02546124/2006/26(4)-257-07Chin.J. Space Sc.空間科學(xué)學(xué)報(bào)Shu Weiping, Zhao Zhengyu. The suppression of triangle size effect in spaced antenna wind measurements. Chin. J. Space Sci.2006,26(4):257~263空分天線風(fēng)場(chǎng)測(cè)量中三角尺寸效應(yīng)的抑制舒衛(wèi)平趙正予(武漢大學(xué)電子信息學(xué)院武漢430079)摘要利用空分天線方法進(jìn)行風(fēng)場(chǎng)測(cè)量時(shí)存在著三角尺寸效應(yīng),以往公認(rèn)的產(chǎn)生原因包括電子噪聲干擾、地雜波等因素.本文首先提出另外一種產(chǎn)生三角尺寸效應(yīng)的可能原因,即大氣非平穩(wěn)性和不均勻性(可統(tǒng)稱為大氣非平穩(wěn)性),并討論了由于此原因?qū)Υ髿怙L(fēng)場(chǎng)測(cè)量的影響和作用以及產(chǎn)生三角尺寸效應(yīng)的具體機(jī)制.在此基礎(chǔ)上提出了一種用來(lái)消除大氣的非平穩(wěn)性影響的方法,即增量累積量法用增量累積量方法的特例(2階零延遲增量累積量)得出一維平均速度的表達(dá)式理論分析表明利用該方法還可以有效地去除地雜波效應(yīng);高階(k≥3)情況,增量累積量還可以抑制高斯噪聲.分別在非平穩(wěn)大氣情況和有地雜波情況下,對(duì)空分天線方法中的全相關(guān)分析算法和增量累積量法進(jìn)行數(shù)值模擬對(duì)比,得出結(jié)論:隨著天線間距的變化,增量累積量法實(shí)測(cè)平均風(fēng)場(chǎng)水平速度與模型輸入速度的偏差比全相關(guān)分析算法要小得多關(guān)鍵詞風(fēng)場(chǎng)測(cè)量;三角尺寸效應(yīng)中圖法分類號(hào)P353The Suppression of Triangle Size Effect in SpacedAntenna wind measurementsSHU Weiping ZHAO Zhengyu(School of Electronic Information, Wuhan University, Wuhan 430079)Abstract There is the Triangle Size Effect(TSE) in wind measurements with Spaced Antenna(SA)method due to electronic noise and ground clutters etc. Another possible cause(non-stationaryof atmosphere) of TsE and the mechanism of its effect to wind measurements was discussed in thispaper. The work also presents Increment's Cumulant Approach(ICA)to eliminate the non-stationaryof atmosphere and ground clutter based on the analysis of the causes of TsE; the analytical expressionof one dimension mean velocity can also be obtained by the special case of Increment's CumulantApproach(the 2nd order zero-lags ICA). In addition the high order(k> 3)cumulant of increment areproposed to suppress Gaussian noise. The comparisons between FCA and ICA with non-stationaryand ground clutter by numerical simulations show that the measurement errors of ICA are muchless than those of FCA by comparing mean horizontal velocities(output of simulations)and inputvelocities of modeey words Wind measurements, Triangle size effect*國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(40474066)2005-09-21收到原稿,2006-04-23收到修定稿25Chin.J, Space Sci.