2021年7月21日保定清苑龙卷雷达观测和环境条件分析

利用石家庄新乐SA型多普勒天气雷达资料、雄安新区安新东白庄X波段相控阵多普勒天气雷达资料、ERA5再分析资料和常规观测资料对2021年7月21日河北省保定市清苑区东闾村龙卷过程进行了详细分析。结果如下:(1)龙卷于15时43分开始,历时22分钟,根据灾情判定此次龙卷为EF2级。造成此次龙卷的影响系统不典型,500 hPa及以下为切变或风速辐合区,700 hPa急流不仅输送了暖湿空气,加强了不稳定,还加大了垂直风切变,有利于强对流的生成和发展。(2)造成龙卷的微型超级单体风暴环境场特征:CAPE达到1680.3 J/kg,0~3 km垂直风切变较大为17.1 m/s,0~1 km垂直风切变为7.1 m/s,0~6 km垂直风切变较小为7 m/s,湿层相对深厚,抬升凝结高度为316.1 m。(3)SA型多普勒天气雷达和X波段相控阵雷达观测到的1 km以上中气旋起止时间、强度、伸展高度和演变趋势基本一致。(4)X波段相控阵雷达径向分辨率很高,同时龙卷距离雷达较近,因而方位角方向分辨率也很高,观测更精细。X波段相控阵雷达在龙卷发生前5分钟到龙卷结束持续观测到1 km以下的低层中气旋,对发布龙卷预警有很好的指示意义。X波段相控阵雷达清晰地观测到钩状回波顶点附近低层的辐合流场,辐合高度可达2 km以上,证实了沿龙卷路径地面是辐合流场的结论。(5)在龙卷形成前14分钟X波段相控阵雷达观测到超单体风暴后侧下沉气流,后侧下沉气流温度低于环境温度,同时在龙卷形成位置中低层观测到强的辐合上升运动,这些观测特征验证了美国学者关于低层中气旋的形成机理。(6)低层中气旋生成后,X波段相控阵雷达观测到低层辐合迅速加强,达到最强时龙卷形成,验证了美国学者关于低层中气旋形成后还需要低层强辐合以及中层强上升气流的向上垂直拉升,龙卷才能形成的机理。

微型合成孔径雷达与多旋翼无人机的一体化遥感平台

近年来,多旋翼无人机载微型合成孔径雷达(Mini Synthetic Aperture Radar,Mini SAR)因其全天候、全天时、零伤亡、机动灵活以及低成本的特点,受到广泛关注。文章在概述多旋翼无人机载Mini_SAR技术的基础上,提出了一种基于Mini_SAR成像系统与多旋翼无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)的一体化遥感系统平台。该平台针对遥感任务对系统软件和硬件做了高度集成,使得遥感任务可以高效地运行,同时可靠性大大增加,系统部署效率显著提升。该平台对无人机机载Mini_SAR在各行业中的普及应用起到了重要推动作用。

基于TX2的微型SAR实时成像信号处理技术

微型合成孔径雷达实时成像处理系统使用GPU实现,该系统以波数域成像算法为基础,采用两步运动补偿方法补偿无人机平台的运动误差,然后使用相位梯度自聚焦算法补偿残留相位误差。基于NVIDIA公司TX2开发板对实时成像处理系统进行了算法开发与验证,结合GPU特性对成像算法并行化处理,在18.5 s内实现了16k×8k点的数据处理。试验结果验证了实时成像处理系统的有效性。

卫星微型雷达多柔性体传动机构运动仿真

对于高速轻型系统,在其大幅度刚性运动的同时某些柔性构件存在着弹性变形,并相互耦合,相互作用,这种弹性变形对于有高精密度要求运动系统有明显的影响。主要研究卫星微型雷达中的两个转动机构在开启第二传动机构时,这两个机构所产生的扭转振动对卫星雷达精度影响。研究表明,两个转动机构都会产生有衰减的扭转振动现象。但对精度的影响不大,可通过在控制反馈中加入补偿来消除。

小型低价LD激光测距仪

研制成一种小型、便携式、低价、对人眼安全、无合作目标的ＬＦ１系列半导体ＬＤ激光测距仪。工作波长：λ＝９０５ｎｍ；测距范围：１４～１０００ｍ；测距精度＜±１ｍ；重复频率：１００Ｈｚ。有多种工作模式。它的测距能力优于国内外同类低价ＬＤ激光测距仪。ＬＦ１激光测距仪是一种光子雷达系统。本文从光子测距方程、系统结构、信噪比分析角度，讨论了系统的优化设计。

微型雷达多柔体动力学频响分析

对于某雷达反射镜伺服系统,利用退化结构的模态分析技术,研究微型雷达系统各部件对整体模态的影响.通过数据分析,选择影响较大的第一、第二传动系统作为主要研究对象.结合多体动力学有限元软件MSC.NAS-TRAN和MSC.ADAMS,根据实际的工况要求,添加约束关系,对其进行振动频响分析,以研究输出响应的传递函数,为机电控制提供有价值的参考数据.研究表明,对于第一传动系统,频率带宽满足设计要求,角速度幅值响应值要远高于角位移的幅值响应;第二传动系统率带宽偏窄,角速度幅值响应值也远高于角位移的幅值响应,第二传动系统明显"弱"于第一传动系统.

