世博文化中心陈泽，田玉芳，吕达仁．北京ＭＳＴ雷达功率谱密度处理算法改进．应用气象学报，２０２０，３１（６）：６９４ ７０５．ＤＯＩ
：１０．１１８９８／１００１ ７３１３．２０２００６０５北京犕犛犜雷达功率谱密度处理算法改进
陈 泽１）２）３） 田玉芳１）２）３） 吕达仁
１）２）３）１）
（中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室，北京１０００２９ ）２）
（中国科学院大气物理研究所香河大气综合观测试验站，香河０６５４００
）３）
（中国科学院大学，北京１０００４９
）摘 要
北京ＭＳＴ（ｍｅｓｏｓｐｈｅｒｅ ｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｅ ｔｒｏｐｏｓｐｈｅｒｅ，中间层 平流层 对流层）雷达是我国“子午工程”一期中探测大气动力结构的独特大型设备。雷达自２０１１年建成以来，已获取较好的大气风场数据，但在其他要素提取方面仍有改进需求。从噪声电平估算与目标回波识别这两个关键步骤改进雷达原始功率谱密度处理算法， 以期得到更准确的大气要素信息。在噪声电平估算方面，提出应用对数 线性拟合方案快速实现客观分析法，与二分法方案差值的标准差为０．４３ｄＢ，表明对数 线性拟合方案能兼顾时效性与准确性。改进后的数据处理算法能够精确识别目标回波。利用改进算法处理２０１２年１—１２月数据结果与雷达、探空以及ＥＲＡ５再分析数据进行比较， 各高度纬向风与探空测值的均方根误差均为２～３ｍ·ｓ－１，优于雷达产品和探空测值均方根误差（３～４ｍ·ｓ
－１
），信噪比、谱宽和垂直速度质量也有明显提高，表明改进算法可靠、有效且相对易于实现。
关键词：北京ＭＳＴ雷达；功率谱密度处理；对数
茉莉酮酸线性拟合方案；目标回波精确识别引 言
ＭＳＴ（ｍｅｓｏｓｐｈｅｒｅ ｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｅ ｔｒｏｐｏｓｐ
ｈｅｒｅ，中间层 平流层 对流层）雷达根据大气折射指数不规则体对雷达发射电磁波产生的后向散射， 获取对流层、下平流层以及中间层的大气三维风场及大气折射率结构常数等信息。可对３～２５ｋｍ，６０～９０ｋｍ高度及以上大气层进行高时空分辨率探测，
是研究大气多层区动力学特征与过程的独特手段。ＭＳＴ雷达的回波机制主要有３种：
湍流散射、镜面反射以及热散射。大气湍流活动会造成大气折射率分布随机起伏，从而对电磁波产生散射，称为湍流散射，主要发生在对流层及以下大气层。大气中折射率水平分布较均匀，
代理记帐管理办法但在垂直方向上存在很大梯度，使用米波段或分米波段雷达探测该结构时，存在镜面反射机制，
如对流层顶区。高层大气中离子、电子热运动形成
的自由电子密度随机起伏，造成大气折射率不均匀分布，雷达电磁波产生的散射称为热散射，在中间层 低热层起作用。大气湍流散射是ＭＳＴ雷达回波
正来学堂
萃取精馏的主要成因，有效散射体的空间尺度与入射电磁波半波长相当。ＭＳＴ雷达回波非常微弱，同时ＭＳＴ雷达目标信号也会受到本机噪声、地杂波以及间歇性杂波等影响。因此，从有干扰的弱信号中提取大气信号，
需经过信号处理与数据处理。北京ＭＳＴ雷达天线接收信号后，
通过收发组件放大后传输至数字接收机，由ＤＢＦ（ｄｉｇｉｔａｌｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ
，数字波束形成）进行波束形成，经信号处理机处理得到功率谱密度。数据处理以功率谱密度为基础，进行非目标信号抑制与目标信号识别，再进行谱矩计算，得到雷达回波强度、信噪比（ＳＮＲ）
、谱宽、径向速度以及三维风场与大气折射率结构常数犆２狀。
工夫在诗外２０２０ ０４ １７收到，２０２０ ０８ １０收到再改稿。
资助项目：中国科学院重大科技基础设施开放研究项目“基于子午工程的中低纬大气层
电离层的相互作用研究”，国家自然科学基金项目（４１９０５０４２），电波环境特性及模化技术重点实验室基金（６１４２４０３１８０２０４），临近空间探测实验与科学研究（ＸＤＡ１７０１０１０３），中国科学院前沿科学重点研究项目（ＱＹＺＤＹ ＳＳＷ ＤＱＣ０２７
） 通信作者，邮箱：ｔｉａｎｙｕｆａｎｇ＠ｍａｉｌ．ｉａｐ
．ａｃ．ｃｎ第３１卷第６期２０２０年１１月
应用气象学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＡＰＰＬＩＥＤＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩＣＡＬＳＣＩＥＮＣＥ Ｖ
ｏｌ．３１，Ｎｏ．６Ｎｏｖｅｍｂｅｒ２０２０
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议