空間科學(xué)學(xué)報(bào)2006,26(4)1引言p(r,T+△r,t,t+7)=Ele(r,t)e(r+△r,t+T)空分天線方法(SA)是雷達(dá)測(cè)量大氣的一種通常方法,其利用三組或三組以上空間分離的天線豎上兩式中,r和r+△r分別為求取互相關(guān)接收天直向上發(fā)射和接收叫,通過(guò)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行全相關(guān)線空間位置矢量,E表示集合平均分析(FCA)或全譜分析(FSA1~剛得出風(fēng)場(chǎng)參定量地討論一維情況,一維情況只是實(shí)際二維量.實(shí)際測(cè)量中發(fā)現(xiàn),風(fēng)場(chǎng)參數(shù)隨著三組空分天線情況在豎直平面內(nèi)的投影,所以在研究問(wèn)題時(shí)具有組之間的間距改變而變化,呈現(xiàn)一種不穩(wěn)定性,即代表性為三角尺寸效應(yīng)(TSE)4.TSE給風(fēng)場(chǎng)測(cè)量帶來(lái)了先假設(shè)地面上有兩組接收天線1和2,它們之很大誤差,導(dǎo)致測(cè)量風(fēng)速與真實(shí)風(fēng)速的差異以前的間的距離為0·在通過(guò)這兩組天線的豎直平面上研研究往往從一個(gè)角度分析引起TSE的原因同,如隨究一維水平風(fēng)的平均測(cè)量風(fēng)速同6的關(guān)系大氣散機(jī)噪聲,地雜波等,提出了一些抑制TSE的方法,射衍射圖樣因?yàn)樗斤L(fēng)的原因以速度v沿著天線1但在有些情況下效果并不很明顯.和天線2的連線運(yùn)動(dòng).這時(shí)假設(shè)在天線1和天線2在以往的研究基礎(chǔ)上,本文提出可能引起TSE的連線方向上大氣風(fēng)場(chǎng)空間是不均勻的,時(shí)間上是的另外一種新機(jī)制,即大氣的非平穩(wěn)性的影響和作不平穩(wěn)的用.在討論大氣非平穩(wěn)性對(duì)TSE的作用和影響的基在此種天線設(shè)置下來(lái)看一下典型的FCA2過(guò)礎(chǔ)上,結(jié)合以往的機(jī)制,討論了抑制消除大氣的非程求解中水平風(fēng)速設(shè)置下的尺寸效應(yīng)(FCA方法默平穩(wěn)性、地雜波和高斯隨機(jī)噪聲影響的方法,即增認(rèn)為平穩(wěn)過(guò)程,實(shí)際上已是非平穩(wěn)非均勻過(guò)程)量累積量方法(ICA)假設(shè)兩天線固定在散射體圖樣相對(duì)速度為0的數(shù)值模擬是檢驗(yàn)理論成果比較直接、有效和經(jīng)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系上,平穩(wěn)情況此時(shí)空相關(guān)函數(shù)為濟(jì)的手段.文章最后數(shù)值模擬了ICA方法抑制大氣非平穩(wěn)性和地雜波影響的情況P(S, T)=f其中,′為運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系水平坐標(biāo),表示取相關(guān)的兩2大氣非平穩(wěn)性對(duì)TSE的影響路信號(hào)天線位置或空間取樣位置之差;d和b表示散射體的空間和時(shí)間尺度;f表示函數(shù),小括號(hào)中Goly第一次對(duì)TSE做了詳盡的描述,提出為∫的變量在空間非均勻,時(shí)間非平穩(wěn)情況下(3)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理中的數(shù)字化效應(yīng)是產(chǎn)生TSE的可能式可以修改為原因;Mek等人通過(guò)對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)的分析認(rèn)為接收數(shù)據(jù)的噪聲(包括地雜波、電子噪聲等)會(huì)隨著天p(r1,r1+,t,t+T)=線間距的改變對(duì)測(cè)量的水平速度產(chǎn)生程度不同的影2響,有可能是TSE的主要原因, Van baelen通a(r;n++b(+過(guò)仿真數(shù)據(jù)得出了同樣的結(jié)果. Fedor7等人認(rèn)為接收天線組之間的耦合可能產(chǎn)生TSE一般來(lái)說(shuō)接d2(r1,F)b2(t,)收天線組之間耦合是比較小的,所以耦合因素也是其中,r1,r1+F"為運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系中天線1和天線2很小的的空間位置坐標(biāo);d=d(r1,r1+)意味著空間尺除了上述研究和討論外,實(shí)際中由于大尺度大度是天線空間位置的函數(shù);b=b(t,t+T)意味著時(shí)氣運(yùn)動(dòng)的存在,使測(cè)量中接收信號(hào)不再具有平穩(wěn)間尺度是時(shí)刻點(diǎn)的函數(shù).