全固态多普勒天气雷达脉冲压缩技术研究
雷达脉冲压缩算法研究
雷达脉冲压缩算法研究雷达脉冲压缩算法是一种通过对短脉冲信号进行加窗和相关运算,从而实现高分辨率雷达成像的算法。
这种算法在目标探测、识别以及跟踪等领域中有着广泛的应用。
在本文中,我们将深入地探讨雷达脉冲压缩算法的基本原理、发展历史以及未来的研究方向。
一、基本原理脉冲雷达技术中,发射的信号被目标反射后接收到信号会被传回雷达接收机。
然而,目标信号在传输过程中会遭受多径效应的干扰,这导致接收到的信号在时间域上发生扩展,时间分辨率会降低。
为了解决这个问题,雷达脉冲压缩技术应运而生。
雷达脉冲压缩算法主要基于短脉冲信号的性质,即其具有宽带性和瞬时功率很大。
算法的基本步骤为:先对短脉冲信号进行加窗,使其具有良好的频谱特性;然后进行相关运算,使反射信号会在一段极短的时间内被压缩,从而提高时间分辨率。
加窗操作的目的是消除反射信号的频率偏移,使其具有宽带性。
常用的窗函数有海明窗、布莱克曼窗、汉宁窗等。
这些窗函数在保留谱线的同时,在频域上也可以压缩主瓣宽度。
相关运算的基本原理是将原始信号与一个匹配滤波器进行卷积,从而使信号被在一小段时间内压缩。
匹配滤波器通常是原始信号的逆时域复共轭,其功率频谱密度与信号的功率频谱密度接近,但是带宽更宽。
二、历史发展雷达脉冲压缩算法的诞生最早可以追溯到20世纪50年代初。
当时,人们意识到脉冲雷达系统的时间分辨率受到多径效应的限制,无法满足目标识别和跟踪的需求。
为解决这个问题,一些科学家开始研究如何对反射信号进行压缩,并尝试应用于实际应用中。
在此后的数十年中,雷达脉冲压缩算法经历了一个逐步发展的过程。
20世纪70年代末,复合式高分辨雷达(SAR)系统的出现使得脉冲压缩技术得到了广泛的应用。
90年代初,人们开始对逆问题进行研究,从而进一步提高了脉冲压缩算法的效率和精度。
三、未来研究方向在当今的信息技术快速发展的时代,雷达脉冲压缩算法如何更好地适应未来的发展成为了一个重要的问题。
未来研究方向主要包括以下三个方面:1. 面向多异步输入的实时压缩算法。
脉冲压缩技术其在气象雷达中应用
脉冲压缩技术及其在气象雷达中的应用【摘要】介绍了脉冲压缩技术的原理及实现方法,重点阐述了线性调频、非线性调频以及相位编码三种典型脉冲压缩技术的特点。
分析了脉冲压缩技术应用于气象雷达中的优势及存在的主要问题,对脉冲压缩技术应用于气象雷达具有指导意义。
【关键词】脉冲压缩气象雷达1 引言现代技术的发展对雷达的作用距离、分辨力和测速精度等性能指标提出了越来越高的要求,雷达系统的检测能力与雷达发射的平均功率成正比,在峰值功率受器件载荷限制的情况下,提高平均功率一般通过增加发射脉冲宽度来实现。
另一方面,要提高雷达系统的距离分辨力,又要求发射脉冲尽量窄。
所以对峰值发射功率一定的简单脉冲雷达来说,提高雷达系统的探测能力和距离分辨力是一对矛盾,为了在低峰值功率的条件下处理这一问题,通常的解决办法是通过对载频进行调制,增加发射波形的带宽来获得大时宽带宽积信号,从而使雷达系统发射宽度相对较宽而峰值功率较低的脉冲,并在接收处理过程中对回波波形实施压缩,这一过程称为脉冲压缩。
脉冲压缩保持了窄脉冲的高距离分辨力,又能获得宽脉冲雷达系统的强探测能力。
发射宽脉冲能更有效的利用雷达所具有的平均功率,避免了产生高峰值功率信号。
雷达可以在不需要增加脉冲重复频率的情况下提高平均功率,从而减少雷达的距离模糊;此外,脉冲压缩雷达较少受和发射编码信号不同的干扰信号影响。
2 脉冲压缩技术的基本原理2.1 距离分辨力典型脉冲雷达的距离分辨力由下式确定[1]其中,为系统经过脉冲压缩后的有效脉冲宽度。
由此可知,对于脉冲压缩雷达,可以通过发射经调制的脉宽为的脉冲,来获得发射脉宽为的普通脉冲雷达所达到的距离分辨力,而。
对脉冲压缩雷达来说,实际发射脉冲宽度t与有效脉冲宽度的比值称为脉冲压缩比(cr,compression ratio)。
2.2 匹配滤波器其中为信号,为平稳白噪声,信号的频谱为,当滤波器的频率响应为,此时滤波器输出端能够得到最大的信噪比。
该滤波器称为最大信噪比准则下的最佳滤波器,即匹配滤波器。
脉冲多普勒雷达解模糊方法研究
脉冲多普勒雷达解模糊方法研究随着科技的进步,雷达技术在军事、民用等领域中得到广泛应用。
而脉冲多普勒雷达是一种常见的雷达形式,其优点在于可以对运动目标进行测量。
但是在实际应用中,多普勒雷达往往存在解模糊问题,使得测量结果出现误差。
因此,针对脉冲多普勒雷达解模糊问题的研究变得十分重要。
一、多普勒频移的介绍在多普勒雷达中,我们需要测量运动目标的速度,而多普勒频移是一个重要的参数。
多普勒频移是指由于运动目标距离改变而引起的雷达返回信号频率的变化。
二、解模糊方法的分类解模糊一般有两种方式: 频率搜寻法和相位编码法。
频率搜寻法包括单脉冲解模糊法、多次编码解模糊法和码序列解模糊法等。
这些方法具有实现简单的优点,但是需要增加信号带宽和增加信噪比才能保证有效性。
相位编码法则是利用一个或多个附加载波在单个脉冲内进行调制,识别目标速度。
三、压缩性脉冲(Chirp)技术压缩性脉冲(Chirp)技术是一种解决多普勒雷达解模糊问题的有效方法。
压缩性脉冲是一种呈线性调频(LFM)形式的脉冲,频率随时间变化呈直线,其脉冲宽度较窄,在瞬间能够收集大量的信息。
因此,通过压缩性脉冲技术,可以提高多普勒雷达的带宽,在一定程度上解决解模糊问题。
四、基于数字信号处理的解模糊方法数字信号处理技术可以对雷达返回信号进行优化,提高信号的质量和准确度。
基于数字信号处理的解模糊方法是利用数字信号处理技术来提高雷达的解模糊能力。
这种方法不仅可以避免模拟电路产生的干扰问题,而且可以快速地进行数据处理,提高雷达系统的工作效率。
综上所述,脉冲多普勒雷达的解模糊问题是雷达技术中需要解决的一个重要问题。
在实际应用中,我们可以采取压缩性脉冲技术、基于数字信号处理方案以及其他方法,提高多普勒雷达的解模糊能力,有效地提高雷达的精度和准确度。
随着技术的进步,解决雷达解模糊问题的方法将会进一步地发展和完善。
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计全固态双线偏振多普勒天气雷达是一种新型的天气雷达系统,它采用全固态双线偏振技术,能够有效地探测大气中的降水,识别降水类型,并精准地测量降水速度和方向。
