[发明专利]一种用于艇载台风雷达宽刈幅观测的海杂波定量分析方法

说明书

本发明提供一种用于艇载台风雷达宽刈幅观测的海杂波定量分析方法，通过建立天线杂波和距离旁瓣杂波的综合影响分析模型，在时域定量计算分析了艇载台风雷达宽刈幅观测时海杂波的回波功率及信杂比；同时依据杂波功率及信杂比，得到频域内海杂波及台风回波的功率谱分布特性，可为杂波抑制算法研究提供参考。

技术领域

本发明涉及气象雷达技术领域，尤其涉及一种用于艇载台风雷达宽刈幅观 测的海杂波定量分析方法。

背景技术

台风是最具破坏性的自然灾害之一，会造成重大的社会经济损失和人员伤 亡，严重危害人民的生命和财产安全。气象雷达作为大气探测的主要工具之一， 将其安装在临近空间飞艇上，可实现对台风的连续观测和持续跟踪，以获取精 细化的台风内部资料。艇载台风雷达采用下视或斜下视方式观测海面生成、发 展的台风时，波束照射到海面上，海面回波与台风回波会同时返回雷达接收机， 对台风雷达回波数据造成污染。

现有的关于杂波影响分析的研究，大多针对小入射角观测降雨的雷达系统。 如：针对非脉冲压缩气象雷达系统，Hanado and Ihara等人通过建立天线杂波回 波模型，分析了小入射角(17°)下，天线旁瓣杂波对TRMM PR系统的干扰。 针对脉冲压缩气象雷达系统，Li等人针对线性调频(LFM)信号，利用其模糊 函数，分析了小入射角(4°)下，降雨回波和天线旁瓣杂波的计算方法。

艇载台风雷达工作于距地面约20km高的临近空间，下视观测海面台风，海 杂波会通过天线的主瓣、旁瓣返回雷达接收机，对台风雷达回波信号造成干扰。 另外，受飞艇平台限制，雷达发射功率受限，为增大雷达探测距离，同时保证 较好的距离分辨率，雷达需采用脉冲压缩技术。因此，海杂波也会通过脉冲压 缩产生距离旁瓣对周围距离单元回波造成干扰。并且，雷达采用一维相控阵天 线，在俯仰向电扫描，实现宽刈幅观测(入射角可达85°)，这将导致更严重的 杂波干扰。因此，对于艇载台风雷达，需进一步分析大入射角范围探测时，天 线杂波和脉冲压缩产生的距离旁瓣杂波的影响。

对于杂波污染严重的回波信号需进行杂波抑制处理，杂波抑制算法可分为 时域及频域滤波，传统时域杂波抑制算法，在滤除杂波信号的同时，重叠的天 气信号也会有所损失。为恢复重叠的天气信号，频域杂波抑制算法得到了发展。 因此，为进行频域滤波，需进一步明确海杂波及台风雷达回波的功率谱分布， 其频域分布特性可为杂波抑制算法提供参考。

发明内容

本发明提供的一种用于艇载台风雷达宽刈幅观测的海杂波定量分析方法， 主要解决的技术问题是：宽刈幅观测时，天线杂波和距离旁瓣杂波功率的定量 计算及海杂波的功率谱分布仿真分析。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于艇载台风雷达宽刈幅观测的海 杂波定量分析方法，包括：

步骤1，建立艇载雷达观测台风的几何模型、设置雷达参数，划定雷达距离 单元大小，设定台风模型参数、海杂波归一化后向散射截面(NRCS)模型参数；

步骤2，基于观测几何，计算经天线主瓣返回的海杂波分布高度及功率，同 时，计算经天线旁瓣返回的海杂波分布高度及功率；

步骤3，构建脉冲压缩滤波器响应模型，确定距离旁瓣影响范围，综合考虑 海杂波和距离旁瓣影响，计算得到各距离单元内的海杂波回波功率；

步骤4，计算各距离单元内台风回波功率，台风回波功率除以海杂波回波功 率，得到信杂比；

步骤5，基于信杂比计算距离单元内台风回波信号和海杂波的功率谱分布。

可选的，所述步骤1包括：