如果天線不是固定在運(yùn)動(dòng)性由FCA2和FSA例標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程可知,接收信坐標(biāo)系中,而是固定在地面上,坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換公式為號(hào)間的自、互相關(guān)函數(shù)被用來(lái)計(jì)算風(fēng)場(chǎng)參數(shù),有r1=r1+v(r1)×tPlr,r, t, t+r)=Ee(r, te(r, t+r)I,p(r+△r,r+△r,t,)r1=r+Elv(r1)×tEle(r+△r,t)e(r+△r,t+T)1)T2=r2+v(r2)×(t+T)舒衛(wèi)平等:空分天線風(fēng)場(chǎng)測(cè)量中三角尺寸效應(yīng)的抑制59或r2=n2+Ev(r2)×(t+7)5)所謂的FCA“真實(shí)速度(平均”為2其中,T1,r2為靜止坐標(biāo)系中空間坐標(biāo),這些坐標(biāo)都是時(shí)間的函數(shù),即d(r1,0,t,r)r1=r1(t),r1=r1(t),d(r1,0,t,7)可(r1)+可(r1+5o)r2=r2(t+r),r2=r2(t+r).(62-[(r1+50)-頁(yè)(r1)×2t/5o式(5)中可(r1)和Elv(x1)以r1為中心的空間鄰域中速度釆樣的集合平均(兩種表示是因?yàn)槟壳坝羞@由式(12)可以看到大氣非平穩(wěn)性帶來(lái)以下影兩種主流表示方法),此時(shí)頁(yè)(1)是空間位置n1的函響,空間的不均勻直接導(dǎo)致了FCA算法中所測(cè)速數(shù);可(r2)的含義相同度與天線之間的間距5有關(guān),即TSE;如果大氣是已知=72-n,=n-n,式(5)中兩式相平穩(wěn)均勻的,則式(-(12)中的空間尺度db為常減得到數(shù),且平均速度不再是空間位置和時(shí)刻點(diǎn)的函數(shù),而是一常量,即,可(r1+50)=列(r1)=6,此時(shí)式5=+[(r2)-(r1)×t+(r2)r.(7)(12)中truo=50/(27)=,沒(méi)有TSE則p(1,r1+,t,t+T)=3抑制TSE的理論分析和計(jì)算s-6n.+9=n(n+r=12r1-可(r1)t,1-(r1)t+-(r1+)r)31ICA原理以及消除大氣的非平穩(wěn)性影響b2(t,t+7)大氣湍流中有一個(gè)空時(shí)函數(shù)f(r,t),在長(zhǎng)的時(shí)間間隔和大的空間尺度內(nèi),它是非平穩(wěn)的增量函1(=m數(shù)可表示如下:中△n,r(T,t)=f(r,t)-f(r+△r,t+T)(13)b2(t,7)(8)在△T,T不是很大時(shí),可以認(rèn)為是平穩(wěn)的,即∫(r,t)取ξ=0,天線1的自相關(guān)函數(shù)為是一次增量平穩(wěn)的.這里△r中,T是空間、時(shí)間P(rI,TI,t, t+r)增量,僅為參變量.增量函數(shù)的k階累積量工程化可(r1)r定義為d(r1,0,tCk,(△T1,△2,…,△Tk-1;f1天線1和天線2之間的互相關(guān)函數(shù)為E|中,△r(r,t)rAr(T+△r1,t+n1)dr,△rp(ri, rI+So, t, t +T)50-(n1+60)-(r1)xt-可(r+50)712(r+△r2,t+2)…r,△r(r+△rk-1,t+個(gè)k-1)d(r1, So, t, T)Elg(r,t)g(r+△1,t+)g(m+△2,t+n2)9(T+△k-1,t+k-1(14)b2(t, T)(10)對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的PCA過(guò)程,默認(rèn)為空間均勻,時(shí)間平B表示集合平均9r,為與中△(,相同譜諧密穩(wěn),認(rèn)為自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)都只是時(shí)間空間度的高斯過(guò)程.