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非相干散射雷达谱分析与信号处理方法研究

张梁民  
【摘要】:电离层探测方法包括在点探测和遥感探测,在点探测就是将探测设备发送到电离层中进行探测,而遥感探测则是通过发射信号在电离层与等离子体相互作用时产生电磁效应,从而我们可以通过接收到的信号反演出电离层参数。遥感探测包括垂直探测、高频斜向探测、非相干散射探测。而非相干散射雷达是唯一能够探测整个电离层高度(60—2000km)范围等离子体密度、速度和温度。由于回波信号非常微弱,一般具有兆瓦级的发射功率和百米级的天线口径。要从非相干散射雷达微弱的回波功率谱中提取电离层有效参数,探测波形的选择和设计至关重要。且非相干散射雷达涉及到等离子体散射功率谱与回波信号功率谱之间的拟合,故等离子体散射功率谱的求解过程成为本文另一个关心的课题。结合863项目国家高技术研究发展计划(863计划)《电离层非相干散射软件雷达的关键技术》,本文从三个阶段阐明了雷达工作原理。 第一、针对电磁波在电离层中传播过程,研究了非相干散射的基本理论知识,推导出了散射谱功率与等离子体特征参数的关系,同时研究了散射谱功率与回波信号功率谱之间内在联系。 第二、考虑到不同情况下等离子体散射谱的差异性,研究了等离子体散射谱基本原理,推导出了电离层散射谱与介质的关系。并结合不考虑碰撞、考虑碰撞但无磁场、多成份等离子体这三种情况分别建立了谱的模型。 第三、不同的探测波形设计会得出不同的功率谱形状,为了消除它们的影响,研究了回波信号处理过程中模糊函数这一重要理论基础,同时研究了波形设计原则与回波信号功率谱的计算方法。通过对发射脉冲进行巴克码、长脉冲编码、交替码调制后,我们分别计算了他们的功率谱。并研究了它们的抗噪性能。


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