大。3.基于ITU建议书考虑到了湿度和温度引起折射率变化,导致毫米波在大气中传播时出现闪烁衰减。介绍和对比了ITU、Karasawa和Vande Kamp叁种闪烁模型,分析了各因素对闪烁衰减的影响,并对ITU闪烁衰减模型进行了补充,并将计算的频率提升到1000GHz,对闪烁衰减量作出了预测。通过计算发现,对于低频甚至高达1000GHz的毫米波的闪烁衰减值很小,在实际通信中几乎可以忽略不计。4.考虑多源大气效应引起的复合衰减,提出了复合特征衰减模型以及随超过时间百分比变化的复合衰减量的预测。并结合5G通信特点,介绍了修正的FS、SUI、CI、FI和Dual-slop模型,最后提出了考虑气象因素的情况下城区的总路径损耗模型,并计算了数字通信系统的容量和误码率。结果表明视距和非视距衰减都和频率、天线高度和路径长度及路径选择有关,其中路径损耗指数的影响最大,Dual-slop模型的计算结果比较符合实际测量数据。5G通信系统的容量很大,调制的进制数对5G的通信影响比较大,可根据具体情况进行选择。
弓树宏[7]2008年在《电磁波在对流层中传输与散射若干问题研究》文中研究表明电磁波在对流层晴空大气及降雨、降雪、沙尘等气象环境中的传输效应对无线电电子系统有重要的影响,电磁波在对流层中的传播与散射特性研究,是一项既取得了一定的理论和实验成果同时也面临着新挑战的课题。随着无线电电子技术的发展,电波传播工作者开始考虑一些新问题,例如:未来的通信频段和对信号的传输质量要求将会不断提高,那么电磁波在对流层中传输、散射效应的计算及预报模型的精度能否适应新频段、新技术和新精度的要求;空间环境控制和人工改变技术是空间环境军用和民用的重要方面,能否通过某种人为干预手段,改善无线电电子系统通信效果,拓展其在军事、民用等方面的应用,开发新的通信技术;如何结合随机介质中的波传播理论,研究和评估信号在对流层中的传输、散射效应对新的通信技术的影响机理及影响程度,如何对抗这些影响。所以,研究电磁波在对流层中的传输、散射特性,对提高无线电电子系统的性能和发展无线通信技术有重要的理论意义和实用价值,本文就电磁波在对流层中的传输、散射的若干问题展开研究,主要工作及研究成果如下:研究了声波干扰改变晴空大气折射指数起伏特性的机理,推导出了大气折射指数起伏特性与声波参数的关系,得到了声波干扰下单位体积散射截面的计算公式,且做出计算、仿真和讨论。结合降雨、沙尘等离散随机介质的介电特性研究状况,分析了部分现有模型的特点,提出一个改进的计算离散随机介质等效介电常数的计算模型,以降雨环境为例进行了计算、仿真和讨论,并且对模型进行了分析和评估。利用本文得到的等效介电常数计算模型,提出了修正计算雨致特征衰减的ITU-R模型中参数的方法,该方法可以结合特定地区降雨的物理特征,更精确地考虑雨致特征衰减ITU-R计算模型参数受雨滴尺寸、分布和温度等影响,提高对雨衰的计算精度。以Weibull谱为例做了计算、仿真和分析,得出了Weibull谱分布情况下,对ITU-R模型参数的修正结果,利用修正结果计算了雨致特征衰减,并且与实测结果做了比较。拓展了现有文献中利用非一分钟降雨率预报雨衰的建模方法,提出了利用10分钟累积降雨率预报降雨衰减的建模方法。以我国部分地区的10分钟降雨率测量结果和鑫诺I号等卫星参数及雨衰测量结果为例,建立了利用10分钟降雨率预报雨衰的模型,对模型做出评价和分析。分析了降雨和雨衰时间序列的特点,以雨衰时间序列为基础,建立了预报雨衰短期、实时、动态特性的ARIMA预报模型。利用实验测量的雨衰时间序列的频谱特性,对文中预报模型得到的降雨衰减实时、动态序列进行了检验,并且对本文得到的模型进行了评估和分析。