极区中层顶区域重力波谱的季节变化

使用MAP/WINE和MAC/SINE两次试验中测量的25m高分辨率水平速度数据和1km低分辨率温度数据,研究极区中层顶区域重力波谱的季节变化.温度的直接测量使计算的谱振幅和Richardson数更接近真实大气.结果显示,极区中层顶区域水平速度垂直波数谱的斜率和振幅存在相当大的变率,这些大的观测变率用各种饱和模式及普适垂直波数谱不能解释.然而平均垂直波数谱显示了明显的季节变化,在夏季,平均谱具有饱和特性;在冬季,平均谱具有非饱和特性.这意味着饱和过程存在于夏季而不是冬季.因此,夏季比冬季应有更强的湍流.这个结果与湍流季节变化的观测大致一致.从Brunt-Vaisala频率N和水平风切变计算的Richardson数Ri剖面也显示出季节差异,Ri<1/4的动力不稳定区出现在夏季,而Ri>0.4的稳定区出现在冬季.这些不稳定区与夏季谱结合很好,而稳定区则与冬季谱结合很好.     

一个湍流谱的进一步研究

一枚Chaff火箭在87.4km高度测量到高达0.33s-1的风切变剖面,相信这个切变值是中层大气曾经测量到的最大切变值.在这个异常大风切变层内,垂直速度扰动谱在浮力子区,惯性子区,和粘性子区有谱斜率-3.10,-1.65,和-7.11,这个观测与中性密度扰动一致.计算的内尺度和浮力尺度与扰动谱中的崩溃点不一致,这个结果与中性密度扰动不一致.讨论了湍流和重力波之间的关系,结果表明,增强湍流与波场饱和有好的联系.      

一枚Chaff火箭观测到的湍流谱

在一个异常强水平风速和极端大风切变层内, 垂直速度扰动谱表明几个相当重要特征:(1)垂直速度扰动谱有二个区域, 一个在低频区, 有谱斜率一1.65, 这个谱斜率接近于惯性子区内-5/3谱斜率, 另一个在高频区, 有谱斜率-7.11, 它接近于粘性子区内-7谱斜率.(2)垂直速度扰动谱有一个崩溃点, 约位于70m, 这与计算的内尺度有好的一致.(3)由垂直速度扰动谱计算的湍流能量耗散率是0.087m2·s-3, 这比MAP/WINE试验中得到的值约大一个数量级.      

极区夏季70—100km大气垂直速度扰动功率谱的观测

使用1987年夏季MAC/SINEcampaign期间在挪威北部的Andenes发射的5枚chaff火箭垂直速度数据研究了70—100km高度范围内大气垂直速度扰动垂直波数谱.发现垂直速度垂直波数谱在39×10-4m－1处有1个谱缺口.在大于这个谱缺口的垂直波数范围,垂直速度垂直波数谱与饱和谱模式有好的一致.在小于这个谱缺口的垂直波数范围,垂直速度垂直波数谱有谱斜率－1.87和谱振幅比饱和谱振幅低1个量级,认为在低波数,除重力波外的其它地球物理过程存在于垂直速度扰动中.      

冷锋期间武汉MST雷达低平流层回波异常现象

武汉MST雷达是中国子午工程建设的两台中高层大气无线电探测雷达之一.该雷达探测频率在VHF频段，雷达回波在低平流层和对流层上部具有角谱特性，可为研究大气动态稳定性提供有效技术手段.本文利用武汉MST雷达2016年4月17日冷锋活动期间及平静天气的角谱实验数据，从雷达回波特性变化、风场空间分布、湍流生成机制以及内重力波影响四个方面分析并解释了MST雷达对流层顶上部区域出现持续异常强回波带的成因.分析结果表明，对流层冷锋的强对流作用诱发内重力波，内重力波向上传播至低平流层后受增强的剪切急流影响发生耗散甚至破碎，激励了长时间跨度的K-H不稳定性，进而导致水平反射层结构发生扰动生成湍流，使得雷达回波结构发生变化.      

极区中层夏季回波与频率关系的初步分析

研究不同频率的雷达体在不同时间和地点测量的极区中层夏季回波(Polar Mesosphere Summer Echoes,PMSE)体反射率,发现雷达体反射率与工作频率的4次方成反比,即产生PMSE回波的散射体的雷达散射截面与频率的4次方成反比,这种频率依赖关系不同于传统湍流理论.最后提出了PMSE实验和理论研究的新方法.      