△1,△2,…,△k-1,÷1,2,…,-1偏置的函數(shù),取自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)曲線的交也是空間和時(shí)間增量,符號(hào)∧是為避免同增量點(diǎn)值作為聯(lián)系兩個(gè)函數(shù)的紐帶φ,.△r(r,t)中的△r,T發(fā)生混淆而標(biāo)出的,因?yàn)樵诹钍?9)和式(10)相等,此時(shí)式(13)中,△r,T只是參變量50-(r1+5o)-(r)×t式(14)等號(hào)的左邊可以從接收信號(hào)中得到,等==a(r1,5o,T)(1)號(hào)的右邊可轉(zhuǎn)化為大氣參數(shù)簡(jiǎn)單函數(shù)形式,從而可dr.d7)×a(r)+(+0)in. J. Space So間科學(xué)學(xué)報(bào)2006,26(4)量的信息,但也十分復(fù)雜當(dāng)計(jì)算常用的參量,如水應(yīng)結(jié)構(gòu)函數(shù)值來(lái)確定系數(shù)a2(△r),b2(△r),c2(△r)平速度、湍流速度的2階矩和4階矩時(shí),可取累積量d2,ato(O),.當(dāng)r的取值個(gè)數(shù)比系數(shù)個(gè)數(shù)多時(shí),形成的零延遲切片(△r;=0,元=0,讠=1,2,……,k-1),超定方程組,可用最小二乘法解之有假設(shè)兩部天線1,2,它們之間的距離為△r==Ck,d(0,0,…,0;0,0,……,0)=△r|,如果天線1,2接收信號(hào)的2階互結(jié)構(gòu)函數(shù)展開泰勒級(jí)數(shù),0,1階系數(shù)分別求得為a2(△r),b2(△r)E△(r,t)-E(r,切小(5)根據(jù)文獻(xiàn)⑨的推導(dǎo),系數(shù)表達(dá)式結(jié)果為(15)式等號(hào)右邊退化為f(r,t)的結(jié)構(gòu)函數(shù)的組合42y2△r2對(duì)于零均值的過(guò)程(一個(gè)非零均值過(guò)程總可以通過(guò)減去均值變成零均值),用矩和累積量的轉(zhuǎn)化公b2(△r)=32x22△rE(V2)t式,列出2~4階零延遲累積量表達(dá)式C2=E{(9,△(r,t)},C=E{4△-r,t)C=E{(△-(r,t)}-3E2{92,△(r,t式(20)中y≈0.5為與雷達(dá)有關(guān)的常數(shù),a2為表(16)示發(fā)射波束寬度和接收波束寬度之間關(guān)系的常數(shù),D表示天線口徑.沿著天線連線的平均水平速度為從以上三式可以得出結(jié)論:(1)k≤3時(shí),零均值過(guò)程累積量同矩相等;(2)增量過(guò)程的累積量恰E(V12)=b2(△)△r/{[1-a2(△r)/2好為 Kolmogorov定義的k階結(jié)構(gòu)函數(shù)(k≤3)或ln(1-a2(4r)/2.80t}(21)結(jié)構(gòu)函數(shù)的組合(≥4).從第(2)點(diǎn)可知,本文的從本節(jié)開頭描述可知,增量方法已經(jīng)將非平穩(wěn)方法已經(jīng)包含 Praskovskyl的結(jié)構(gòu)函數(shù)方法,他的隨機(jī)過(guò)程轉(zhuǎn)化為平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程.由于信號(hào)非平穩(wěn)性方法只是累積量方法的特例引起的誤差可以消除,在求平均速度的過(guò)程中,下面簡(jiǎn)單介紹2階零延遲增量累積量求取平均直就是求取的集合平均,所以由于大氣非平穩(wěn)、非水平風(fēng)速的方法(2階結(jié)構(gòu)函數(shù)方法)均勻引起的誤差可以在理論上消除.D2(,An)=C2=E{f(,)-f(r+△r,t+7)3].3.2消除高斯噪聲效應(yīng)(17)下面來(lái)考慮增量累積量法對(duì)于信號(hào)中高斯噪聲式(17)中D2(r,Δr)即為定義的2階結(jié)構(gòu)函數(shù)的影響.設(shè)有一個(gè)帶有零均值高斯噪聲(白色或有定義歸一化結(jié)構(gòu)函數(shù)為色n(r,t)的零均值信號(hào),有D2(T,△r)=S(r, t)=s(r, t)+n(r, t)(22)D2(T, Ar)/Ef(r, t)-E((r,t))增量函數(shù)可表示為(18)d,△Ar(r,t)=S(r,t)-S(r+△r,t+T)按照結(jié)構(gòu)函數(shù)方法,可以把歸一化的結(jié)構(gòu)函數(shù)展開φr,△r(r,t)+△n(r,t),(23)為T的泰勒級(jí)數(shù):其中,D2(T,△r)=a2(△r)+b2(△r)(r/6t)+Pr, A(r, t)=8(r, t)-8