吴江区智能化毫米波测风雷达设计

雷达测风是通过雷达追踪携带反射靶或应答器的探空气球，测定仰角、方位角和斜距以推导高空风场数据的大气探测技术，主要分为一次雷达测风和二次雷达测风两类。前者利用目标反射信号定位，后者通过无线电**模式提升测距效率，其探测数据可改善数值天气预报模式精度 [1] [4] [7]。风廓线雷达作为一次雷达变种，利用大气湍流散射实现晴空探测，可获取时间和空间分辨率达“分钟级、百米级”的风速、风向及垂直气流数据 [2] [5-6]。现代技术发展出激光测风雷达，采用多普勒相干探测原理解析气溶胶运动频移信号，测量精度达风速＜0.6米/秒、风向＜7°，并可通过扫描机构构建时空模型合成三维风场 [3] [8-9]。毫米波测风雷达利用湍流反射毫米波实现10-300米风场精细化测量 [10]。漂浮式激光雷达进一步扩展了海上风能资源测量应用，具备自定义测量层和浮标平台稳定性设计 [11]。多普勒雷达：利用多普勒效应进行风速测量，常用于气象监测和预报。吴江区智能化毫米波测风雷达设计

正是由于固体激光器本身的优点和近几年来固体激光技术的重大突破, 固体激光雷达在成像, 远程目标跟踪和识别等领域呈现出巨大的发展潜力。美国率先进行了二极管泵浦固体激光制导技术的研究。90 年代初期, 美国Hercules 防御中心成功研制一台用于战场监视的1.32μm 固体激光成像雷达, 采用光栅扫描成距离像。该发射系统采用了连续波激光二极管泵浦Q 开关Nd :YLF激光器, 输出峰值功率为2kW , 发散角为0 .5mrad ,光束直径为5mm 。接收机天线直径为48mm , 焦距为2 .5mm , 光斑尺寸为0 .25mrad 。张家港本地毫米波测风雷达费用气象学：用于天气预报和气候研究。

目标方位角和仰角的测定：目标的方位角和仰角的测定是依靠天线的方向性来实现的。天气雷达的天线具有很强的方向性，它能将探测脉冲的能量集中地向某一方向发射。同样，它也只能接收沿同一方向来的回波信号。所以，只有当天线对准目标时，才能接收到目标的回波信号。根据这一原理，当发现目标时，天线所在的方位角和仰角就是目标相对于雷达的方位角和仰角。目标特性的测定：气象目标对雷达电磁波的散射是雷达探测大气的基础。降水回波：云、降水粒子的散射。随相态、几何形状不同而异，雷达回波功率是由有效照射体积内所有气象目标产生的。

二次雷达二次雷达配备“无线电回答器”，接收雷达发射的“询问”脉冲后回以“回答”脉冲，这样的**方式解决了一次雷达耗能大、测距短的缺点，因此在目前业务中主要使用的是二次雷达。二次雷达追踪的目标是有源的，即指目标物具有发射无线电波的能力，其测风就是通过追踪气象气球携带的回答器来实现的。二次雷达具有探测精度高、采样速率快、使用方便等特点，实现高空气象探测仪器的数字化和自动化。雷达分类激光雷达按工作方式可分为脉冲激光雷达和连续波激光雷达，根据探测技术的不同，可以分为：直接探测型激光雷达和相干探测型激光雷达，按应用范围可分为：靶场测量激光雷达（武器实验测量）火控激光雷达（控制射击武器自动实施瞄准与发射）跟踪识别激光雷达（制导、侦查、预警、水下目标探测），激光雷达引导（航天器交汇对接、障碍物回避）、大气测量激光雷达（云层高度、大气能见度、风速、大气中物质的成分和含量）。激光雷达的主要应用于跟踪，成像制导，三维视觉系统，测风，大气环境监测，主动遥感等方向信号解调：分离距离、速度、角度参数。

扫描器进行椭圆扫描(20°水平×14°竖直), 扫描速率可从3 ～ 10s 编程。高度角范围从-3°～ 37°(“-” 表示在翅膀以上)。该系统装在C130E 飞机上在中国湖上空进行了飞行测试, 测试高度比较大达58 .727km(17900f t)。测量风速的结果与用其它方法测量的结果非常吻合。C141LADAR 系统也进行了飞行测试, 测试结果也很好。空军怀特实验室***的弹道风研究计划主要是发展二极管泵浦、小型化LADA R 系统。整个系统包括收发系统、数据采集、数据处理、环境控制、光学扫描、惯性导航和电源等。它通过发射微波信号并接收从大气中散射回来的信号，来分析风的特性。张家港特种毫米波测风雷达优势

通过测量发射信号与回波的时间差（飞行时间）计算距离，结合多普勒效应测速，实现24小时连续监测。吴江区智能化毫米波测风雷达设计

机组人员一般是通过当地气象站或无线电探空仪来获得风的数据。这些数据即使准确, 在敌方上空投放并不可用。另外一种方法是机组人员在飞行过程中用空速计在不同高度测量风速, 这样不但缺乏精度,而且还会影响飞机的安全。由于上述这些方法有很大的局限性, 因此必须发展一种机载传感器来实时精确测量不同位置的风速。空军怀特实验室研制了几种机载测风的激光雷达, 如C130 LADAR , C141 LADAR , C130 改进型LADAR 等 [3]。几种LADAR 都采用Tm :YAG 激光器, 工作波长为2021 .84nm 。C130 LADAR 装载在C130 飞机上, 采取侧视方法。吴江区智能化毫米波测风雷达设计

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