以下是该系统的主要设计分析:一、全固态双线偏振技术全固态双线偏振技术是该系统的核心技术之一,它是一种通过修正信号极化状态实现对水雨、冰雹等多种天气目标的分辨和探测的方法。
该技术通过在雷达发射端和接收端分别设置两个偏振状态垂直的天线,将雷达发射的微波信号分为两路信号,分别经过两个天线发射出去。
当信号在经过目标反射后被接收到时,两路信号相互作用,形成双线偏振信号,从而得到更丰富的目标信息。
二、多普勒技术多普勒技术是该系统的另一个重要技术,它是一种利用目标的相对运动引起雷达回波频率变化的方法,可以测定目标的速度和方向。
该系统采用一种称为“脉冲对脉冲”的多普勒雷达信号处理方式,通过对发射信号和接收信号进行特定的相位差调节和滤波处理,能够实现对高速运动目标的准确探测和识别。
三、天线和发射器设计系统的天线和发射器设计也是非常关键的,它们的性能直接影响到雷达系统能够探测的距离和分辨率。
该系统采用的是一种设计简单、体积小、功耗低的微带天线,具有较好的阻抗匹配和频率稳定性,能够发射出较高功率的微波信号。
发射器部分,采用了一种高效的射频功率放大器,能够实现较高的输出功率和较低的功耗。
四、信号处理和显示部分该系统采用数字信号处理技术,对传输过来的雷达信号进行数字滤波、多普勒处理和偏振处理等,从而提取出目标信息和目标参数。
系统还配备有可视化的显示器和图形处理软件,能够实时、直观地显示天气情况,并提供多种数据输出格式。
总之,全固态双线偏振多普勒天气雷达是一种高效、精准、可靠的天气监测系统,它具有较高的探测距离、较强的抗干扰能力、优良的探测精度和灵敏度,并能够实现多种数据输出方式,为气象预报提供了有力的科技支撑。
气象雷达用的脉冲压缩技术
图 1 L 3
采 用 脉压波 形 和 相 控 阵 电 扫 天 线 的 先进 高分 辨 力 雷 达 系 统
气 象 目标 特 性
与 其 他 扩 展 的 散 射 体 (如 昆 虫 ) 和 折 射 系 数 梯 度 一 样
,
气 象是 由 许 多 小 散 射 体构 成
, .
它可 在 机 场 终端 区 迅 速 造成 致 命 的 航
,
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9 9 万年
第
了期
现代 电子
总第
2期
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气 象 雷 达 用 的脉 冲 压 缩 技 术
摘要
形 包括
下 世 纪 的 先 进 气 象雷 达 将 能 采 纳脉 冲 压缩波 形 和 相 控 阵电 扫 天 线
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脉冲压缩技术研究
脉冲压缩技术研究脉冲压缩技术的核心思想是通过将脉冲信号与其中一种特定的序列进行卷积运算,从而实现脉冲的压缩。
常见的压缩序列包括线性调频信号(LFM信号)、随机相位码、多普勒码等。
其中,线性调频信号是应用最广泛的一种压缩序列,其特点是频率随时间线性变化。
在雷达应用中,脉冲压缩技术可以提高雷达的距离分辨率和目标探测性能。
传统雷达系统中,脉冲的带宽决定了雷达的距离分辨率,带宽越大,分辨能力越强。
然而,由于无线电频谱的有限性,传统雷达系统的带宽受到限制。
而通过脉冲压缩技术,可以实现对大带宽脉冲信号的压缩,从而提高雷达的距离分辨率。
在通信系统中,脉冲压缩技术可以提高抗多径干扰的能力。
多径干扰是指由于信号在传播过程中遇到多个不同的传播路径引起的信号多次反射和衍射,导致接收端收到的信号呈现多个不同的传播路径所产生的叠加。
脉冲压缩技术可以通过压缩信号的时延,使得反射回来的多个信号在接收端得以清晰分辨,从而提高多径干扰的抑制能力。
在激光应用中,脉冲压缩技术可以提高激光的脉冲功率和光谱纯度。
激光器输出的脉冲信号往往具有较大的带宽,而脉冲压缩技术可以通过压缩脉冲时域宽度,从而提高脉冲功率。
同时,由于激光器的输出脉冲信号往往是非单色的,脉冲压缩技术可以通过压缩脉冲频域宽度,从而提高光谱纯度,使得激光的频谱更加窄线。
研究脉冲压缩技术的关键问题包括脉冲压缩序列的选择、脉冲压缩算法的设计和实现等。
在脉冲压缩序列的选择上,需要考虑到序列的自相关性能、对多路径干扰的抑制能力以及对噪声的容忍度。
在脉冲压缩算法的设计和实现上,需要考虑到算法的实时性、计算复杂度以及硬件的限制。
总之,脉冲压缩技术是一种重要的信号处理技术,在雷达、通信、激光等领域具有广泛的应用和深远的影响。
通过研究脉冲压缩技术,可以提高系统的性能和能力,满足实际应用的需求。
脉冲压缩雷达
06
脉冲压缩雷达的应用实例
军事侦查与目标识别
目标定位与跟踪
脉冲压缩雷达能够快速准确地定 位和跟踪目标,为军事侦查和打
击提供关键信息。
识别与分类
通过分析回波信号,脉冲压缩雷达 能够识别和分类不同类型目标,如 飞机、导弹和舰船等。
隐身目标探测
对于采用隐身技术的目标,脉冲压 缩雷达通过多普勒频移和信号处理 技术,有效探测和识别隐身目标。
脉冲压缩雷达
• 引言 • 脉冲压缩雷达的工作原理 • 脉冲压缩雷达的优势 • 脉冲压缩雷达的挑战与解决方案 • 脉冲压缩雷达的发展趋势 • 脉冲压缩雷达的应用实例
01
引言
脉冲压缩雷达的定义
脉冲压缩雷达是一种雷达系统,它通 过发射宽脉冲信号,并在接收时对信 号进行压缩处理,以获得高分辨率和 低距离模糊的雷达图像。
测距精度高
总结词
脉冲压缩雷达通过精确控制发射信号的脉冲宽度和压缩比, 能够实现高精度的测距。
详细描述
脉冲压缩雷达的测距精度取决于发射信号的脉冲宽度和压缩 比。通过精确控制发射信号的脉冲宽度和压缩比,脉冲压缩 雷达能够实现高精度的测距测量,从而提高对目标距离的测 量精度。
04
脉冲压缩雷达的挑战与解决方案
03
脉冲压缩雷达的优势
高距离分辨率
总结词
脉冲压缩雷达通过发送宽脉冲信号,并在接收时进行压缩处理,能够实现高距离分辨率。
详细描述
在雷达探测中,距离分辨率指的是雷达区分两个相邻目标的能力,取决于发射信号的脉冲宽度。脉冲压缩雷达通 过发送宽脉冲信号,并在接收时进行匹配滤波处理,将宽脉冲压缩成窄脉冲,从而提高了距离分辨率,能够更好 地分辨出相邻目标。
