[發(fā)明專利]多普勒頻率校正二次補(bǔ)償?shù)募す鉁y(cè)風(fēng)雷達(dá)測(cè)風(fēng)方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011103245.9
• 申請(qǐng)日: 2020-10-15
• 公開（公告）號(hào): CN112505719A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳啟敏;張普;楊吳昊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G01S17/58
• 分類號(hào): G01S17/58;G01S7/4861;G01S7/487
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 李雪亞

本發(fā)明涉及一種激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)測(cè)風(fēng)方法及系統(tǒng)，特別涉及一種多普勒頻率校正二次補(bǔ)償?shù)募す鉁y(cè)風(fēng)雷達(dá)測(cè)風(fēng)方法及系統(tǒng)，解決了采用現(xiàn)有頻率校正方法單次校正時(shí)，校正精度低及校正過(guò)程繁瑣的問(wèn)題。該測(cè)風(fēng)方法包括以下步驟：步驟1：采集回波信號(hào)；步驟2：對(duì)回波信號(hào)大量相干累加，獲得回波信號(hào)離散采樣數(shù)據(jù)序列x(n)；步驟3：從x(n)中選取L個(gè)有效數(shù)據(jù)點(diǎn)，補(bǔ)零至N點(diǎn)并進(jìn)行采樣點(diǎn)數(shù)N的快速傅里葉變換，得到幅度譜A(k)；步驟4：利用離散頻譜校正方法得到第一次校正頻率的位置索引值k₀；步驟5：計(jì)算第一次校正頻率f_d1；步驟6：利用第一次校正頻率f_d1設(shè)置仿真理想余弦信號(hào)，得到第二次校正頻率f_d2；步驟7：計(jì)算兩次校正頻率差值Δf_d；步驟8：計(jì)算最終校正頻率f_d；步驟9：計(jì)算風(fēng)速。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)測(cè)風(fēng)方法及系統(tǒng)，特別涉及一種多普勒頻率校正二次補(bǔ)償?shù)募す鉁y(cè)風(fēng)雷達(dá)測(cè)風(fēng)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)的基本原理是應(yīng)用多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)是指當(dāng)發(fā)射源和接收者之間有徑向相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的信號(hào)頻率將發(fā)生變化。由于目標(biāo)回波的多普勒頻率和其徑向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度成正比，因此只要準(zhǔn)確地測(cè)量出目標(biāo)回波的多普勒頻率，就可以確定目標(biāo)徑向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度。當(dāng)將平衡探測(cè)器接收到的大氣風(fēng)場(chǎng)中氣溶膠散射的回波信號(hào)與本振光進(jìn)行拍頻之后，就需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在近距離探測(cè)數(shù)據(jù)處理上，由于快速傅里葉變換((Fast Fourier Transformation，F(xiàn)FT)周期圖法計(jì)算量小、用時(shí)短、效率高，因此，通常采用FFT周期圖法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

采用FFT周期圖法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，由于離散頻譜分析只能在截?cái)嗟挠邢揲L(zhǎng)度時(shí)域上進(jìn)行，不可避免地存在能量泄漏，導(dǎo)致經(jīng)過(guò)快速傅里葉變換(Fast Fouriertransform，F(xiàn)FT)得到的頻譜，其頻率、幅值和相位均可能產(chǎn)生較大的誤差，進(jìn)而在很大程度上限制了該技術(shù)在工程上的應(yīng)用，因此需要研究離散頻譜的校正技術(shù)以消除或大幅度減小這個(gè)誤差，提高分析精度。對(duì)于單頻率成分或間隔較遠(yuǎn)的多頻率成分的離散頻譜，目前常用的校正方法主要有四種，即：比值法、能量重心法、連續(xù)細(xì)化傅里葉變換分析法(FFT+FT)和相位差法。

以能量重心法為例，能量重心法是2001年丁康等在三點(diǎn)卷積幅值校正法基礎(chǔ)上提出來(lái)的一種通用的離散頻譜校正方法。對(duì)于常見的窗函數(shù)，比如矩形窗、Hanning窗、Hamming窗等等，離散頻譜能量重心會(huì)隨著譜線數(shù)n趨于無(wú)窮，無(wú)窮逼近原點(diǎn)。能量重心法正是利用離散窗譜函數(shù)的能量重心是坐標(biāo)原點(diǎn)的原理求出頻率校正量，是一種校正精度較高的校正方法。

在劉昌文等人發(fā)表的論文“激光多普勒測(cè)速中的頻譜校正及其應(yīng)用”(《中國(guó)激光》，第30卷第7期，2003年7月)中，公開了使用能量重心法來(lái)提高多普勒頻率的測(cè)量精度以滿足測(cè)量要求的方法。該方法利用各種窗函數(shù)離散頻譜的能量重心無(wú)窮逼近主瓣中心或在主瓣中心附近，通過(guò)對(duì)信號(hào)功率譜加窗，依據(jù)信號(hào)功率譜的分布特征選擇一種窗函數(shù)并確定采樣點(diǎn)數(shù)，最終以主瓣內(nèi)功率譜值較大的幾條譜線求得主瓣的中心坐標(biāo)，得到校正后的多普勒頻率。這種能量重心法不依賴于窗函數(shù)，算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，計(jì)算量小。但是，該方法仍然存在的不足之處是：多普勒頻率的校正精度與窗函數(shù)類型和采樣點(diǎn)數(shù)的選取有關(guān)，當(dāng)窗函數(shù)選擇矩形窗或者選取的采樣點(diǎn)數(shù)較少時(shí)，多普勒頻率的校正精度較低，無(wú)法滿足調(diào)頻連續(xù)波著陸雷達(dá)高測(cè)速精度的要求。

發(fā)明名稱為“基于多普勒頻譜重心校正的調(diào)頻連續(xù)波著陸雷達(dá)測(cè)速方法”，申請(qǐng)公布號(hào)為“CN 108535719 A”，申請(qǐng)公布日為“2018.09.14”的中國(guó)專利中，公開了一種基于多普勒頻譜重心校正的調(diào)頻連續(xù)波著陸雷達(dá)測(cè)速方法。采用該方法可實(shí)現(xiàn)使用重心校正系數(shù)對(duì)調(diào)頻連續(xù)波多普勒頻譜重心進(jìn)行校正，降低測(cè)速的計(jì)算量，提高測(cè)速精度。但是，該方法需要計(jì)算調(diào)頻連續(xù)波著陸雷達(dá)天線的波束中心差頻信號(hào)頻率估計(jì)值和頻譜寬度估計(jì)值，建立雷達(dá)天線波束地面入射角與差頻信號(hào)頻譜寬度和頻率比值的對(duì)照表，過(guò)程較為繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容