地球同步轨道星载降雨雷达地表杂波问题研究

With the high performance of high time-space resolution and wide-area coverage ,the Geostationary precipation radar would be become one of the most powerful spaceborne platforms to surveil those disaster weather ,such as hurricane and strong storm. However, the surface clutter from the radar's mainlobe ,sidelobe of antenna and range sidelobe of pulse compression would seriously contaminate the precipation echoes and make the precipation measurement to be faced with server challenge.This research aims at the suppression of surface clutter for geostationary precipation radar, lucubrates the statistic and back scattering characteristics of surface clutter from the inspect of geostationary orbit, establishes the suface interference mode based on the precipation radar's scanning mode and spaceborne geometry relations, analy the effect degree of surface clutter on the signal-clutter ratio and power spectrum of precipitation echo.Combining with the need of solving the radar problem of radar range and velocity ambiguity,investages its practical and reliable suppression algorithms from time and frequency fields. The project could be developed to provide some theory basises and technique methods for the surface clutter problem of geostationary precipation radar, and improve its data quality greatly.

具备高时空分辨率和宽覆盖范围特点的地球同步轨道星载降雨雷达是利用星载平台监测飓风和强风暴强有力的手段之一，是未来星载降雨雷达的发展趋势。但地表杂波会通过天线主瓣、旁瓣和距离旁瓣严重污染降雨回波，使雷达测量准确性面临严峻的挑战。本项目以地球同步轨道降雨雷达地表杂波的抑制为研究目标，深入研究地球同步轨道平台下视方式的毫米波段地表杂波（陆地及海洋表面）的后向散射特性及统计特性，并根据雷达扫描工作方式和星地几何关系，建立地表回波干扰模型，分析地表杂波对降雨回波信杂比和频谱的影响程度；结合雷达退距离和退速度模糊要求，研究适合星上可实施、高可靠性的时域和频域杂波抑制算法。 开展本项目的研究，有望为地球同步轨道降雨雷达的杂波抑制提供理论基础和技术方法，使降雨雷达数据质量得到大大改善。

和TRMM和GPM降雨雷达一样，杂波污染问题对未来地球同步轨道星载降雨雷达来说是一个非常重要的问题。本项目根据已有的后向散射系数理论模型研究了不同属性的地表杂波后向散射系数和统计特性，针对地球自转和卫星高度两个方面分别研究了星载降雨雷达地表杂波的独特特性。结合地球同步轨道星载降雨雷达下视观测和地球曲率的几何关系，定量分析和评估了地球同步轨道降雨雷达在不同风速条件下海洋表面和不同地形情况下陆地表面的杂波强度及其对降雨回波的污染范围，以及不同天线主瓣、副瓣及距离副瓣性能指标对地表杂波强度及污染范围的影响。研究了时域IIR滤波器和频域GMAP滤波器对地表杂波抑制处理方法，并对抑制效果进行定量分析。研究结果表明：地球同步轨道降雨雷达地表杂波污染要弱于TRMM和GPM星载降雨雷达，并且受降雨衰减影响较大，在降雨强度10mm/h以上，降雨回波基本不受杂波影响。强地表杂波主要受天线主瓣宽度影响，提高天线副瓣和距离副瓣抑制比对杂波污染降低效果不明显。从杂波抑制角度来说，天线副瓣-30dB和距离副瓣抑制比-55dB的指标已可满足系统要求。采用时域IIR和频域自适应高斯滤波能够对弱风条件下海面杂波影响的近地面气象回波进行较好的恢复，具有较好的抑制效果。. 本项目通过对地球同步轨道星载降雨雷达地表杂波后向散射系数和统计特性的研究，不同陆地地形和不同海况海洋表面地表杂波对降雨回波的污染程度的定量分析与评估，以及基于频域自适应杂波抑制方法研究，实现了为未来地球同步轨道星载降雨雷达的杂波抑制提供理论分析依据和一种可行实施方法的预期目标。项目开展过程中发表科技论文17篇，其中SCI收录6篇，培养研究生4名。