全固态双偏振多普勒天气雷达
目录一、前言 (2)二、724XSP全固态全相参双线偏振多普勒天气雷达安装使用规范 (4)三、724XSP全固态全相参双线偏振多普勒天气雷达技术规格书 (6)四、724全固态全相参双线偏振多普勒天气雷达实时处理系统软件使用说明书(V1.2) (24)五、724XSP全固态全相参双线偏振多普勒天气雷达二次产品处理系统软件使用说明书(V1.0) (60)六、雷达车辆操作说明书............................................................. 错误!未定义书签。
一、前言特别声明本中文操作说明书版权属中船重工鹏力(南京)大气海洋信息系统有限公司所有,任何人(及单位)未经其正式之书面授权允许,不得私自将本说明书内容,以全部或分割部分方式(包括文字与图片),进行转载、转印、影印拷贝、更改内容、扫描存储等行为,供他人使用或销售。
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●发现系统设备故障时应及时关闭系统所有电源,并及时与本雷达系统的生产商联系。
雷达脉冲压缩技术应用分析
雷达脉冲压缩技术应用分析摘要:脉冲压缩技术能在雷达发射功率受限的情况下,有效提高雷达探测距离能力,同时还能保证较高的分辨力,是雷达反隐身、多目标精确检测和抗外部干扰的重要手段。
本文介绍了脉冲压缩技术原理、波形分类和实现方法,并对主要波形信号的性能特点进行了分析。
关键词:脉冲压缩线性调频相位编码1 引言现代社会对空天的利用愈发重视,新型技术层出不穷,相应人们对雷达在作用距离、分辨能力和测量精度等方面也产生了更高的需求。
根据雷达系统理论可知,随着发射机功率的提升,雷达探测距离相应提高,但分辨能力却会降低,长距离与高精度貌似不可兼得,但脉冲压缩技术在雷达系统中的应用有效解决了这一矛盾。
在现代战争日益复杂的电磁环境下,脉冲压缩雷达通过发射大时宽信号以提升发射功率,有效增加了雷达信干比和测量距离,通过压缩得到的窄脉冲又提高了探测精度,还能有效对抗箔条干扰和抑制杂波,已广泛应用于跟踪监视和空中交通管制等领域,AN/TPS-59、AN/FPS-117和ASR-12等先进雷达系统都采用了脉冲压缩技术。
2 脉冲压缩原理雷达发展初期,根据距离分辨率公式=cτ/2n (c为光速,τ为脉冲时间宽度),通常认为距离分辨率由雷达发射的脉冲时间宽度决定,由于发射机峰值功率的限制,想要提高测量距离只能延长发射脉冲时间,而这势必降低距离分辨率,这使得同时提高距离与距离分辨率变的不可行。
随着科学技术的发展,根据信号与系统原理,距离分辨率公式演变为 =c/2B(B为雷达信号带宽),距离分辨率变为由雷达信号带宽决定,而带宽只决定于信号幅度和频率的变化,那么,对信号进行调幅或调频就可以增大信号的等效带宽,这就使得同时提高距离与距离分辨率变的可行。
雷达脉冲压缩技术的原理就是调制一个带宽为B,持续时间为T的宽脉冲,以提高发射平均功率,获得较远的探测距离,接收时利用匹配滤波器处理目标回波,把接收的宽脉冲压缩为一个持续时间τ=1/B的窄脉冲,从而得到较高的分辨率精度。
雷达信号处理中的脉冲压缩算法研究
雷达信号处理中的脉冲压缩算法研究雷达是一种广泛应用于军事、航空航天、气象、交通等领域的探测和测距技术。
而在雷达信号的处理过程中,脉冲压缩算法是一项重要的技术手段。
脉冲压缩算法旨在提高雷达系统的距离分辨率和目标检测性能。
本文将对脉冲压缩算法进行深入研究,探讨其原理、应用以及当前的研究进展。
脉冲压缩算法的原理是利用波形发射与接收信号的相关性对接收信号进行处理,从而提高雷达的分辨能力。
传统的脉冲压缩算法包括匹配滤波器法、快速脉冲压缩法等。
匹配滤波器法通过与已知脉冲形状进行相关,实现信号压缩,从而提高雷达系统的距离分辨率。
而快速脉冲压缩法则通过FFT算法将时域信号变换到频域,进而实现信号的压缩。
这些传统的脉冲压缩算法在实际应用中已经取得了很好的效果,然而随着科技的进步和需求的变化,研究者们对脉冲压缩算法进行了进一步改进和创新。
近年来,基于稀疏表示及压缩感知理论的脉冲压缩算法备受关注。
这种算法利用了雷达信号的稀疏性,通过基于迭代算法的方法实现高精度的信号重构和压缩。
这种方法具有较好的抗噪声能力和更高的计算效率,适用于各种复杂环境下的雷达信号处理。
另外,人工智能技术的应用也为脉冲压缩算法的研究带来了新的思路。
例如,深度学习方法可以通过学习大量数据样本来提取雷达信号中的特征,从而提高信号的压缩效果和目标检测能力。
这些新兴的脉冲压缩算法在实际应用中取得了一定的突破,对于提高雷达系统的性能具有重要意义。
在实际应用中,脉冲压缩算法在雷达目标检测、距离分辨和抗干扰能力方面发挥着重要作用。
首先,脉冲压缩算法可以提高雷达的目标检测能力。
通过对接收信号的压缩处理,可以有效增强目标回波信号的强度,从而提高雷达对目标的识别和跟踪能力。
其次,脉冲压缩算法可以提高雷达的距离分辨能力。
由于信号经过压缩处理后的带宽增加,因此可以提高雷达的距离分辨率,实现对目标的更精确探测。
此外,脉冲压缩算法还可以提高雷达的抗干扰能力。
通过压缩处理,可以减少背景杂波和噪声对雷达系统的影响,提高雷达对目标回波信号的识别和提取能力。
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计【摘要】全固态双线偏振多普勒雷达系统是一种新型的雷达技术,具有重要的应用前景。
本文通过分析系统的原理、设计需考虑的关键因素、双线偏振技术在雷达系统中的应用以及全固态技术的优势和挑战,提出了一种系统设计方案。
未来发展方向包括进一步提高系统性能和降低成本,以满足更广泛的应用需求。
全固态双线偏振多普勒雷达系统有望在气象、军事、航空航天等领域得到广泛应用。
该技术的引入对于提高雷达系统的探测性能和数据可靠性具有重要意义,对于推动雷达技术的进步和发展也具有重要意义。
【关键词】全固态双线偏振多普勒雷达系统、系统设计、双线偏振技术、全固态技术、雷达系统、原理、优势、挑战、发展方向、研究背景、研究意义、关键因素、应用、方案、总结。
