分析模型模拟的天线使用完整的相关分析

博士Nimmagadda Padmaja¹,H.D.Praveena²

教授,ECE称,Sree Vidyanikethan工程学院,Tirupati India1
助理教授、部门的ECE Sree Vidyanikethan工程学院,印度Tirupati 2

文摘

雷达技术已经作为强大的研究工具来研究清晰的空气扰动,云物理、连续和动态的风暴和大规模的风暴。一些地面技术是用来观察和研究湍流回声在MST(中间层平流层对流层)地区。探讨间隔的天线(SA)技术使用全相关分析(FCA)估计风速模拟移动目标的各种应用程序中使用的重要参数之一。大气光强度记录间隔三地区天空,大气和观察中间移动模式的推导和记录。间隔的天线方法应用于model-generated,模拟数据来提取典型相关分析输出参数比如明显的和真正的速度。的数量的主要兴趣是„V的估计?”,“随机速度参数。相关分析是一个逻辑,简单而有效的方法估计风速。这些想法是使用一个数学模型,可以模拟实现高级语言。C语言被用来模拟雷达后向散射和„起源?进一步分析和计算软件有用的数量。 The present model incorporates turbulent motions of the pattern under the presence of noise with varying turbulence strength & varying levels of noise.

关键字

雷达的天线,风速,完整的相关分析。

雷达

雷达探测对象的存在和定位自己的位置在空间传输电磁能量和观察返回的回声。回声不仅表明目标存在,但传播的脉冲之间的时间流逝和收据的回波信号的测量距离目标[8]。

间隔的天线分析

单光束垂直传播,背散射信号在三个或更多将天线接收。然后间隔的天线分析所得通过计算互相关函数为每个副接收天线。的延迟相关函数峰值用于确定湍流结构的漂移速度在接收天线阵列的[1]。天线安排和协调系统用于模拟图1所示。其他参数固定值举行模拟表1中给出。自相关和互相关函数用于随后的系综平均得到的分析结果对许多样品。

标准的统计公式的值之间的相关系数f (x, y)和f (x + & y +),即叙述地、模式和相同的模式转移之间的距离在x方向和y方向是由方程(1)。如果被视为一个函数,称为两维空间相关函数的模式。

(1)

团结= = 0时,减少和增加,最后趋于零的模式转移到目前为止时不存在相关性。

我们现在考虑一个模式在时间随机变化,但不倾向于在任何特定的方向移动(就像沸腾的液体的表面)。数学我们现在有一个依赖时间,我们以模式为f (x, y, t)传感器在一个固定的点,说原点,我们会记录时间变化由f (0, 0, t),这些可以被时间自相关函数定义在通常的方式。更普遍的是,间隔的传感器可以用来确定函数。介绍了通过计算时间的差异从传感器获取的记录之间不同的分离。[2]

(2)

风速测量

确定速度与两个独立的组件,我们希望使用至少三个传感器。我们首先考虑在这些形成一个fight-angled三角形方向分离0 0在y方向上。考虑一个互相关函数沿着x轴双传感器空间。实验,我们在这两点使录音,然后计算它们之间的关联值的相对时间转变。

b .大气雷达后向散射模型

雷达体积扫描波束指向角,根据定义一个“有效的波束宽度和一系列门。在这个模型中雷达体积是封闭在一个圆柱体积,也称为„封闭体积散射在很多地方最初随机位置。这些散射代表区域的折射率不均匀性,而非物理对象。在每个采样时间复杂的返回从每个散射体的添加,更新和散射位置,基于指定值的均值背景风、湍流运动。外封闭体积散射更新职位重新保持常数的散射体[4]。

模型参数仿真

仿真的雷达散射可以实现在一个数学模型使用任何高级语言。这个项目使用„C语言模拟和起源绘图软件的结果进行进一步的分析和计算所需的参数。最初的模拟雷达后向散射实现忽略噪声和湍流的影响。第二步的仿真是模拟湍流运动和湍流的影响。模拟雷达后向散射模型。稳态风矢量的动荡的均方根速度也不同,观察到不同湍流强度的影响。进一步,我们产生噪音和添加噪声与不同强度噪声固有在实时实现。最后,我们比较所有的结果进行进一步分析。天线间距D = / 2没有空间混叠。选择封闭体积是雷达的体积大约四倍。[4]尽管这种安排的天线不是最优配置,这奠定了基础为未来的项目范围和分析。 An equilateral triangle is the optimum configuration. [1]. In this case spatial decorrelation will exist between antennas 2 and 3 since each antenna sees a different cut of the diffraction pattern on the ground when the horizontal velocity is in the x direction.

