Моделирование сигналов импульсно-доплеровского радиолокатора при наблюдении неоднородных метеообразований


Авторы

Гаврилов К. Ю.1*, Безуглов А. А.2**

1. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4
2. Филиал ПАО «ОАК» - ОТА, г. Москва, Россия

*e-mail: kongav3461@mail.ru
**e-mail: bezuglov_70@mail.ru

Аннотация

Работа посвящена разработке методики моделирования сигналов доплеровских метеорологических радиолокаторов. Предлагаемая методика включает три этапа. На первом этапе проводится разработка математической модели метеообразования, в основе которой лежит использование полей двух видов – скалярного и векторного. Скалярное поле задает пространственную функцию распределения отражательной способности метеообразования в заданной области, а векторное поле – функцию распределения вектора скоростей.
    Второй этап заключается в моделировании отраженного сигнала от метеообразования, которое представлено в виде множества точечных отражателей. На этом этапе определяются основные свойства радиолокационных сигналов, которые используются на третьем этапе моделирования. В результате проведения третьего этапа моделирования формируется двумерная матрица цифровых отсчетов (значений комплексной огибающей) сигналов в координатах «азимут-дальность». На этом этапе вводится имитационная модель отраженных сигналов, в качестве которой предлагается использовать случайный узкополосный процесс, центральная частота которого равна среднему значению частоты Доплера сигнала метеообразования. 
    Для каждого этапа моделирования приведены примеры моделей метеообразований и соответствующих им отраженных сигналов. Результаты моделирования комплексной огибающей сигналов на втором и третьем этапах представлены в виде реализаций случайных процессов при заданных значениях параметров метеобразований и характеристик радиолокатора.

Ключевые слова:

доплеровский метеорологический радиолокатор; неоднородное метеообразование; моделирование сигналов метеорадиолокатора; многоточечная модель пространственно-протяженной цели

Список источников

  1. Doviak R. J., Zrnic D. S. Doppler Radar and Weather Observations. 2nd ed. — London: Academic Press Limited, 1993. — 562 p.
  2. Руководство по сдвигу ветра на малых высотах: Doc 9817 AN/449 / Международная организация гражданской авиации. — Изд. первое. — Монреаль: ИКАО, 2005. — 258 с.
  3. Справочник по радиолокации: в 2 кн. Кн. 2 / под ред. М. И. Сколника; пер. с англ. под общ. ред. В. С. Вербы. — М.: Техносфера, 2014. — 680 с.
  4. Кхыонг Н. В. Обоснование возможности применения посадочного радиолокатора для обнаружения метеообразований // Труды МФТИ. — 2021. — Т. 13, № 1 (49). — С. 71–82.
  5. Cheong B. L., Hoffman M. W., Palmer R. D. Efficient Atmospheric Simulation for High-Resolution Radar Imaging Applications // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. — 2004. — Vol. 21, № 2. — P. 374–378.
  6. Liu X., Liu C., Liu W. Wind Shear Target Echo Modeling and Simulation // Discrete Dynamics in Nature and Society. — 2015. — Vol. 2015. — Article ID 479804. — 6 p.
  7. Fan Y., Wu R., Meng Zh., Su Zh., Lu X., Huang J. Wind Shear Signal Simulation of the Airborne Weather Radar // Proceedings of the 2011 IEEE Radar Conference (RadarCon). — Kansas City, MO, 2011. — P. 710–713.
  8. Choi J., Koh I.-S., Jung J.-H. Time Domain Signal Simulation of Weather Clutter for an Airborne Radar Based on Measured Data // Journal of Electromagnetic Engineering and Science. — 2022. — Vol. 22, № 4. — P. 403–411.
  9. Lei L., Zhang G., Cheong B. L., Palmer R. D., Xue M. Simulations of Polarimetric Radar Signals Based on Numerical Weather Prediction Model Output // 25th Conference on International Interactive Information and Processing Systems (IIPS) for Meteorology, Oceanography, and Hydrology. — 2014.
  10. Li X., Lin Z., Bu Zh., He J., Liu F., Shi Zh., Tang Sh., Wang Ch., Dai Sh. Volume Scan Modeling Simulator of a 1D Phased Array Weather Radar // EURASIP Journal on Advances in Signal Processing. — 2023. — № 79.
  11. Lagha M., Bensebti M. Weather Radar Signals with Alpha Stable Distributions // HAL Open Science. — 2007. — hal-00194153.
  12. Dai Sh., Li X., Bu Zh., Chen Y., He J., Li M., Xiong M. Signal Simulation of Dual-Polarization Weather Radar and Its Application in Range Ambiguity Mitigation // Atmosphere. — 2022. — Vol. 13, № 3. — Article 432.
  13. Моделирование и обработка радиолокационных сигналов в Matlab: учеб. пособие / под ред. К. Ю. Гаврилова. — М.: Радиотехника, 2020. — 264 с.
  14. Richards M. A. Fundamentals of Radar Signal Processing. 2nd ed. — New York: McGraw-Hill Education, 2014. — 656 p.
  15. Вайнштейн Л. А., Зубаков В. Д. Выделение сигналов на фоне случайных помех. — М.: Сов. радио, 1960.
  16. Быков В. В. Цифровое моделирование в статистической радиотехнике. — М.: Сов. радио, 1971.
  17. Jaffe R. C. Random Signals for Engineers Using MATLAB and Mathcad. — New York: Springer (AIP Press), 2000. — 374 p.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2026

 Вход