[發明專利]用脈沖雷達測量雷達反射性和多譜勒偏移的方法和系統

無效

• 申請號: 99806543.9
• 申請日: 1999-03-25
• 公開（公告）號: CN1302380A
• 公開（公告）日: 2001-07-04
• 發明（設計）人: 馬庫·薩卡里·雷廷倫
• 申請（專利權）人: 馬庫·薩卡里·雷廷倫
• 主分類號: G01S7/295
• 分類號: G01S7/295
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王勇,陳景峻

本發明一般涉及脈沖雷達系統和由此進行的測量。本發明特別涉及脈沖雷達測量，其中在前一個脈沖已通過測量體積(measurement-Volume)之前不得不發射一個新脈沖。示例性的應用場所包括氣象，監視和遠程探測雷達，以及聲納系統。

一個脈沖雷達包括一個發射機和一個接收機。發射機發射從媒體或固態目標散射或反射的有限長度的無線電波脈沖。接收機可用來測量反射信號的功率或多譜勒偏移或兩者。取樣取自接收的信號，使得功率可以通過平方所得取樣來計算。該功率測量產生關于目標或媒體的雷達反射性的信息；反射性通常稱為散射或反射截面。多譜勒偏移估算是基于信號的自相關函數值，其是通過將取樣乘以按要求延時值延遲的取樣而得到的。典型的脈沖雷達應用包括氣象雷達，其中功率測量用于確定降雨量。而延遲測量用來確定風速。監視雷達測量飛行的船只和其他目標的位置和移動。遠程探測雷達使用在衛星，飛機或直升飛機中，以測量地球表面的不同特性。此外，有許多用于電離層測量(高度70-1000公里)和低大氣層(散逸-同溫-對流層，或MST，雷達)測量的科學雷達設備。聲納似雷達設備，基于聲波而不是無線電波，用于水下測量，以及激光雷達基于使用激光而不是無線電波。其位置和/或移動由雷達測量的物體或媒體一般可稱為目標。在其中執行測量的三維空間稱為測量體積。

作為一個例子，讓我們考慮使用均勻發射脈沖的氣象雷達測量。其脈沖重復頻率(PRF)按照具體測量進行選擇。

當測量雷達反射性時，使用足夠低的PRF(300-500Hz)，使得在下一脈沖發射之前已發射的脈沖將離開該測量體積。這樣接收的信號將只包括來自一個測量體積的響應，由此產生單值的反向性測量結果。其最大測量距離γ_max可按方程計算

γ_max=CT/2????(1)這里C是無線電波在媒體中的速度(對于聲納情況是聲波；對于激光雷達情況是光)，T是相鄰脈沖間的時間間隔，即脈沖重復頻率的倒數。例如，對于在重復頻率500Hz通過空氣發射的無線電波，相鄰脈沖之間的時間間隔是2ms，而最大測量距離是300km。

當測量風速時，相鄰脈沖間的時間間隔確定了單值測量的最大速度V_max。其可定義為

V_max=(λ/4)·PRF????(2)這里λ是波長。在5.6GHz，其落在廣泛使用的稱為C波段的雷達頻率范圍中，當速度給定在每秒數米和重復頻率給定在Hz時，我們得到V_max=0.0134PRF。典型的PRF是1KHz，在此情況下最大可測速度是13.4m/s。

方程(1)和(2)指出，當PRF增加時，最大速度增加，但最大單值距離減少和返過來也一樣。在實際測量中，并不總是可能同時既測量速度又測量距離，至少不準確。在文獻中，這種現象稱為距離-多譜勒難題或距離-速度非單值性(參見例Doviak和Zrnic,"Doppler?radars?and?Weather?observations"Chapter?3.6,Academic?Press,1993)。在1944年9月尚未見對此問題的解決方案(COST?75?Weather?Radar?Systems,International?Seminar,Brussels,Belgium,20-30?September?1994,EUR?16013?EN,1995；U.S.Department?of?Commerce,NoAA,Notice?for?proposalSolicitation?for?a?Solution?to"Doppler?Dilemma")。