1. 引言1.1 研究背景全固态双线偏振多普勒雷达系统是目前天气雷达领域的一个热点研究方向。
传统的天气雷达系统在实际应用中存在一些问题,比如双线性能不稳定、多普勒频移测量精度不高等。
为了解决这些问题,研究人员开始尝试采用全固态技术和双线偏振技术来设计新型的雷达系统。
全固态技术可以提高雷达系统的稳定性和可靠性,减少维护成本。
双线偏振技术可以提高雷达系统的灵敏度和分辨率,使其能够更准确地探测天气现象。
全固态双线偏振多普勒雷达系统具有广阔的发展前景和应用前景。
通过研究全固态双线偏振多普勒雷达系统的原理和设计方案,可以进一步完善现有雷达技术,提高天气预报的准确性和可靠性。
深入研究全固态双线偏振多普勒雷达系统具有重要的意义和价值。
1.2 研究意义全固态双线偏振多普勒雷达系统是目前雷达技术领域的一个重要研究方向,具有广阔的应用前景和深远的意义。
全固态双线偏振多普勒雷达系统可以提高雷达系统的性能和精度,从而实现更准确、更可靠的天气预报和气象监测。
通过双线偏振技术,可以准确地识别不同尺度的降水粒子和气象现象,进一步提高雷达系统的数据质量和解译能力。
全固态双线偏振多普勒雷达系统的研究和应用可以促进雷达技术的创新和发展。
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计
全固态双线偏振多普勒天气雷达就是一种主动遥 感 的 探 测 工 具 与 手 段 袁在 云 尧降 雨 量 以 及 一 些 强 对 流 天 气 的 观 测 中 有 着 较 为 重 要 的 价 值 与 作 用 遥其 主 要 的 工 作 原 理 就 是 基 于 多 普 勒 效 应 为 基 础 袁通 过 对 散 射 体 相 测 定 雷 达 速 度 袁在 特 定 的 状 况 之 下 可 以 分 析 出 具 体 的 大 气 风 场 尧气 流 的 垂 直 度 分 布 状 况 等 等 袁全 固 态 双 线 偏 振 多 普 勒 雷 达 是 现 阶 段 世 界 上 领 先 的 天 气 监 测 设 备 袁在 各 个 国 家 中 广 泛 应 用 袁对 于 警 戒 强 对 流 天 气 有 着 重 要 的 价 值 与意义遥
全 固 态 X波 段 多 普 勒 雷 达 系 统 其 应 用 的 就 是 应 用 全 相 参 脉 冲 多 普 勒 体 制 袁系 统 主 要 就 是 通 过 全 固 态 的 发 射 机 系 统 尧低 副 瓣 大 线 系 统 尧系 统 低 噪 大 动 态 数 字 接 收 机 系 统 尧数 字 信 号 处 理 系 统 以 及 显 示 终 端 系 统 构 成 遥 在 系 统 工 作 的 过 程 中 袁可 以 利 用 内 部 局 域 网 在 客 户 端 上 对 大 线 扫 描 处 理 尧信 号 处 理 尧发 射 以 及 偏 振 等 参 数 进 行 合 理 设 置 袁发 送 相 关 命 令 袁使 雷 达 可 以 按 照 设 定 的 方 式 开 展 工 作 遥而 雷 达 则 是 通 过 发 射 不 同 类 型 的 脉 冲 重
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计1. 引言1.1 背景介绍传统的天气雷达系统采用的是脉冲式雷达技术,存在着功耗大、频率稳定性差等问题,受到一定的限制。
全固态双线偏振多普勒天气雷达系统则通过采用固态发射器和接收器,实现了雷达系统的高可靠性、低功耗和长寿命等优势,能够更好地满足对天气现象进行精确观测和分析的需求。
在这样的背景下,本文将针对全固态双线偏振多普勒天气雷达系统进行深入研究和分析,探讨其系统设计方案、技术原理、系统性能评估以及工程实践应用等方面,旨在为天气雷达技术的发展和进步提供参考和支持。
1.2 研究目的研究目的是为了探索全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计的可行性和优势,以提高天气雷达系统的性能和精度。
通过对系统的设计方案、技术原理分析、系统性能评估和工程实践应用进行深入研究,旨在为天气预报、气象灾害预警等领域提供更准确、可靠的数据支持。
本研究还旨在探讨全固态双线偏振多普勒天气雷达系统在气象监测、气象研究、气象预测等领域的广泛应用前景,为推动气象领域的技术创新和发展提供重要参考和支持。
通过深入分析和研究,可以进一步完善全固态双线偏振多普勒天气雷达系统的设计理念和技术路线,提高系统的性能和稳定性,为气象领域的科学研究和实际应用带来更多新的突破和进展。
1.3 研究意义全固态双线偏振多普勒天气雷达是一种先进的气象探测技术,具有很高的精度和灵敏度。
通过对大气中降水粒子的探测,可以提供准确的降水量、降水强度、降水类型等信息,对气象预报和灾害预警具有重要意义。
研究全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计的意义在于提高气象探测的精度和可靠性,为气象学和灾害防御提供更准确、更及时的信息。
这对于准确预报暴雨、风暴等极端天气事件,提高灾害应对效率,保障公众生命财产安全具有重要作用。
全固态双线偏振多普勒天气雷达系统的研究还将推动气象探测技术的发展,为未来气象预报技术的提升奠定基础。
研究全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计具有重要的理论和实际意义,将为气象学领域的发展和社会的进步做出贡献。
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计全固态双线偏振多普勒天气雷达系统是一种基于雷达技术的气象探测设备,用于观测和分析大气中的降水情况。
相比传统的天气雷达系统,全固态双线偏振多普勒天气雷达系统具有更高的分辨率和灵敏度,能够提供更准确的天气信息。
下面对全固态双线偏振多普勒天气雷达系统的设计进行详细的分析。
首先,全固态双线偏振多普勒天气雷达系统主要由以下几个部分组成:发射机、接收机、天线系统、信号处理系统和数据处理与显示系统。
发射机负责产生雷达信号,并将其通过天线系统发射出去;接收机则负责接收回波信号;天线系统主要由天线阵列组成,用于发射和接收雷达信号;信号处理系统负责对接收到的回波信号进行处理,提取出有用的信息;数据处理与显示系统则负责将处理后的数据进行分析和显示。