以圆柱目标和降雨环境为例研究了随机离散介质环境中目标的信杂比,研究结果表明,信杂比最优化与收、发天线极化状态密切相关,而且雨滴粒子的形状对最优信杂比对应的极化状态影响明显,所以实际应用中需要根据降雨环境物理特征,计算目标回波信号信杂比与收发天线极化状态关系,以便及时调整天线最佳极化状态,使得接收信号信杂比最优化。本文的讨论方法对沙尘和降雪等环境也适用。分析了多径传输环境下接收端信号特点,以及研究接收信号包络概率密度函数的必要性。用随机介质中的波传播理论,研究、分析了降雨、降雪等恶劣气象环境对多径信道包络概率密度的影响机理,分析了在降雨、降雪等环境中多径传输模式可能发生的变化。以降雨环境和全向天线为例仿真、计算了降雨对多径信道包络概率密度的影响。对本文的仿真结果做出了分析,结果表明本文处理问题的方法和研究结果,对于高增益、窄波束天线情况也适用。研究了对流层大气及其中沉降粒子对通信系统噪声的影响机理及重要性。以本文研究结果为基础,仿真了ITU推荐各雨区的降雨特征衰减的年时间统计分布,利用本文得到的雨衰预报模型,以鑫诺I号等卫星参数为例,仿真了我国部分地区降雨导致的噪声温度年时间百分比分布,以及由于降雨影响导致系统G/T下降的年时间百分比分布。研究结果表明,降雨对噪声温度的贡献不可忽略,在具体的通信系统需要结合特定地区降雨、降雪等气象环境的物理特征,精确分析衰减和散射特性,评估它们对系统噪声的影响。探讨了恶劣气象环境如何影响MIMO系统,分析了降雨、降雪等对流层气象环境可能对MIMO系统的影响。从理论角度探讨了降雨、降雪等对流层气象环境对MIMO系统信道容量的影响,以降雨环境和特定的天线结构为例,仿真了降雨衰减对MIMO系统信道容量的影响,结果表明降雨衰减对MIMO系统信道容量的影响明显。因此,对MIMO通信系统的设计过程中有必要考虑对流层气象环境的影响因素。研究了声波干扰下对流层散射通信系统的散射损耗,将声波干扰下的散射损耗与没有声波干扰情况下散射损耗进行了对比,并且对研究结果做出分析、讨论。研究结果表明,声波干扰可以有效减小对流层散射通信散射损耗,声波干扰可以有效改善散射通信系统的性能和稳定性,声波干扰对流层对扩大散射通信系统应用领域可望有广阔的应用前景。
林琳[8]2016年在《非大气窗口毫米波传播特性及近程探测技术研究》文中认为在复杂的战场背景环境中,现有毫米波引信系统存在抗干扰能力不足的问题,单一模式和常规频段的探测器已经不能满足军事作战任务。为提高探测性能,必须开拓新的频段和多模式复合的毫米波系统。非大气窗口频段毫米波的大气衰减十分严重,难以适应远距离通信、远距离雷达探测等系统的要求,而毫米波引信的作用距离仅为几米到几百米,探测系统性能受传播衰减的影响较小,此外,非大气窗口毫米波系统对于敌方的侦查和干扰具有十分优越的对抗能力。因此将非大气窗口作为毫米波引信工作频段具有十分广阔的应用前景。本文重点研究非大气窗口频段毫米波的传播特性。根据ITU-R给出的传播衰减模型,对毫米波在晴朗天气条件下的大气吸收、散射和折射效应进行了计算,结果表明大气吸收对毫米波传播过程的衰减起主要作用,且毫米波在60GHz、118.8GHz和183GHz处出现吸收峰。同时分析了降雨和雾霾天气对毫米波传播过程的影响,在两种天气条件下建立了衰减模型并进行了仿真计算,由计算结果可以看出在降雨条件下毫米波的传播衰减剧烈,而在雾霾中的毫米波衰减很小,表明毫米波具有较强的穿透雾霾的能力,而穿透雨的能力较差。基于传播特性分析,理论计算传播衰减对非大气窗口探测系统作用距离的影响。进一步探究工作在60GHz和118.8GHz非大气窗口频段毫米波系统的反侦察特性和抗有源干扰特性。用35GHz大气窗口频段毫米波探测系统的工作性能作仿真对比分析。分析结果在理论上验证了非大气窗口频段应用于近程毫米波引信的可行性。