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1、和国外专家沟通交流的情况2013年12月23日1 准备的几个问题1.1 关于固态雷达技术1.1.1 固态雷达脉冲压缩副瓣的问题根据国外发表的文献，国外这个问题已经基本得到解决。他们采用非线性调频信号进行脉冲压缩，并且对发射通道（包含上变频和功率放大器）引起的失真进行了补偿，从而能将脉冲压缩的主副比做到60dB以上（实际测量的结果），可以说已经不再存在副瓣的问题了。（见“SOLID-STATE PULSE COMPRESSION RADARS IN JAPAN.pdf”）国内目前采用的是线性调频信号，并且没有对发射通道的失真进行补偿，因此主副比一般理论值（采用Matlab仿真）在40dB左右，实
2、际的测量结果一般在3035dB左右。而且，采用线性调频信号，还会存在一个加权损失的问题，一般在 3dB左右，会造成雷达的灵敏度也降低3dB，相应的探测距离就会下降30%左右。请问：国外是不是采用非线性调频信号进行脉冲压缩的？1.1.2 固态雷达脉冲压缩的盲区问题根据国外发表的文献，国外这个问题已经基本得到解决。他们采用频率分集的技术，以前是双脉冲，现在一般是三个脉冲，先发长、后发中、最后发短脉冲，三个脉冲的载频依次有变化，来进行补盲。（见“FREQUENCY DIVERSITY WIDEBAND WAVEORMS FOR DUAL-POLARIZATION WEATHER RADARS.pdf
3、”）国内目前一般有两种做法：1.频率分集+双脉冲； 2.不采用频率分集，长短脉冲采用分时发射，即这一组几十个相关脉冲内，都是长脉冲；下一组几十个相关脉冲内，都是短脉冲，然后进行拼接。但这种办法将相关脉冲数降到了一半，从而会降低参数的测量精度（随机误差增加到sqrt(2) ）。下面分析双脉冲和三脉冲的性能对比：采用双脉冲，则短脉冲的能量相对比较低，在短脉冲所覆盖的量程内，雷达的探测能力将下降，一般会在1020dB（根据长短脉冲的脉宽之比），在长短脉冲的交接区，如果降水回波的dBZ比较小（一般是小雨级别），就会发生探测不到的情况。而采用三脉冲，由于有了一个中等长度的脉冲，因此这个影响就可以大大减轻
4、，探测能力的下降一般在510dB（根据设计的长、中、短脉冲的脉宽之比）。当然，三脉冲的方法，要求雷达的数字接收机和信号处理器的运算能力提高了50%，但随着现代硬件技术的发展，这一点是没有问题的。请问：国外是不是采用三脉冲频率分集的技术，解决距离盲区的？1.1.3 脉冲压缩体制雷达的雷达常数和最小可探测dBz一般的气象雷达，其计算雷达常数的公式为：其特定距离处的最小可探测dBZ为：请问：对于采用脉冲压缩体制雷达，其雷达常数应该是多少呢？如何体现脉冲压缩对雷达灵敏度的贡献呢？1.2 固态雷达和常规真空管雷达的对比1.2.1 探测能力的对比尽管采用了脉冲压缩技术，国内固态雷达的发射平均功率仍比较低，
5、和真空管体制雷达相比还是有差距。请问：国外固态雷达的发射峰值功率做到了多少？固态雷达的探测能力和真空管的相比如何？1.2.2 固态雷达和真空管雷达可靠性和长期运营成本的对比有没有实际的数据和经验教训。1.2.3 脉冲压缩得到高距离分辨率，相比真空管雷达，有没有好处高分辨率对参数的估计精度的改善：假设最终要求的雷达基数据的距离分辨率为250m，如果固态雷达脉冲压缩之后的分辨率为0.2us=30m，则可以对距离上再进行8次积分，然后再输出结果。由于各个距离单元之间是统计独立的，因此积分后的方差只有原来的1/sqrt(8)。而对方差的这点改善，对于雷达探测可以说是至关重要的。以32个相关脉冲数为例，