其次,全固态双线偏振多普勒天气雷达系统采用双线偏振技术,可以同时获取水平和垂直方向的回波信号。
通过对这两个方向的信号进行比较和分析,可以得到更准确的降水强度、降水类型和风场信息。
另外,多普勒效应的应用也使得该系统能够实时地观测到风速和风向等气象参数的变化。
第三,全固态双线偏振多普勒天气雷达系统采用全固态技术,具有体积小、功耗低以及寿命长等优点。
相比传统的双线偏振雷达系统,该系统无需机械部件,减少了故障概率,提高了可靠性。
同时,全固态技术还使得该系统的灵敏度和动态范围得到了显著提高,能够更好地观测到弱回波和强回波。
最后,全固态双线偏振多普勒天气雷达系统的设计还需要考虑与气象观测网络的联网能力。
通过与其他雷达系统和气象观测设备进行联网,可以实现数据共享和远程监控,提高气象观测的效率和准确度。
此外,还需要注意雷达系统的检修和维护工作,及时处理故障和升级软件,以保证系统的正常运行。
总的来说,全固态双线偏振多普勒天气雷达系统的设计有着较高的技术难度和复杂性,需要考虑到天线系统、信号处理系统、数据处理与显示系统等多个方面的要求。
但是,该系统具有更高的分辨率和灵敏度,能够提供更准确的天气信息,为天气预测和灾害防范等工作提供了有力的支持。
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计【摘要】本文主要对全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计进行了分析。
在介绍了研究背景和研究目的。
在分别从全固态双线偏振多普勒天气雷达的概述、系统设计原理、系统硬件设计、系统软件设计以及系统性能分析等方面进行了详细阐述。
最后在结论部分总结了全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计的优势,同时探讨了未来的发展方向。
通过本文的研究分析,读者将能够全面了解全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计的关键要点,为相关领域的研究和实践提供参考。
【关键词】全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计、研究背景、研究目的、系统设计原理、系统硬件设计、系统软件设计、系统性能分析、优势、未来发展方向。
1. 引言1.1 研究背景天气雷达是气象领域中常用的一种探测仪器,能够实时监测大气中的降水情况、云状情况以及风场信息,为天气预报和气候研究提供重要数据支持。
传统的天气雷达系统大多采用的是机械调谐技术,存在体积大、成本高、能耗高等缺点。
全固态双线偏振多普勒天气雷达是近年来新兴的一种雷达技术,它采用固态器件代替机械组件,实现雷达系统的小型化、高集成化和节能环保。
双线偏振技术可以提供更多的信息,帮助解决雷达系统中的信号重叠问题,提高数据处理精度和分辨率。
多普勒雷达可以实现风场的观测,对于研究风暴、气旋等天气现象具有重要意义。
全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计成为了当前气象雷达领域的研究热点。
通过对该系统的深入研究和优化设计,可以提高天气预报的准确性和及时性,为社会公众提供更好的气象服务。
1.2 研究目的研究目的主要是为了探讨全固态双线偏振多普勒天气雷达系统在气象领域中的应用和意义。
通过对该系统设计原理、硬件设计、软件设计和性能分析的深入研究,我们旨在解决现有雷达系统在监测大气环境中遇到的一些问题,如信号处理灵敏度不足、精度不高等。
通过分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统的优势,我们希望能够为气象预警、气象科学研究等领域提供更准确和可靠的数据支持,为社会公众提供更好的天气预报服务。
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计
全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计是一个基于最新的雷达技术,采用全固态天
线设计和双线偏振技术的天气雷达系统。
它具有高分辨率和高精度的雷达数据获取能力,
能够对天气现象进行准确的测量和预测。
该系统的设计主要包括以下几个方面:
1. 天线设计:全固态天线设计是该系统的核心技术。
全固态天线采用固态材料制成,可以提供更高的频率范围和更宽的波束宽度,从而增加雷达的探测能力和分辨率。
这种天
线也具有更高的可靠性和抗干扰能力,能够适应各种复杂的气象环境。
2. 双线偏振技术:双线偏振技术是该系统的另一个重要特点。
它可以同时测量水平
和垂直方向上的回波信号,并同时获得它们的相位和振幅信息。
这种技术可以提供更多的
气象信息,例如降水类型、降水强度、尺寸和形状等,提高雷达对天气现象的理解和预测
能力。
3. 多普勒测量:多普勒测量是该系统的主要功能之一。
通过测量回波信号的频移,
可以获取目标的速度和动向信息。
这种测量技术对于气象预测和强降水监测非常重要,能
够及时发现并跟踪降雨系统和风暴。
4. 数据处理和分析:该系统还包括高效的数据处理和分析模块,可以实时处理和分
析雷达数据。
它能够将多普勒和双线偏振数据与其他气象观测数据进行匹配和整合,生成
高精度的天气图像和产品,提供给气象预报人员和研究人员使用。
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计
全固态双线偏振多普勒天气雷达系统是一种用于天气预报和气象研究的高精度雷达系统。
该系统采用了先进的技术,能够有效地分析大气中的各种气象参数,并可以对气象现
象进行准确的测量和预报。
下面我们来详细分析一下这种雷达系统的设计。
首先,全固态双线偏振多普勒天气雷达系统采用了固态发射器和双线偏振天线。
这种
设计方案具有以下几个优点:一是具有极高的稳定性和可靠性,不易出现故障;二是能够
提高雷达系统的灵敏度和分辨率,使其能够更准确地测量目标物体的位置和速度;三是天
线具有双线偏振功能,能够有效地减少雷达回波的干扰。
其次,该系统采用了多普勒技术,能够测量目标物体的速度和运动方向。