(r+Ar, t+r)c2(△r)(T/6t)2+0(73)Δn(r,t)=n(r,t)-n(r+△r,t+T)D2at(,0)=d2,at(0)(/6t2+o(r3),簡(jiǎn)記中,△r(T,t)的累積量為cum(pr,△r(r,t)式(19)中bt為采樣時(shí)間,o(r3)表示T的3階小根據(jù)累積量的性質(zhì),,△(r,t)和△n(r,t)是兩個(gè)量;a2(△r),b2(△r),c2{△r)為互結(jié)構(gòu)函數(shù)泰勒級(jí)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的隨機(jī)過(guò)程,它們和的隨機(jī)過(guò)程等于隨機(jī)數(shù)0階,1階,2階系數(shù);d2auto(0)為自結(jié)構(gòu)函數(shù)泰過(guò)程的和,即勒級(jí)數(shù)2階系數(shù).此時(shí)可取T=-26t,-0t,6t,26t對(duì)△r(T,t=舒衛(wèi)平等:空分天線風(fēng)場(chǎng)測(cè)量中三角尺寸效應(yīng)的抑制261cum{r,△r(r,切+cum[△n(r,t)利用(31)式的關(guān)系可求得零延遲的k=2(25)增量累積量為按照隨機(jī)過(guò)程的性質(zhì),高斯過(guò)程的差△n(r,t)ES(r, t)-S(r+Ar, t+Tl=是高斯過(guò)程.由累積量的性質(zhì),零均值高斯隨機(jī)過(guò)程ES(r, t)-S(r+Ar, t+T)]的高階累積量(k≥3)恒為零.即式(25)等號(hào)右邊第二項(xiàng)為零(k≥3),可知φ△-(r,t)的高階(k≥3)累積量可以消除△n(r,t)的影響即地雜波的影響被消除了33抑制地雜波效應(yīng)34ICA的討論假設(shè)接收機(jī)接收到的功率信號(hào)為ICA適用最重要的條件就是要保證式(13)中增量過(guò)程φ△r,r(r,t)是近似平穩(wěn)的,這取決于以下S(r, t)=S(r, t)+c(r, t)(26)兩個(gè)方面(1)時(shí)間增量r必須盡可能小,以滿足增量平其中,S(r,是沒(méi)有地雜波干擾的純功率信號(hào),均穩(wěn)的定義要求和式19)秦勒展開的數(shù)學(xué)精度.對(duì)于值為0;c(r,t)是地雜波信號(hào),具有大的相關(guān)延遲,T的要求其實(shí)就是要求抽樣時(shí)間6t在滿足雷達(dá)系統(tǒng)均值為0,滿足⑨要求的條件下盡可能小ES(r, t)c(r+Ar, t+r)=0,(2)空間增量Δr的要求比時(shí)間增量要復(fù)雜Ec(r,切)=Ec'(r+△r,t+T)(28)方面要求△7不能太大以滿足定義要求,但是它的要求沒(méi)有T強(qiáng),因?yàn)闆](méi)有泰勒展開的要求;另一方lim Elc(r, t)c(+Ar, t+r)1面,從誤差角度上考慮,兩個(gè)十分相近的數(shù)值相減Ec2(r,切)Ec23(r+△r,t+帶來(lái)較大的誤差,要求△r不能太小,避免天線之(△r較小)間信號(hào)區(qū)分太小.綜合考慮,可以根據(jù)實(shí)際情況選(=0,1,2,…;j=0,1,2,…)(29)擇一個(gè)合適的值前幾節(jié)已經(jīng)充分闡述了ICA在抑制三角尺寸方以上關(guān)系式在△r=0時(shí)也成立面的優(yōu)勢(shì),但是當(dāng)ICA逐漸偏離它的適用條件時(shí),利用式(27)可得誤差會(huì)逐漸加大E(S (r, t)-S'(r+Ar, t +r)])E[IS(r, t)-S(r+Ar, t+r))+4抑制三角尺寸效應(yīng)數(shù)值模擬E{c(r,t)-c(r+△r,t+r)*}(30)41仿真模型當(dāng)k=2時(shí),利用式(28),(29),可將式(30)中等號(hào)在進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí),有兩類模型可以選擇,右邊第二項(xiàng)變?yōu)轭愂且?Muschinski為代表的模型,十分貼近實(shí)際也非常復(fù)雜;另一類是 holdswath1的模型,簡(jiǎn)單Ec(r, t-c(r+Ar, t+r)實(shí)用,適用大部分實(shí)際情況,比較適合對(duì)理論結(jié)果Ee(r, t)-2c(r, t)c(r+Ar, t+r)+進(jìn)行論證型仿真.該模型已經(jīng)與許多實(shí)際雷達(dá)數(shù)據(jù)c2(r+△r,t+T)進(jìn)行比較,結(jié)果一致.