6、如果不积分，则ZDR的方差约0.40.5dB（这个结果与回波的谱宽有关）；如果积分之后，则方差可以降到0.2dB以下。而对于真空管雷达，脉宽难以做窄，假定脉宽为1us，则不能再次进行积分了（或者最多再积分2次）。这就造成了双偏振的探测结果的随机误差比较大，影响了雷达探测资料的应用。即使是脉冲压缩之后的分辨率达到了0.1us（即15m），在15m的空间内，照样有几乎无数的粒子，仍然符合气象探测的假设。请问：脉冲压缩得到高距离分辨率，是否对提高参数探测精度有很大的帮助？1.2.4 固态雷达由于省去了波导旋转关节，电路简洁，系统集成度高，对提高双偏振参数估计准确性的好处由于固态雷达的收发组件是安装在
7、天线背面的，因此电磁波的传输就不再需要传统真空管体制雷达所需要的波导旋转关节、多路开关等，电路简洁。而且，收发组件在各个层面都进行了详细的参数监测，接收通道也会采用恒温设计，因此对提高双偏振参数估计的准确性应该有很大的好处，特别是容易受温度影响的ZDR参数。请问：国外的固态雷达的收发组件是不是都安装在天线背面的？有没有将真空管的发射机也安装在天线背面的？1.3 现在，国内，要不要大力发展X波段固态双偏振雷达如果能顺利解决以下几个问题（或者说在一两年内能解决），则我建议大力开展X波段固态体制雷达的研究：l 在相同的天线口径、相同的距离分辨率等条件下，固态雷达的探测能力（即特定距离处的最小可探测d
8、Bz）要高于或等于采用真空管体制的雷达（要求雷达厂家提供最小可探测dBZ的数据）；l 固态雷达需采用非线性调频和失真补偿技术，以达到55dB以上的主副比；l 固态雷达需采用频率分集、三脉冲补盲技术，解决距离盲区问题；l 固态雷达的可靠性（MTBF）进行了严格的测试，的确达到了5000小时以上，的确大大超越了传统的真空管雷达；l 固态雷达的探测精度得到了验证（脉冲压缩雷达的雷达方程得到了解决，标定电路的准确性得到了验证）l 固态雷达在双偏振探测中的优势得到了充分的发挥，相比真空管雷达要有较大的改进（高距离分辨率对参数估计的帮助、对识别的帮助。固态雷达电路简洁对参数稳定性的帮助）l 固态雷达在快扫
9、描探测中的优势得到了充分的发挥，其信号波形的灵活性、PRF的灵活性，以及信号处理算法的优化，使得能在1分钟内完成15个仰角层面，并保证足够的探测精度。从而在防灾减灾中发挥优势。当然，最重要的是：固态雷达的价格要更低（包括一次性采购成本和长期运行的成本）。请问：根据国外的经验，上述几个问题，在理论上，应该能解决的吧？在实践中，国外也已经解决，或者正在解决吧？1.4 由于雷达的复杂性，因此存在很多技术问题难以解决，请问国外是如何推动雷达技术的不断发展的？ 我们现在碰到了各种困扰的问题：（这几个不属于固态的、而是通用的问题）：l 地物杂波抑制的问题，抑制算法对径向多普勒速度接近零的降水回波造成了严重的影响；l 双PRF解速度模糊，斑点多，效果差。这个模糊的问题已经困扰我们雷达观测很多年了。l 低SNR下的参数估计精度问题。例如：相关系数、谱宽就会随着SNR的降低而产生很大的估计偏差；l 快扫描下，怎么办？包括：如何科学合理的设计扫描策略、设计信号处理算法，在相关脉冲数少的情况下，如何提高测量精度等。请问：国外有没有组建专家团队来解决雷达的一些共性问题（指的是雷达硬件+信号处理层面的问题）。以及如何运作这个团队。5