多普勒雷达
将发射的电磁波与目标反射回来的电磁波进行比较,通过测量其频率差异,来推算目标的
速度和运动方向。
这种技术与传统的雷达相比具有更高的准确度和灵敏度,能够有效地应
对复杂的气象条件。
最后,该系统还采用了先进的信号处理技术,能够实现雷达回波的数字化处理和图像
分析。
经过数字化处理后,雷达回波可以被转化成数字信号,在计算机中进行分析和处理。
图像分析能够从雷达图像中提取有用的气象信息,比如降雨量、风速和方向等。
这种技术
能够大大提高数据处理的速度和精度,使得天气预报更加准确和及时。
总之,全固态双线偏振多普勒天气雷达系统采用了先进的技术,具有高精度、高稳定性、高分辨率等优点。
这种雷达系统的广泛应用可以为天气预报和气象研究提供可靠的数
据支持,促进气象科学的发展。
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计全固态双线偏振多普勒天气雷达系统是一种用于探测大气中降水、雷电和风场等气象信息的先进雷达系统。
它采用全固态发射接收模块和双线偏振技术,具有高灵敏度、高分辨率和高可靠性的特点。
本文将对全固态双线偏振多普勒天气雷达系统的设计进行分析,包括系统组成、工作原理、性能指标等方面的内容。
一、系统组成全固态双线偏振多普勒天气雷达系统主要由以下几个部分组成:1. 发射模块:采用全固态发射器,能够实现快速的频率变化和调制,并具有较高的功率和稳定性。
2. 接收模块:采用全固态接收器,能够实现高灵敏度和低噪声的接收,保证雷达系统的高性能。
3. 天线系统:采用双线偏振的天线,能够实现对水平和垂直极化波的接收,并具有良好的方向图和辐射特性。
4. 信号处理系统:包括雷达信号的处理和解调模块,能够对接收到的雷达信号进行运算和分析,提取出大气中的各种气象信息。
5. 控制系统:包括雷达系统的控制和管理模块,能够对雷达系统的各个部分进行监控和调节,确保系统能够稳定地工作。
二、工作原理全固态双线偏振多普勒天气雷达系统通过发射和接收雷达波,探测大气中的水汽、降水、云层、风场等信息。
其工作原理主要分为以下几个步骤:1. 发射雷达波:发射模块产生并发射雷达波,经天线系统辐射到大气中。
2. 接收回波信号:接收模块接收大气中散射回来的雷达波,经天线系统传输到接收模块。
4. 数据处理:对处理后的信号进行数据处理和分析,提取出大气中的降水、风场等信息,并进行显示和记录。
三、性能指标1. 灵敏度:反映雷达系统对小目标回波信号的探测能力,通常以雷达反射率因子(dBZ)来表示。
2. 分辨率:反映雷达系统对目标距离或速度的分辨能力,通常以距离或速度分辨率来表示。
3. 定量能力:反映雷达系统对目标的定量测量能力,包括降水量、降水强度等气象参数。
4. 抗干扰能力:反映雷达系统对外部干扰的抵抗能力,包括天气干扰和人为干扰等。
全固态多普勒天气雷达脉冲压缩技术研究
X波段全固态多普勒天气雷达研究摘要:全固态多普勒天气雷达作为一种新型的雷达探测系统,它具有结构简单、可靠性高、使用维护方便等特点,但是输出峰值功率有限,所以需要采用脉冲压缩技术,但是增大时宽会增加雷达近距离盲区;脉冲压缩后的距离副瓣会影响弱信号的检测与定量精度;脉压加权处理后的主瓣展宽会降低雷达距离分辨力。
本文介绍了一种自研的X波段全固态双线偏振多普勒天气雷达,并对其中的系统设计、脉冲压缩、补盲等关键技术进行了详细的论述。
最后与其他类型雷达进行了对比观测和分析,结果表明该固态雷达能够探测150 km 范围内强于5dBz 的降水回波。
关键词:全固态雷达、天气雷达、线性调频脉冲压缩、补盲Research of X-band solid-state Doppler weather radar(Nanjing Reasearch Institute of Electronics Technology , Nanjing 210013, China) Abstract:Solid-state Doppler weather radar is a new kind of weather detection radar system,the system has some characteristics such as simple structure, reliability,conveniently maintenance and so on. Because of peak power, pulse compression is used in the system. The blind spot of radar near-field will be caused by wide pulse; the range sidelobe leaked by pulse compression will impact the detection of weak point. The range resolution will be reduced by main-lobe broadening In this paper, the design of X-band solid-state Doppler weather radar of dual-linear polarization is described and the primary technology is discussed, for example, dual-linear system design; pulse compression; blind zone compensation. the precipitation detection capability of the X-band radar is compared with the Magnetron radar in a field observation case.It shows that the X-bandsolid-state radar can detect precipitation echoes stronger than 5 dBz within 150km.Keywords:solid-state radar;weather radar;Linear FM pulse compression;Blind zone compensation0 引言多普勒天气雷达是现代气象综合观测系统中的一个重要工具,能够提供雷达反射率、径向风速和速度谱等雷达基本数据,可以观测降水区中水平风场的结构,垂直气流的场结构等,测定降水位置和强度,降水内部气流的速度和流向。