微型雷达柔性多体传动系统运动问题分析

轴系装置由于不仅具有惯性而且具有弹性,因此在周期性荷载作用下,会产生扭转振动,甚至于产生拍振.本文针对卫星微型雷达,建立多柔性体系统动力学仿真模型,研究多柔性体上的弹性振动对雷达捕捉目标精度的影响.研究表明,两个转动机构都出现了拍振现象;对雷达镜面的影响表现为明显的在x,y方向上的谐波干涉,并提出改进方案.

微型雷达在电子信息类人才培养中的应用

低成本微型雷达的普及为电子信息类相关专业的人才培养提供了新的实践教学平台。近三年采用各种微型雷达进行本科生和研究生实践教学,在激发学习兴趣、培养工程素养、提高动手能力、支持创新研究等方面都取得了较好的效果。分析了几种微型雷达产品的性能特点,总结了针对不同学生层次进行实践教学的应用案例和经验,为相关专业的实践教学创新提供参考。

梅雨锋中尺度涡旋内微型超级单体龙卷的形成研究

对一次梅雨锋中尺度涡旋上发展的系列龙卷过程的形势背景、近风暴环境、龙卷演变过程和形成机理进行了研究。在高空强辐散区、中低层西南风急流的强风速辐合背景下,北侧干空气卷入后静止锋上形成了具有弓状结构的“逗点”状中尺度对流系统(MCS),MCS北部γ中尺度涡旋明显发展,产生多个龙卷。相较于S波段多普勒天气雷达,高分辨率(30m距离库、30秒体扫描)相控阵雷达探测到上海崇明陈家镇龙卷及其母体“微型”超级单体的精细结构和形成演变过程,及涡旋速度对、反射率空洞、高谱宽等典型标记;正、负径向速度对的结构和演变揭示涡旋源于近地面,发展后其高度最高达到2.0km;龙卷接地前2~3分钟,收缩拉伸的龙卷涡旋又呈现出从上向下接地的过程。分析表明:极低的抬升凝结高度和极强的低层垂直风切变为龙卷形成提供了环境条件,龙卷发生前低层垂直风切变显著加强;在中尺度涡旋东部降水回波后缘,西南干急流与东南湿急流汇集激发形成“微型”超级单体,其指状回波快速向单体主体靠近、收缩逐渐演变成钩状回波,形成具有空洞特征的龙卷涡旋区。该龙卷形成的可能机制是:指状回波包围区内上升运动与外围下沉运动分别作用于由低层垂直风切变形成的水平涡管上,使水平涡管倾斜向上逐渐转为垂直涡管,在上升运动的作用下不断拉伸加强,涡度迅速加大形成龙卷。针对该次过程,建立了中尺度涡旋上“大涡套小涡”的系列龙卷分布概念模型和“微型”超级单体上龙卷涡旋形成的概念模型。

小型低值LD激光测距仪的测距能力

研制成一种小型、便携式、低值、对人眼安全、无合作目标的 Ｌ Ｆ１ 系列半导体 Ｌ Ｄ 激光测距仪。工作波长为９０５ ｎ ｍ ；测距范围是１４ ｍ ～１ ０００ ｍ ；测距精度小于±１ ｍ ；重复频率为１００ Ｈｚ 。有多种工作模式，具有省电功能。它的测距能力优于国内外同类低值 Ｌ Ｄ 激光测距仪。本文从光子测距方程、系统结构、信噪比分析角度。

微型雷达多柔体系统滞后特性

针对某微型雷达反射镜伺服系统,将影响微型雷达精度的关键部件设为柔性体,并根据实际要求添加约束和运动关系,利用MSC Adams和MSC Nastran软件对其进行多体动力学仿真,以研究正弦角位移运动函数和梯形角速度运动函数作用下电动机轴与译码器轴两端的滞后角度特性规律.研究表明,柔性体弹性振动的存在使第1电动机轴与第1译码器轴之间产生滞后现象;滞后角度的最大值与运动函数的周期和幅值均有关,并呈现非线性规律;在函数周期和幅值相同的情况下,梯形角速度运动函数所产生滞后角度的最大值明显小于正弦角位移运动函数;由于梯形角速度运动函数在加速段、匀速段和减速段频率不一致,因此会引发运动中的多谐波干扰和多模态振动等问题.