在可行性验证的基础上,本文对60GHz非大气窗口频段FMCW主动探测系统进行了方案论证和信号处理部分的设计。首先说明了FMCW主动测距的原理。然后在时域上和频域上对差频信号进行了分析,并讨论了系统参数选择的原则。其次基于FPGA对60GHz毫米波主动探测系统的信号处理部分进行了软件和硬件设计。最后对以上的系统设计和实现并进行了实验验证,实验结果表明60GHz非大气窗口毫米波系统的测距范围达到120m以上,且测距误差小于5%,满足系统测距要求。非大气窗口频段的传输特性理论分析、建模仿真以及主动探测系统设计和实验验证为该频段应用于近程探测和毫米波引信提供了理论和数据支撑。
荆亚萍[9]2016年在《基于79GHz频带车载雷达传播特性的研究》文中研究表明随着智能交通系统在全球的广泛应用,作为提高道路交通安全性的重要组成部分,车载雷达受到各大汽车厂商和众多学者的广泛关注。为了提高车辆驾驶安全性,先进的汽车安全技术中涉及了主动安全和被动安全技术,而车载雷达作为汽车主动安全技术的重要组成部分,能对危险进行及时的预报,进而提高道路交通安全性。因此,对于能提高汽车安全主动性的车载雷达的研究具有实际意义。79GHz频段的车载雷达具有装置尺寸小、可靠性高、空间分辨率高等优势。现阶段对于79GHz频段的研究多集中在对79GHz的收发系统的硬件研究中,而对于该频段本身特性的研究则相对较少。由于该频段的车载雷达容易受到多种环境因素的影响,且作为雷达使用需要其能全天候工作,因此研究79GHz波段的大气环境传播特性以及车辆运动过程中该频段雷达的传播特性对进一步开发利用该频带具有重要意义。本文首先简要的介绍了79GHz车载雷达以及该频段毫米波大气环境衰减的国内外研究现状,并针对目前79GHz毫米波传播特性研究相对较少这一问题,分析了79GHz频带受到降水(雾气、降雨、降雪)因素的影响。重点讨论降雨对79GHz频带的衰减作用,通过研究国际电信联盟(ITU,International Telecommunication Union)的相关建议,阐述降雨衰减中等效路径长度、单位距离降雨衰减等概念,对比该频带在不同的降雨强度、不同的距离及对应的极化程度中的衰减作用。同时,研究了不同的雾气浓度,降雪强度条件下的该频段衰减,得出79GHz毫米波的主要衰减因素,并且通过仿真分析该频段在上述天气条件中的传播特性。进一步研究当79GHz频带作为车载雷达使用时,雷达性能(雷达的方程、雷达的检测概率)受到不同天气条件的影响。介绍雷达的组成以及工作原理,着重讨论了雷达的方程、检测概率的计算方式,重点分析降水因素对雷达性能产生的影响。仿真得到了79GHz车载雷达在不同天气条件下(晴朗天气、不同降雨量、不同降雪量),雷达的最大能检测距离以及检测概率变化情况。最后基于一种V2V(Vehicle-to-Vehicle)通信的地面几何链路模型,分析了79GHz受到的多普勒效应影响、信号传输过程中的路径损耗,并对该频段的多径效应进行了研究。仿真分析了多普勒效应以及多径效应对雷达检测概率的影响。结果表明,在79GHz频段处于不同天气条件中时,受到降雨的影响最大,同时,在该频段作为雷达使用时,降雨对雷达的检测性能的影响最大。该研究对于开发和利用79GHz频带,并为该频带进一步应用于智能交通系统提供了理论根据。