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计
全固态双线偏振多普勒天气雷达系统是一种用于测量天气现象的先进雷达技术。
它采用全固态设计,具有双线偏振能力和多普勒测量功能,可提供更准确的天气信息。
全固态设计意味着该雷达系统使用固态元器件而不是传统的真空管。
这种设计方案有许多优点,如功耗低、稳定性高、体积小等。
它可以更有效地工作并减少维护成本。
该系统具有双线偏振能力。
这意味着它可以同时发送和接收两种不同的偏振波。
通过分析两种偏振波的回波信号,系统可以获取更多的天气信息。
比较水平和垂直偏振波的信号强度,可以推断出降水中的冰晶大小,从而预测雨滴或冰雹的类型。
该系统还具有多普勒测量功能。
通过分析回波信号的频率变化,可以确定气象目标,如降水粒子或风速。
这使得系统能够提供更准确的天气预报,如降水类型、强度和移动方向等。
全固态双线偏振多普勒天气雷达系统的设计结合了多种先进技术,能够提供更准确、可靠的天气信息。
它对于气象预报、天气监测和灾害预警等方面具有重要意义,能够在一定程度上提高我们对天气变化的认识和应对能力。
这种系统的应用前景广阔,有望在未来的气象监测中发挥更大的作用。
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X波段全固态多普勒天气雷达研究摘要:全固态多普勒天气雷达作为一种新型的雷达探测系统,它具有结构简单、可靠性高、使用维护方便等特点,但是输出峰值功率有限,所以需要采用脉冲压缩技术,但是增大时宽会增加雷达近距离盲区;脉冲压缩后的距离副瓣会影响弱信号的检测与定量精度;脉压加权处理后的主瓣展宽会降低雷达距离分辨力。
本文介绍了一种自研的X波段全固态双线偏振多普勒天气雷达,并对其中的系统设计、脉冲压缩、补盲等关键技术进行了详细的论述。
最后与其他类型雷达进行了对比观测和分析,结果表明该固态雷达能够探测150 km 范围内强于5dBz 的降水回波。
关键词:全固态雷达、天气雷达、线性调频脉冲压缩、补盲Research of X-band solid-state Doppler weather radar(Nanjing Reasearch Institute of Electronics Technology , Nanjing 210013, China) Abstract:Solid-state Doppler weather radar is a new kind of weather detection radar system,the system has some characteristics such as simple structure, reliability,conveniently maintenance and so on. Because of peak power, pulse compression is used in the system. The blind spot of radar near-field will be caused by wide pulse; the range sidelobe leaked by pulse compression will impact the detection of weak point. The range resolution will be reduced by main-lobe broadening In this paper, the design of X-band solid-state Doppler weather radar of dual-linear polarization is described and the primary technology is discussed, for example, dual-linear system design; pulse compression; blind zone compensation. the precipitation detection capability of the X-band radar is compared with the Magnetron radar in a field observation case.It shows that the X-bandsolid-state radar can detect precipitation echoes stronger than 5 dBz within 150km.Keywords:solid-state radar;weather radar;Linear FM pulse compression;Blind zone compensation0 引言多普勒天气雷达是现代气象综合观测系统中的一个重要工具,能够提供雷达反射率、径向风速和速度谱等雷达基本数据,可以观测降水区中水平风场的结构,垂直气流的场结构等,测定降水位置和强度,降水内部气流的速度和流向。
对高影响天气的研究,短期和临近预报以及气象灾害的预警发挥着重要的作用[1]。
随着雷达技术的发展,雷达系统越来越复杂,对系统各组成部分要求也越来越高,尤其是对雷达发射机。
现代雷达要求发射机能够发射相位全相参的信号,具有很高的频率稳定度,能产生复杂信号波形,适用带宽频率捷变雷达等[2]。
自20世纪80年代以来,固态发射机已经有了飞速发展,其工作频率已经扩展到C波段和X波段。
它具有高可靠性、高效率、寿命长和可维修性等优点,应用前景广泛。
全固态多普勒天气雷达采用全固态发射技术,无需系统预热时间,而且可以满足雷达发射复杂波形以及改善数据质量等要求,是目前国内最先进的多普勒天气雷达[3-5]。
不过在当前技术条件下全固态多普勒天气雷达业务应用还面临许多挑战。
