基于人工神经网络的高频雷达风速反演.pdf

基于大气分层时域信号生成模型(feuilleté model)进行非平稳信号的仿真。引入时-频域联合分析方法反演风速，对非平稳风速模型下的仿真回波信号进行算法处理研究。基于实际系统参数，分别在线性剪切风速和美国宇航局(NASA)阵风模型下仿真回波信号。对仿真信号作Wigner-Ville 变换，通过分析信号时频变换后的能量峰值在时频面内的分布来反演风速。采用多组脉冲累加平均的方式来减少因散斑噪声、交叉项等因素造成的反演风速的波动。结果表明，利用时-频域联合分析方法可以快速反演出风速信息，无需对探测范围进行距离门的划分；对多组信号的时频变换结果做累加平均处理后，反演风速的波动减小，与输入风速的一致性得到了明显的改善。

研制了一套人眼安全的全光纤相干多普勒激光测风雷达系统。系统采用1550 nm 全光纤单频保偏激光器作为激光发射光源，激光器单脉冲能量0.2 mJ，重复频率10 kHz，脉冲半高全宽400 ns，线宽小于1 MHz。激光雷达接收望远镜和扫描器口径100 mm，采用速度方位显示(VAD)扫描模式对不同方位的视线风速进行测量，使用平衡探测器接收回波相干信号，通过1 G/s的模拟数字(AD)采集卡对相干探测信号进行采集，在现场可编程门阵列(FPGA)数字信号处理器中进行1024点快速傅里叶变换(FFT)得到不同距离门回波信号功率谱信息。对于获得的各方位视线风速，研究采用非线性最小二乘法对激光雷达测量的风速剖面矢量进行反演。激光雷达与风廓线雷达测量的风速进行了对比，两者测量的水平风速，风向和竖直风速相关系数分别为0.988，0.941和0.966。