廖明亮[10]2016年在《V波段曲折波导行波管及新结构的研究》文中研究说明V波段是一个重要的大气衰减窗口。V波段行波管作为放大器件近年来在近距离保密通信、卫星通信和卫星对抗领域得到了世界范围内的广泛研究。相对于欧美、日本等国,我国对该频段的开发利用相对滞后。目前,国内已有20W量级采用螺旋线慢波结构的V波段行波管处于样管研制阶段,但是当频率上升到该频段后,螺旋线横向尺寸变得很小,线径很细,加工装配困难,功率容量急剧下降,散热不易,可靠性及环境适应性方面都存在诸多困难。所以,研究其他类型慢波结构的行波管以满足我国在该频段的应用需求显得极为迫切。慢波结构作为行波管的核心部件,是电子注与电磁波进行互作用并完成能量交换的通道,其性能直接决定了行波管的技术水平。本文从几种全金属、结构简单的慢波结构出发,重点介绍了开放式矩形栅波导和曲折波导,通过对比,结合实用性、可实现性、研制基础及技术积累,选择了曲折波导行波管及其新结构作为研究内容。曲折波导具有功率容量大、带宽较宽、机械强度高、结构易加工、可复制性强、散热性好等优点,且适合进行频率缩尺设计,工作频段可跨越厘米波直至太赫兹的多个波段,可作为一种大功率、宽带小型化的辐射源,应用于通信(含卫星)、电子对抗、雷达、制导、遥感探测等众多领域。本文在理论研究的基础上成功设计并制造加工出V波段曲折波导行波管,完成了实验研究,进行了小信号下的高频特性测试和大信号下的输出功率、带宽等测试;为了将行波管总效率提升到10%以上,设计加工了叁级降压收集极并完成了整管装配;为了获得更高性能,设计了叁种极具实用价值的新型曲折波导慢波结构并进行了小信号和大信号研究,可为后续改进型的V波段曲折波导行波管加工制造提供理论支撑。与常规结构相比,几种新结构在维持带宽的同时能显着提升输出功率。本论文的主要研究内容和成果总结如下:1.在理论研究的基础上完成设计并成功制造出V波段曲折波导行波管,进行了“冷测”和“热测”实验研究,在V波段获得了国内领先的5GHz带宽及大于30W的输出功率。2.为了将行波管总效率提升到10%以上,设计加工了叁级降压收集极并完成了整管装配,克服了10kV以上高电压、小体积、多收集极绝缘及散热问题,结合软件仿真及行波管制造经验公式计算,总效率可达到12.9%。3.为了提高输出功率,提出并设计了一种直角槽加载新型曲折波导行波管慢波结构,经高频特性和大信号注-波互作用特性研究发现,与常规结构相比,新结构不仅将整个5GHz带宽内的功率提高了30%,而且将行波管慢波结构长度降低了20%,单位长度增益更高。经计算,改进能量输出结构材料后可在V波段5GHz的带宽范围内获得大于50W的输出功率,满足宽带大功率应用的需求。4.为了降低工作电压,增加实用性和可靠性,同时简化结构以便加工,提出并设计了一种10.5kV工作电压的外矩形槽加载曲折波导行波管慢波结构,研究发现,与常规结构相比,新结构输出功率更高,可获得大于30W的功率及5GHz带宽,满足低电压宽带应用的需求。5.为了进一步提高曲折波导行波管的输出功率,提出并设计了一种内矩形槽加载曲折波导行波管慢波结构。经小信号仿真发现,新结构的耦合阻抗在工作频段高端不再下降,反而进入上升趋势,这一反常特性显着改善了常规结构中由于频率上升,耦合阻抗快速下降引起的互作用效率降低问题。经大信号仿真发现,该结构可在V波段4GHz的带宽内达到70W输出功率,5GHz的带宽范围内达到大于50W输出功率。同时由于增益增加,慢波电路长度可比常规结构减少1/3,满足大功率小型化的应用需求。
参考文献：
[1]. 37GHz和94GHz的大气微波衰减比较分析[J]. 黄芳, 陈洪滨, 王振会. 遥感技术与应用. 2003
[2]. 37GHz和94GHz的大气微波衰减计算分析[D]. 黄芳. 南京气象学院. 2003
[3]. THz波大气传输衰减特性研究[D]. 汪洁. 南京信息工程大学. 2017
[4]. 风云叁号星载降水测量雷达最佳频段组合仿真研究[D]. 吴琼. 中国气象科学研究院. 2010
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