我們采用的是 holdswath1=Ec2(, t)]+Ee(r+ Ar, t+r)I-的大氣散射模型,簡(jiǎn)要介紹如下.2Ec(r,t)c(r+△r,t+T)第i個(gè)散射體(天頂角為6)散射回波幅度和相2E1)-2VE(,02(+△7+7位分別為2E(2(r,t)-2√Ec2(r,t)Be2(r,=0.ai=p R:vP(0, ) pi=2(reil+lr,(31)式(33)中p為反射系數(shù);R1為距離門權(quán)重函數(shù);當(dāng)k=3時(shí)也有同樣的結(jié)果P(6)為波束寬度加權(quán)函數(shù);rtl,|r分別為第Chin,J. Space Sci.空間科學(xué)學(xué)報(bào)2006,26(4)表1主要仿真輸入?yún)?shù)Table 1 Main input parameters of simulation頻率距離距離分辨率發(fā)射波束接收波束抽樣時(shí)間時(shí)間序列散射體/MHz/km寬度/(°)寬度/(°)長(zhǎng)度數(shù)量1.98150.4256個(gè)散射體到發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的距離;λ為波長(zhǎng).同均速度是系統(tǒng)模型輸入值tmod=E(v)模型,表達(dá)時(shí), Holdswathl1用該模型仿真了標(biāo)準(zhǔn)FCA算式為法,充分證明了FCA對(duì)于此散射模型的適用性,表1是文獻(xiàn)1的主要仿真輸入條件,也作為本節(jié)仿v= ka +50真的輸入條件式(36)表示以天線中心為原點(diǎn),緯線方向?yàn)閤軸的SA模型采用三組空間分離的天線,每組天線的中心位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上對(duì)該散射模型模型速度分來(lái)說(shuō),模型預(yù)設(shè)集合平均速度值為vmod,用FCA方法計(jì)算得水平平均速度為tea,用增量累積量方法計(jì)算得水平平均速度為tca.比較vtca,tca和tmod的差異,檢驗(yàn)我們方法的效果4.2抑制地雜波模擬模型輸入速度為vmod=50m/s,用大氣散射模型生成接收信號(hào),再加入了地雜波.地面雜波是個(gè)隨機(jī)變量,如果存在著強(qiáng)的反射體,則地雜波總體ntenna size/n統(tǒng)計(jì)特性必然是非瑞利性的.為仿真方便,不考慮強(qiáng)反射體,則地雜波振幅統(tǒng)計(jì)特性是瑞利分布的,圖1地雜波存在時(shí)tea與vca的比較即它的功率分布是指數(shù)分布的.可設(shè)Fig 1 Comparison of vfca and vica with ground clutterc(r,t)=A[X(r,t)+x2(r,t)(34)這時(shí)來(lái)考察FCA和ICA求得緯向平均速度與式中模型輸入值的差異(見圖2).圖2顯示局地均勻大氣中τra隨著天線間距的增加而增加,相對(duì)模型速x1(r,t)≈N(0,a2;0,a2),度有較大的偏離,文獻(xiàn)[12在MU雷達(dá)實(shí)際數(shù)據(jù)的X2(r,t)≈N(0,a2;0,a2)5)觀測(cè)中也有同樣的結(jié)果,vn隨著天線間距的變化保持穩(wěn)定,變化在很小的范圍內(nèi).說(shuō)明在局地均勻即X1(r,t+)和x2(r,t)為滿足二維正態(tài)分布的隨機(jī)情況下ICA方法比FCA方法能更有效地抑制TSE變量,A是地雜波影響因子,取為常數(shù)分別用FCA方法和ICA方法計(jì)算平均水平速度,比較vca與thca的差異(見圖1).圖1顯示有地雜波時(shí)vra隨著天線間距的增加而増加;vc隨著天線間距的變化保持穩(wěn)定,變化在很小的范圍內(nèi)說(shuō)明ICA方法比FCA方法能更有效地抑制地雜波的影響43抑制大氣非均勻性影響模擬大氣非平穩(wěn)非均勻的原因和表現(xiàn)非常復(fù)雜.在antenna size/m仿真的時(shí)候舉一種較簡(jiǎn)單的情況,在某一個(gè)方向上(例如緯向方向),空間速度隨著空間位置線性變化,圖2非均勻大氣tea和tica的比較Fig 2 Comparison of vfea and Vica in the locally時(shí)間和空間尺度可滿足局地均勻條件,它的集合平舒衛(wèi)平等:空分天線風(fēng)場(chǎng)測(cè)量中三角尺寸效應(yīng)的抑制5結(jié)論to estimate wind and turbulence. Radio Sci., 1997.32(3):967~982[4] Golley M G, Rossiter D E. Some tests of