答:生成时间序列模型

在每个采样时间内的复杂回报所有散射雷达体积增加。分配给每个散射体一个范围内的反射率比[0.5,1.0]与雷达体积内的最大反射率值。复杂的振幅从我届返回散射体ai,位于天顶距,是由

(3)

P()从(3),获得和Ri是一个三角形的范围不同线性加权函数统一中间的距离门的边缘距离为零。[2]。包含方面灵敏度和范围的门函数意味着没有虚假的效果是由一个散射体离开雷达体积,回来这复杂散射体的振幅很小的近距离雷达体积边界。阶段的复杂的回来我散射体是由

(4)

我在哪里r t发射机之间的距离,我th散射体,r r i相关接收机之间的距离,我th散射体,雷达波长。

(5)

Pt在哪里发射机功率(W)。

C是光速(3×108 m / s)

Τ是脉冲宽度(sec)

η反射率(平方米/ m3)的体积是

基于“增大化现实”技术是接收天线孔径(m2)

R (m)的距离。

因此,模拟雷达方程。最初的职位选择散射随机根据x, y,和z。对于每个时间增量,位置更新根据x, y, z组件的速度选择高斯概率密度。这个密度平均速度的平均值,方差衡量的动荡。每次更新后的位置,一套新的随机分布的反射率可以分配。模拟资金分散在连续时间电压增量计算复杂的天线电压随时间的变化为每个接收天线(7、5)。

b .更新散射位置没有噪声和湍流

第i个散射体的位置更新,如果更新的位置为特定的散射体躺在封闭体积散射体是在对面的水平位置,重新占领了之前的采样时间。在re-admission散射体的随机反射率和湍流速度V与散射体再生,为重新散射体被认为是一个不同的散射体离开封闭体积[2]。给出的仿真结果,不同的输入参数包括速度和速度方差在x方向上。所有的散射有18 m / s水平速度为零方差平行于轴。散射振幅,一旦分配,保持不变。的意思是汽车和互相关函数所示结果。三个汽车,cross-covariance three-receiver时间序列的计算功能。在零延迟auto-covariance包括噪声的影响。这是删除使用插值在零延迟和由最小二乘法拟合高斯适合汽车&风速参数计算互相关函数。

c .湍流运动模拟&更新散射位置

第i个散射体的位置(n + 1) th更新后r我位置,给出了n + 1

V是均值背景风速,r, n i n后散射体的位置更新,V可鄙的人(r i n)是湍流速度在r i, n, t是采样时间。湍流运动模拟如下:

生成一个三维向量V对于每一个散射体,与根据高斯分布组件生成指定的水平和垂直均方根(RMS)值。第i个散射体的湍流速度然后给出的

其中年代可鄙的人是“湍流尺度因子”[3]。仿真允许湍流运动发展如此,没有突然的变化。如果假设密度在雷达体积不变,连续性方程满足使用矩形内2%体积的尺度inter-scatterer间距对每个散射位置。

结果

3模拟运行的水平速度估计下列情形:

案例1:没有噪声与动荡

案例2:动荡的均方根速度的10%,15%和20%的稳态风矢量。

案例3:添加噪声强度为20%和40%。

表2中给出相应的速度估计的情况下进行比较。

结论

间隔的天线是一个逻辑方法,简单但有效的方法研究大气中移动模式。这个配置的天线排成一个直角三角形可能不会出现理想的自FCA真实速度偏向的方向天线最大的三角形的一边。然而,这种效应消除接收机噪声是否正常占的葬礼。的结果,很明显,这种估计风速的方法是非常有效的方法。在动荡和噪声的存在,这个模型是适用的,得到了准确的结果。分析还表明,方法有效散射位置天顶随着湍流运动的幅度增加。因此,径向速度的水平风速分量推断必须随着湍流运动的大小的增加而增加。

未来的工作

四个多天线的使用多个接收器,因此更多的空隙(方向),可能会大大改善所有量的测定,在更大范围的观察波长[6]。鉴于臭名昭著的电离层本身的变化,和广泛的无线电波的长度需要观察这个机制。我们得出这样的结论:观察一个温和的数量(例如,4 - 20)的间隔的天线和严格的统计分析的数据评估程序,包括必要的和充分条件来获取有意义的结果。这是一个为未来的工作范围。

表乍一看


表1	表2

数据乍一看


图1	图2	图3	图4

图5	图6	图7	图8

引用

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Guifu张理查德•j . Doviak j . Vivekanandan和斯蒂芬·a·科恩”互相关比率法来估计十字梁风和与一个完整的相关分析,“无线电科学,38卷,3号,2003年。

David a . Holdsworth和伊恩。m·里德,”一个简单的大气雷达后向散射:描述和应用的天线的相关分析数据,”无线电科学,30卷,问题5,页1417 - 1433,1995

罗纳德·f .樵夫和阿尔贝托•吉恩,雷达观测的风和湍流Strastosphere和中间层。杂志大气科学,。31卷,1974年3月2号。

j·w·赖特和m . l . v . Pitteway 1977年,计算机模拟电离层无线电漂移测量,及其相关的分析方法。

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技术和参考手册,NMRF Gadanki。Damle S H,在改变jv和射线K P,„在MST雷达天线阵技术报告吗?。p . Srinivasulu„MST雷达天线阵的特征吗?。

美林Skolnik,„介绍雷达系统?。麦格劳-希尔国际第二版。