基于分层介质模型的HF雷达高度计火星回波仿真研究

火星次表层中的水探测是当前深空探测领域中的热门问题之一. 高频(HF)雷达高度计具有较强的穿透能力, 且能同时实现距离和功率测量, 是火星次表层探测的重要手段. 介绍了高频雷达高度计系统的原理和设计, 通过分析高度计电磁脉冲与多层光滑介质之间的相互作用, 得出其回波功 率随时间变化的模型, 并考虑了表面粗糙度对表面回波功率的影响. 选用典型的火星分层介质模型, 对其介电常数特性和高度计回波波形 进行了仿真. 仿真结果表明, 采用高频雷达高度计系统可实现对火星次表 层介电特性垂直廓线的反演, 对火星中水的识别具有重要 作用.      

夜侧极区电离层对流对行星际激波的响应

利用超级双子极光雷达网（Super Dual Aurora Radar Network,SuperDARN）高频雷达、北半球IMAGE地磁台链以及南极中山站的极光观测数据,研究电离层对流对2012年7月14日一个行星际激波扰动事件的响应.在18:10UT行星际激波到达地球并与磁层相互作用触发地磁急始和磁层亚暴,SuperDARN雷达观测到北半球夜侧极区电离层对流显著增强,观测视野覆盖黄河站的Hankasalmi雷达观测到从激波到达地球至18:33UT,电离层F层出现剧烈扰动,雷达回波数明显增多,并出现局部对流速度反转现象.18:33UT之后,观测到F层出现三块速度高达600m·s-1的逆阳运动不规则体.而与Hankasalmi雷达地磁共轭的南半球Kerguelen雷达探测到的回波主要来自E层,回波数量几乎无变化,但是Kerguelen雷达观测视野内的中山站全天空光学成像仪观测到极光活动显著增强.南北半球夜侧电离层观测结果的差异,主要是由于它们分别处于极夜和极昼.      

单人行走运动参数估计方法

人体运动雷达微多普勒能够为目标识别提供特征。由于行人雷达回波的复杂性,从雷达回波中提取运动参数难度很大。为了实现目标精确识别,提出了一种估计单人行走平动速度、步态周期和步长的方法。首先应用广义S变换(GST)得到雷达回波的微多普勒谱,然后提取出躯干部位的微多普勒分量,并将此分量转为一维时间频率序列,最后从序列中直接估计行走的平动速度和步态周期,用这2个估计值间接估计步长。仿真实验证明:本文方法抗噪声性能好,当信噪比大于4 dB时,估计精度高。      

利用点目标回波抑制距离旁瓣的方法

针对雷达脉冲压缩过程中引入的距离旁瓣问题,提出一种基于反卷积算法并利用点目标回波进行旁瓣抑制的方法.从雷达回波中提取准点目标回波,进而提取目标信息,实现对距离旁瓣的抑制.利用点目标回波旁瓣抑制方法对海南VHF非相干散射相控阵雷达的电离层回波数据进行处理.结果表明:强目标的旁瓣干扰抑制优于5dB,这证明了该抑制方法的有效性;旁瓣抑制效果与回波的信噪比有关,降低背景噪声和系统噪声的影响可提高其距离旁瓣抑制效果.      

VHF radar observation of wave instability and turbulence in the mesosphere

At mesospheric heights, VHF radar measurements reveal strong signal power bursts which have the same period as simultaneously observed short-period velocity oscillations. Both the power bursts and the velocity oscillations occur in layers of maximum vertical wind shear generated by tidal or long-period gravity waves with apparent vertical wavelengths of the order of 10 km. A comparison with similar power bursts measured in the troposphere during a jet stream passage leads to the conclusion that the short-period velocity oscillations are due to a Kelvin-Helmholtz instability. This instability in turn generates superadiabatic lapse rates so that strong turbulence can occur which produces the observed signal power bursts.     

星载SAR天线指向稳定度对成像质量的影响

从星载合成孔径雷达(SAR)天线指向不稳定对成像质量影响的角度研究天线指向稳定度.对均匀加权天线,详细推导了天线指向不稳定引起的成对回波的位置和幅度,分析了成对回波对点目标冲激响应的峰值旁瓣比、积分旁瓣比的影响.研究了天线指向不稳定造成的多普勒中心频率误差,根据多普勒中心频率误差与图像位置偏移的关系,给出了图像质量对天线指向稳定度的要求.最后进行了计算机仿真,验证了分析结果.     

