VHF闪电探测雷达原理与性能参数研究

论文摘要

雷暴是最严重的气象灾害之一,雷暴天气过程必然伴随着闪电的发生,闪电常造成人员的伤亡和各种设施和设备的损毁。准确探测闪电发生的空间位置,对雷暴和闪电的研究与预报,以及由于闪电造成灾害的灾情调查和损失评估,具有重要意义。闪电发生时,由于瞬间强电流变化所引起宽频谱的电磁辐射,给无源探测闪电提供了可行性。而强电流造成的高温电离效应,产生的大量自由电子能有效反射电磁波,则给有源(雷达)探测闪电提供了充分条件。从无源探测闪电方法入手,检测闪电产生的电磁波的来向,可以实现闪电的定位。分析并仿真了常见的基于时差法的无源闪电定位的误差。由于闪电发生的多元性,即某个区域可能存在同时发生多个闪电的可能性,以及一个闪电的树状结构相当于多源分布的原因,提出了基于有源(雷达主动)探测闪电的方法,这种方法可能获得更加准确的空间立体定位结果。本文分析了适合闪电主动探测的频段,指出VHF频段具有特殊的优势,并详细描述了VHF闪电探测雷达的概念性结构和工作原理,即基于闪电触发同步探测的多脉冲积累工作制式。在此基础上,确定了VHF闪电探测雷达的基于“宽发窄收”的相控阵工作模式,推导了雷达的其他主要工作参数,如发射功率与发射八木天线波瓣特性等,进一步论述了接收窄波束形成算法与性能。仿真结果表明,在60°宽发射波束/发射天线增益8dBi、形成3°接收窄波束/接收天线增益18dBi、1μs发射脉宽/距离分辨力150m的条件下,考虑相参积累增益时,雷达探测威力可达到100km,在20km距离上的横向距离分辨力为1km。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 主要工作和内容安排
• 第二章 闪电无源探测原理及误差分析
•   2.1 闪电无源定位探测的原理
•     2.1.1 磁测向定位
•     2.1.2 时间达到法定位
•     2.1.3 相位干涉法定位
•   2.2 闪电无源探测误差的模拟
•     2.2.1 不同数目探测站的定位误差模拟
•     2.2.2 闪电无源定位误差的模拟结果
•   2.3 本章小结
• 第三章 雷达探测闪电原理研究
•   3.1 闪电通道的特性研究
•     3.1.1 闪电通道反射雷达电磁波的机理
•     3.1.2 闪电通道结构与工作频段的关系
•     3.1.3 垂直圆柱形闪电通道散射截面的估计
•     3.1.4 降水回波对闪电回波掩盖的影响
•     3.1.5 闪电探测雷达方程的建立
•   3.2 雷达工作参数的确定
•     3.2.1 雷达探测重复周期
•     3.2.2 脉冲宽度和波束宽度的估计
•     3.2.3 发射功率的估计
•     3.2.4 接收灵敏度和探测威力的估计
•   3.3 本章小结
• 第四章 同步触发技术研究
• 第五章 阵列天线与波束形成研究
•   5.1 宽波束发射技术
•     5.1.1 单阵元八木天线的设计
•     5.1.2 五阵元八木干涉天线阵接收多波束形成算法及实现
•   5.2 相控阵天线原理
•     5.2.1 一维相控阵天线
•     5.2.2 二维相控阵天线
•     5.2.3 相控阵波束形成
•   5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 工作总结
•   6.2 工作展望
• 参考文献
• 附录
• 作者在读期间科研成果简介
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 潘百万

导师: 姚振东

关键词: 闪电三维定位,有源探测,测量参数,雷达性能

来源: 成都信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学,气象学

单位: 成都信息工程大学

分类号: P412.25;P427.3

DOI: 10.27716/d.cnki.gcdxx.2019.000052

总页数: 71

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