[發明專利]一種氣象目標的合成孔徑觀測方法

在審

• 申請號: 202310311275.6
• 申請日: 2023-03-27
• 公開（公告）號: CN116430385A
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 劉鵬
• 申請（專利權）人: 劉鵬
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S13/95;G01S7/41
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 楊小蓉;陳琳琳

本發明屬于氣象觀測技術領域，尤其涉及一種氣象目標的合成孔徑觀測方法，基于安裝在衛星運動平臺上的雷達系統實現，所述方法包括：由雷達系統發射一系列高重復頻率的調頻脈沖，通過頻分復用接收獲取回波信號，對回波信號進行合成孔徑處理獲得合成孔徑子波束回波信號。采用本發明的方法能大幅度減少雷達的體積、重量和研制經費，大幅降低雷達的峰值發射功率，能夠在更小天線尺寸下獲得更高分辨率，在同等降水強度下，獲得更高的回波信噪比。

技術領域

本發明屬于氣象觀測技術領域，尤其涉及一種氣象目標的合成孔徑觀測方法，實現對云雨高精度定量觀測。

背景技術

星載降水雷達是氣象雷達的一種，是探測云雨分布的有效手段，通過間歇性地向空中發射脈沖信號，接收氣象目標的回波，測量不同高度降水粒子的雷達反射率因子，實現對云雨高精度定量觀測。傳統降水雷達存在主要問題是一是采用實孔徑天線測量，存在方位分辨率與天線尺寸之間的矛盾；二是采用窄脈沖測量，峰值功率很高，這對功率放大器和散熱提出了很高的要求。

采用合成孔徑雷達進行降水測量，能有效減少順軌向天線尺寸，從而降低系統重量，并降低峰值發射功率的要求。目前國內外研究的合成孔徑降水雷達尚不具備實用性，主要原因是一雨水目標運動速度快，回波信號的多普勒展寬不可忽略，為保證回波脈沖時域不重疊，信號脈沖重復頻率較低，在合成孔徑相干時間內的脈沖過于稀疏；二是由于合孔徑時間較長，距離徙動無法忽略，合成孔徑處理后存在虛焦，影響反射因子產品精度。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術缺陷，提出了一種氣象目標的合成孔徑觀測方法。

為了實時上述目的，本發明提出了一種氣象目標的合成孔徑觀測方法，基于安裝在衛星運動平臺上的雷達系統實現，所述方法包括：

由雷達系統發射一系列高重復頻率的調頻脈沖，通過頻分復用接收獲取回波信號，對回波信號進行合成孔徑處理獲得合成孔徑子波束回波信號。

作為上述方法的一種改進，所述由雷達系統發射一系列高重復頻率的調頻脈沖，具體包括：第i個脈沖信號s_i(t,η,f_i)，其中t為距離向時間，η為方位向時間，f_i為載頻，脈沖間頻率不重疊，脈沖重復頻率大于10KHz。

作為上述方法的一種改進，所述雷達系統的接收機包括若干個頻率通道，能夠通過頻域濾波對回波脈沖加以區分，接收的回波信號

其中，τ₀是目標回波時延，τ₀＝2R(η)/c，c為光速，R(η)是衛星目標斜距，η_c是波束中心時刻，V_a為衛星的飛行速度，R₀為衛星高度。

作為上述方法的一種改進，所述對回波信號進行合成孔徑處理獲得合成孔徑子波束回波信號；具體包括：依次對每個通道回波進行采樣及解頻分復用、合成孔徑處理、多普勒估計、多普勒頻率項補償和功率累加和，得到氣象反射因子。

作為上述方法的一種改進，經采樣及解頻分復用得到基帶回波s(t,η)為：

s(t,η)＝A₀p_r(t-τ₀)w_a(η-η_c)exp(-j4πf₀τ₀)

其中，A₀是回波幅度，p_r(·)是距離向包絡函數，w_a(·)是方位向包絡函數，j表示虛部。

作為上述方法的一種改進，所述合成孔徑處理具體包括：