methods of討論了在空分天線風(fēng)場(chǎng)測(cè)量中引起三角尺寸效analysis of ionospheric drift records using an array of 89應(yīng)的主要原因(大氣非平穩(wěn)非均勻性,噪聲效應(yīng)),尤erials. J. Atmos. Terr. Phys 1970, 32: 1215]1233其是在非平穩(wěn)非均勻條件下FCA方法引起TSE的5 Meek C E. Trangle size effect in spaced antenna windmeasurements. Radio Sci., 1990, 25(4): 641-648具體機(jī)制.提出用增量累積量方法抑制非均勻大氣[6] Van Baelen J S et al. SAD and interferometry analysisTSE的方法,使風(fēng)場(chǎng)測(cè)量在非平穩(wěn)非均勻情況下也with the MU radar: Simulation and preliminary results可以進(jìn)行.該方法還可以抑制地雜波造成的影響In: SCOSTEP Secr. Handbook for MAP(28), Urbana:高階(k≥3)增量累積量方法還可以很好地壓制高Univ.m,1989.416~423斯噪聲.抑制地雜波和大氣非均勻性數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果[7] Fedor L S, Plywaski W. The interpretation of iradio drift measurements.IV: The effects ofIonospheric與理論計(jì)算結(jié)果一致,即在有地雜波或者非均勻大pling among spaced sensor channels. J. Atmos. TerT.氣情況下采用ICA使測(cè)量水平風(fēng)速穩(wěn)定度有很大Phy.,1971,34:1285~1303提高,天線間距變化時(shí),測(cè)量風(fēng)速變化不明顯.進(jìn)[8 Tatarski V I. Wave propagation in a turbulent medium.一步的工作需將非平穩(wěn)大氣在各種情況下做三維定New York: McGraw-Hill Book Company, Inc. 1961(9 Praskovsky AA, Praskovskaya E A Structure-function量分析based approach to analyzing received signals for spaceantenna radars. Radio Sci, 2003, 38(4): 7-1~7-25[10] Muschinski A et al. First synthesis of wind-profiler sig-參考文獻(xiàn)nals on the basis of large-eddy simulation data. RadioSci,199934(6):1437~1459[1] Hocking W K Strengths and limitation of MST radar [11] Holdswath D A et al. A simple model of atmosphericmeasurements. Ann. Geophys., 1997, 15: llllllradar backscatter: Description and application to the[2 Briggs B H. The analysis of spaced sensor records byfull correlation analysis of spaced antenna data. Radiocorrelation techniques. In: SCOSTEP Secr. HandbookSci,1995,30(4)1263~1280for MAP(13). Urbana: Univ. IlL., 1984. 166186[12 Van J Set al. Comparison of VHF Doppler beam swing-3 Holloway C L et al. Cross correlations and cross spec-ing and spaced antenna observations with the MU radartra for spaced antenna wind profilers 2, AlgorithmsFirst results. Radio Sci., 1989, 25(4): 629-640