小型机载高集成波控系统设计

针对小型机载相控阵雷达波束控制系统重量轻、体积小、波束控制高实时性的特点,提出了在复杂电磁环境下设计高集成波控系统的技术难点,通过对T/R组件的布相实时性、抗辐照设计、防电磁干扰、热设计等关键技术的分析,给出了具体解决方法,获得了满意的实验效果。

基于Mini-RF雷达数据的月球水冰探测

对月球水冰的研究关系到月球形成与演化的深入研究,关系到月球资源的利用以及人类能否借月球为踏板迈向宇宙更深处等问题的探索。在回顾了月球水冰探测进展、总结国内外研究现状基础上,依据极化合成孔径雷达的原理、特点以及水冰反射特性,采用小型化多模式双频率双极化合成孔径雷达(miniature radio frequency,Mini-RF)观测数据对月球北极部分撞击坑进行分析,讨论月球上是否存在水冰的问题。通过对Mini-RF的圆极化率数据分析认为,月球北极的部分撞击坑可能存在水冰,但对水冰储量及其存在形式等方面的问题还需要开展进一步的定量研究。

卫星微型雷达中刚柔耦合运动分析

利用多体动力学分析软件ADAMS对某卫星微型雷达进行了运动学仿真,将影响卫星雷达精度的关键部件设为柔性体,以研究它们的弹性振动对雷达精度的影响。研究表明,由于柔性体的弹性振动存在,雷达镜面在原有刚性运动的基础上,会产生一定幅值的振动(X方向的影响最大,其振幅达到0.759mm),因此须提高主要支承框的刚度或改进运动副的参数。

小型化高频地波雷达舰船目标检测方法

针对OSMAR2003型小型化高频地波雷达系统的目标检测问题,讨论了对小型化高频地波雷达系统低信杂比回波信号的优化处理过程,给出了一种峰值检测后同时在距离域、多普勒域和波束域进行联合的三维联合恒虚警(CFAR)目标检测方法,利用高分辨力测向算法对检测到的目标进行方位估计,然后利用最邻近法进行目标关联得到目标点航迹,最后结合小型化高频地波超视距雷达的实测数据验证了三维CFAR检测器的有效性。

采面小构造综合探查技术研究

为提高矿井小构造探测准确性,将探地雷达和矿井瞬变电磁法结合应用于采面小构造探测中.井下探查实践表明,探地雷达探测速度快、精度高,但探测深度浅;矿井瞬变电磁法分辨率高,有效探测深度达110 m,实施两种方法综合探测,通过相互对比验证,不仅可以保证小构造探测的准确性,而且可以保证一定探测深度。钻探验证表明,综合地质解释具有相当高的准确性。

集总参数微型滤波器在雷达中的应用

介绍一种集总参数LC微型滤波器的性能和特点,以及在雷达接收通道、频率源中的应用,还提供了几组有代表性的滤波器频响特性。

S波段超小型锁相信标机的设计与实现

介绍一种新研制的超小型信标机 ,该机采用锁相环技术 ,输出信号质量高。信标机安装在氢气球悬挂的金属铝球内 ,可综合检验同一场区内的引导雷达、脉冲雷达、遥测跟踪站等设备的动态跟踪性能 ,实现测控系统的动态联调和合练。

miniSAR卫星精密参考轨道设计

为满足轻小型合成孔径雷达(miniSAR)卫星干涉测量任务对空间基线的要求,通过分析卫星参考轨道特性,建立了一套精密参考轨道设计算法。所建算法以miniSAR卫星成功入轨后的一组定轨数据及根据参考轨道特性解析得到的参考轨道预估值为输入,基于仅考虑中心天体非球形高阶引力摄动的轨道外推模型、Eckstein-Hechler平根模型及嵌套式迭代修正方法,设计输出其任务周期内使用的参考轨道。数值实验表明:所建算法设计的参考轨道生成的参考轨迹在三维空间的回归精度优于0.01 m,满足实际工程应用需求。

小型低值LD激光测距仪的优化设计

研制成一种小型、便携式、低值、对人眼安全、无合作目标的ＬＦ１系列半导体ＬＤ激光测距仪。工作波长：λ＝９０５ｎｍ；测距范围：１４～１０００ｍ；测距精度＜±１ｍ；重复频率：１００Ｈｚ。有多种工作模式，具有省电功能。它的测距能力优于国内外同类低值ＬＤ激光测距仪。ＬＦ１激光测距仪是一种光子雷达系统。本文从光子测距方程、系统结构、信噪比分析角度，讨论了系统的优化设计。