高保真机载前视气象雷达低空风切变信号仿真方法

摘要

本发明涉及一种高保真机载前视气象雷达低空风切变信号仿真方法。本发明属于雷达回波信号仿真技术领域。高保真机载前视气象雷达低空风切变信号仿真方法，包括步骤：(1)利用风场仿真软件建立风切变风场模型；(2)根据仿真风场的密度信息计算风切变风场的反射率因子；(3)初始化仿真场景；(4)确定扫描方位内散射微粒与飞机相对位置信息；(5)计算风场散射微粒的回波信号幅度与相位信息；(6)对散射微粒的回波进行叠加，形成一个扫描方位的回波信号；(7)更新天线扫描角度，判断扫描范围，若超出扫描范围，输出仿真结果；反之重复上述步骤。本发明具有方法简单，仿真效果好，高保真对机载气象雷达风切变目标的回波进行仿真等优点。

主权项

1.一种高保真机载前视气象雷达低空风切变信号仿真方法，进行低空风切风场建模，其特征是：在能反映风切变特征的流体力学模型的基础上实现回波仿真，该方法包括以下步骤：(1)基于流体力学和小尺度气象学理论，利用风场仿真软件建立风切变风场模型，得到用于回波仿真的风切变风场的速度分布与密度分布；建立风切变风场模型所需要的控制方程，包括连续方程、动量方程：上式是连续性方程，其中，ρ是密度，t是时间，V是速度矢量，S_m是源项；上式是动量守恒方程，p是流体微元体上的压力，g和F分别代表作用在微元体上的重力体积力和其他外部体积力，τ是因分子粘性作用而产生的作用在微体元表面上的粘性应力张量；(2)根据仿真风场的密度信息计算风切变风场的反射率因子；反射率因子：其中，ρ为大气密度；q_r表示大气中水蒸气与空气的质量比；N_r＝8×10⁶m^-4，为一常数；ρ_r表示水的密度；(3)初始化仿真场景；设置飞机参数、雷达参数、飞机与风场的相对位置以及由风场仿真软件所生成的风场信息参数；风场参数包括风场的水平垂直速度v_x，风场垂直速度v_y，风场密度ρ，风场相对位置坐标(X，Y)，飞机距风场中心的水平距离d；(4)确定当前扫描方位内散射微粒与飞机相对位置信息；(5)计算风场散射微粒的回波信号幅度与相位信息；雷达方程推导出回波信号幅度为 其中，A_i表示第i个散射微粒的幅度与相位，P_t为雷达功率，G表示天线增益，Z_e为反射率因子，λ为发射信号波长，R_i表示飞机与微粒间的距离；(6)对散射微粒的回波进行叠加，形成一个扫描方位的回波信号；(7)更新天线的扫描角度，判断是否超出扫描范围，若已超出扫描范围则停止仿真过程，输出仿真结果；反之，更新飞机与微粒间位置、速度信息，重复(5)(6)直至扫描过程结束。