[發明專利]一種基于渦旋電磁波的大氣湍流探測方法及系統

有效

• 申請號: 201911323840.0
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN110954903B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 周晨;王翔;周欣;趙正予
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01S13/95
• 分類號: G01S13/95;G01S7/41
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張宇

1.一種基于渦旋電磁波的大氣湍流探測系統，其特征在于，包括：天線、發射分系統、接收分系統以及信號處理分系統；

所述天線為24×24副三陣元八木天線組成矩形有源相控天線陣列，陣元間距：dx≤0.7λ，dy≤0.7λ，λ＝6m；陣元長：x＝24×0.7λ；該天線的工作頻率為50MHz，天線掃描周期內掃過天頂、東15°、西15°、南15°、北15°五波束，把回波信號通過接收通道放大后傳給接收分系統以及信號處理分系統；天線主桿長2.4m、外徑50mm；

所述發射分系統，用于將來自頻率源的射頻激勵信號放大后，經功分器再次放大后由各個天線陣元輻射出去；發射分系統主要包括發射前級分機和T/R組件，其中，發射前級分機的主要功能是將來自頻率源10mW的射頻激勵信號放大至300W，經功分器放大后由576個天線單元輻射出去；發射前級分機由前級RF放大器、保護檢測板、PIN調制器、射頻故障檢測電路、發射電源機部分組成；

所述接收分系統，用于接收后向散射信號，并對后向散射信號進行數字采樣，輸出I/Q數據給信號處理分系統；該接收分系統還設有故障檢測裝置，故障檢測裝置中的頻率綜合器產生測試信號，通過場放前定向耦合器及高頻選擇開關送入接收分系統，測試源的選擇由信號處理機發出的控制指令控制，利用測試信號檢測接收機及信號處理分系統的大部分指標，在出現故障時，利用此測試信號隔離故障點；

該大氣湍流探測系統包括三種工作模式：

工作模式	脈寬	重復周期	壓縮后脈寬	占空比	分辨率
低模式	8μs	80μs	1μs	10％	150m
中模式	32μs	160μs	4μs	20％	600m
高模式	160μs	800μs	10μs	20％	1500m

且該大氣湍流探測系統在中頻上采樣，輸入信號是單路信號，正交雙通道信號在數字域形成，雙通道的幅度一致，相位正交；

所述信號處理分系統，用于執行以下步驟：

向待探測區域發射OAM電磁波；

接收針對所述待探測區域的后向散射電磁波，并識別出所述后向散射電磁波的波場分布函數，根據所述后向散射電磁波的波場分布函數以及在無湍流條件下的OAM電磁波的波場分布函數求解出大氣湍流的復相位干擾因子；

根據所述后向散射電磁波的波場分布函數以及超幾何高斯波束的軌道角動量模在徑向方向的概率密度分布求解出大氣湍流對應的相位因子，使用所述復相位干擾因子以及所述相位因子表征大氣湍流狀態。