目前一个固态组件提供的输出功率有限,为满足探测需要,一般会组合多个组件进行功率合成。
要达到与速调管相当的输出功率水平,其组件数量将十分庞大而且价格昂贵。
此时,将功率合成方式与脉冲压缩技术相结合,即能满足等效输出功率与距离分辨力要求又可控制组件规模与成本[6]。
脉冲压缩技术是确保全固态雷达实现气象探测的关键。
本文以自研的全固态X波段双线偏振多普勒天气雷达为基础,对其中的关键技术进行了公益性行业(气象)科研专项经费项目,项目编号:GYHY201106046第一作者:吴海军,男,1980年生,硕士,工程师,研究方向:雷达总体工程,邮箱:whjasa223@详细的论述,并与其它类型雷达进行了观测对比试验。
1 系统设计X 波段全固态多普勒天气雷达采用全相参脉冲多普勒(PD )体制,系统主要由全固态发射机、低噪大动态数字接收机、低副瓣天线、数字信号处理和显示终端等主要部分组成,系统工作时,用户终端通过雷达内部局域网对天线扫描、信号处理、发射和偏振等参数进行设置并发送控制命令使雷达按照设定的方式工作;雷达通过发射不同的脉冲重复频率和偏振脉冲波来监测或测量不同量程范围内的气象体目标。
气象体目标信息的获取首先是气象回波通过天线进入馈线系统;馈线系统将回波信号送入接收机,接收前端将接收的微波信号放大后与本振信号混频,中频放大后对该信号进行欠采样生成数字正交I/Q 信号;信号处理对正交I/Q 信号进行处理,按照一定的算法提取强度、速度、速度谱宽和双偏振等参量,输出基本数据送数据处理计算机(前台计算机)进行数据合成、打包并进行实时显示,数据处理计算机打包操作的数据通过网络向用户终端(后台计算机)提供方位角、仰角、探测参量的基本数据,并生成用户所需的气象产品。
图1(a)和1(b)分别为系统的组成框图和实物图:图1(a) 系统的原理组成框图 图1(b) 系统的实物图雷达系统探测的主要参数除基本反射率因子(Z)、径向速度(V)和速度谱宽(W)外,还可以提取差分反射率因子Z dr 、比差分传输相移K dp 和线性退极化比L dr 等双线偏振参数。
雷达硬件的主要技术参数见表1。
表1 X 波段全固态多普勒天气雷达系统参数2 低距离副瓣脉冲压缩 在目前的制造技术水平下,固态发射机组件的峰值输出功率十分有限,用组件组合功天线座汇流环设备机柜接收电源模块正馈天线全固态发射机综合电源率合成的办法又会大幅度提高成本,所以为获得理想的探测性能必须采用脉冲压缩技术。
脉冲压缩技术能满足雷达在不降低距离分辨力的前提下增加发射脉宽来提高平均发射功率,进而改善回波信噪比,扩大最远探测距离。
脉冲压缩技术最适合发射峰值功率受限的情形。
现代雷达系统中常用的脉冲压缩信号有四类:线性调频(LFM)脉冲信号、非线性调频(NLFM)脉冲信号、频率编码脉冲信号和相位编码脉冲信号。
前面三种可归结为调频脉冲压缩信号,均是通过频率调制实现非线性相位调制,从而获得大的时宽和带宽。
在本系统中采用的是线性调频(LFM)脉冲压缩,线性调频脉压信号的理论公式为:{}[](){}[]()()t T t T Kt f t T Kt f t f j t X d d d -⨯-+-+=πππsin exp )( , T t 20≤≤(3.3)线性调频信号通过匹配滤波器后,其中最大的一对旁瓣为主瓣电平的-13.49dB ,而气象目标呈分布式特征,信号变化范围很宽。
强回波的旁瓣泄漏会被误认为有气象目标存在。
为了抑制旁瓣以提高系统的信噪比,需要在接收时采用滤波器系数幅度加权进行矢配滤波,该方法是以主瓣展宽和信噪比损失为代价换取较低的距离副瓣,常用的加权网络及其性能如下表:表2 加权函数性能列表在本系统中采用的是海明窗和Blackman 加权,以海明窗为例,发射时宽T 为40μs 、调频带宽为2MHz 时,加权后的脉压信号旁瓣电平为-37dB ,灵敏度损失1.34 dB ,-3dB 主瓣展宽系数为1.47(图5)[9]。
图5 脉压信号海明窗加权效果示意图在本系统中脉冲宽度设计能力可达到200μs ,当压缩后脉冲宽度是1μs 时,采用线性调频时副瓣也能达到-48dB ;当压缩后脉冲宽度是0.5μs 时,采用线性调频时副瓣也能达到-52dB ;系统工作时脉冲宽度0.5μs ~200μs 可选,脉压比40、80、160可选。
常规工作时脉冲宽度为40μs ,调频带宽2MHz ,脉压比80。
图6(a)和图6(b)为系统脉压前后的实际对比图。
3 距离分辨率和最大探测距离在系统中为了降低脉压后的的距离副瓣,采用了加权网络抑制距离副瓣,虽然取得了比较好的效果,但是是以主瓣展宽和信噪比损失为代价的,而主瓣展宽会降低雷达距离分辨率,信噪比损失会缩短雷达的最大作用距离。
脉冲压缩雷达的距离分辨率雷达的调频带宽成反比,具体为:ΔR = C/2B固态雷达能够发现降水目标的最远探测距离直接取决于发射峰值功率、天线增益、接收灵敏度与信号处理检测能力等系统参数。
固态雷达可通过增大脉宽、相干积累等方式改善雷达最远探测距离。
由系统噪声系数可知,接收灵敏度为:S min (dBmW)=-114+N F +10lgB (1) 其中:N F 为接收系统的噪声系数;B 为接收带宽[7]。
设计固态雷达即要考虑最远探测距离,又要兼顾提高雷达的分辨力。
根据天气雷达方程,回波功率:⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=22223)2(ln 1024R Z L K G P c P e t r λθφτπ (2) 将公式(2)转换成其对数形式并且Z edB 取 mm 6/m 3量纲:P r dBm = -180+30+C dB +|K|2dB +(P t dB +G dB +τ dB -2λ dB -L dB )–2R dB +Z edB (3)其中发射峰值功率P t = 150w ;天线增益G = 40dB ;天线水平垂直波束宽度均为θ(Φ)= 1.6︒;发射脉宽τ = 0.5/1μs ;λ = 3.2cm ;L = 3dB ;|K|2 = 0.93(对于水);发射脉宽τ为0.5μs 时P r dBm =-43.45–2R dB +Z edB (4)此时,接收机匹配带宽B=2MHz,如果N F =3dB ,接收机灵敏度:S min =-108dBm 。