边界层转捩过程三维扰动的发展和演化

引入展向调制的二维人工扰动激发平板边界层转捩,利用水槽氢气泡流动显示技术观察到转捩边界层中典型三维扰动的产生和发展,包括Λ结构、发卡涡以及发卡涡演化生成环状涡的过程.实验结果显示出环状涡和尖峰结构的关系,直接证实了尖峰结构的产生机理.在流动紊乱化初始阶段发现常出现在湍流边界层中的暗斑结构,结果表明与暗斑相伴随的局部高剪切层不稳定可能是流动紊乱化的重要原因.     

Seasonal variations in vertical distribution of meteor decay time as observed from meteor radars at 8.5°N and 80°N

The decay times of meteor radar echoes have been used for decades to investigate characteristics of the mesosphere and lower thermosphere (MLT) region. As the meteor echo decay time depends on background atmospheric parameters, in the present communication, we examine the seasonal variation of the vertical distributions of underdense meteor echo decay times with respect to echo strength. Observations from two similar radars located at two distinct geographical locations, Thumba (8.5°N, 77°E) and Eureka (80°N, 85.8°W) were used for the present study. Here, the radar received signal power is categorized into strong and weak echoes and vertical profiles of their decay times are constructed. It has been noticed that the monthly mean decay time vertical profile turning altitude (i.e., inflection point) varies in the range of 80–87?km of altitude depending on latitude. The turning altitude is observed at relatively lower heights in the winter than in summer at both the latitudes. The present analysis shows that the meteor decay time below the mean turning altitude follows a decreasing trend with decreasing altitude, which is quite distinct to the behaviour of ambipolar diffusion. It is also observed that there is a difference in mean decay time of strong and weak echoes below 90?km of altitude, which is very prominently seen at lower altitudes. This difference shows a seasonal pattern at high latitude, but does not show any seasonal variation at low latitude. The present results are discussed in light of current understanding of the meteor decay time.     

基于最大熵法和遗传算法的SMSP干扰对抗方法

线性调频(LFM)信号是现代雷达常用的发射信号,可以有效提高雷达的检测性能,然而频谱弥散(SMSP)干扰应用于主瓣自卫式干扰时,干扰信号强度远大于目标回波信号,能够对目标回波信号形成遮盖,是一种有效对抗LFM信号的干扰样式。利用干扰信号与目标回波信号时频特征的不同,通过广义S变换(GST)凸显时频特征差异。运用最大熵法和遗传算法(GA)求取时频滤波器的分割阈值。通过构造的时频滤波器达到干扰抑制的目的。仿真结果表明:当干信比(JSR)大于10 dB、信噪比(SNR)大于0 dB时, 所提方法具有较好的干扰抑制效果,其中最大信干噪比(SJNR)增益接近25 dB。      

基于CPLD的雷达信号发生器设计

现代战争对雷达系统设备功能与性能提出了越来越高的要求,信号发生器作为雷达系统的重要组成部分面临着更高的挑战。针对雷达整机测试中动态目标模拟难的问题,提出了基于CPLD的雷达信号发生器设计方法。通过采用可编程逻辑器件,用拨码开关调节产生复杂的组合逻辑时序,控制雷达波形产生器和频率合成器,产生多种高频目标回波信号,模拟空中真实目标,在雷达不开发射机的情况下,实现了对雷达整机性能的测试。同时,对模拟的雷达目标回波信号进行了测试。结果表明,信号发生器满足设计要求。     

An intercomparison of meteor radar measurements at the South Pole using two different processing systems

A new meteor radar system was installed at the Amundsen–Scott station South Pole in 2001 to further the understanding of the dynamics of the Antarctic region. The antenna array consists of four yagis pointed along the 0°, 90°, 180°, and 270° meridians and five folded crossed dipoles arranged in a cross configuration and operating as an interferometer to provide position measurements for the detected radio meteors. The four yagis are time division multiplexed and used for both transmitting and receiving while the five folded crossed dipoles are only used for reception. The current arrangement of data acquisition (DAQ) systems at the South Pole allows the collection of meteors in a configuration similar to the previous meteor radar system that operated at the South Pole in the mid 1990s while also using an interferometer to accurately determine the meteor positions in the sky, which enables the determination of the vertical structure of the observed waves. This has been accomplished through the use of two DAQ and post-processing systems: COBRA (Colorado Obninsk radar) connected to the yagis and MEDAC (meteor echo detection and collection) connected to the folded crossed dipoles. With two separate DAQ systems operating in parallel we have the ability to directly compare the results and understand the inherent variability in the derived scientific results based on different system architectures and processing assumptions. The impact of operating a system without an interferometer on the amplitudes and phases of the observed wave components is considered. We find that the lack of altitude resolution of the COBRA DAQ system leads to an underestimation of the amplitude of the s = 1 component of the semidiurnal tide of ∼20% during the summer months.