Title Polarimetrijski radarski sustav za meteorološka istraživanja s istodobnim mjerenjima u tri frekvencijska područja Title (english) Polarimetric Radar System for Meteorological Research with Simultaneous Measurements at Three Frequency Bands Author Ninoslav Majurec Mentor Davor Bonefačić (mentor)Committee member Juraj Bartolić (član povjerenstva)Committee member Davor Bonefačić (član povjerenstva)Committee member Milan Bajić (član povjerenstva)Committee member Mario Žagar (član povjerenstva)Committee member Branko Grisogono (član povjerenstva)Granter University of Zagreb Defense date and country 2004-07-14, Croatia Scientific / art field, TECHNICAL SCIENCES Universal decimal classificationUDC ) 621.3 - Electrical engineering 55 - Geology. Meteorology. Hydrology Abstract U radu je razmotren razvoj i izvedba radarskog sustava AMFR (Advanced Multi-Frequency Radar, engl.) za meteorološka istraživanja s istodobnim mjerenjima u tri frekvencijska područja. Namjena radarskog sustava AMFR je proučavanje svojstava oblaka i oborina. Radarski se sustav opisan u tekstu sastoji od tri potpuna polarimetrijska podsustava, svaki s mogućnošću mjerenja radijalne brzine. Podsustavi su projektirani za rad u tri frekvencijska područja: područje Ku (13,4 GHz), područje Ka (35,6 GHz) i područje W (94,92 GHz). Radarski sustav AMFR osigurava jedinstvenu mogućnost mjerenja veličine meteoroloških čestica, fazu oblaka, te udio tekuće vodene mase i leda u atmosferi. Sve ove informacije nije moguće dobiti mjerenjima u samo jednom frekvencijskom području. Opisani je radarski sustav jedinstven po upotrebi kompresije impulsa u frekvencijskom području W s odašiljačem snage 1,8 kW. To je dosad primijenjeno samo uz odašiljače vrlo male snage (ispod 1 W), izvedene u poluvodičkoj tehnologiji. Prikazani su efekti raznih izobličenja na kvalitetu postupka komresije impulsa. U skladu s time, predložen je algoritam za optimizaciju prilagođenog filtra. Svaki od radarskih podsustava osim standardnih sklopova sadrži i digitalno upravljivi sklop za korekciju amplitude, što znatno doprinosi potiskivanju sekundarnih latica prilikom kompresije impulsa.
Podrobno su analizirane polarizacijske sheme upotrebljavane kod modernih meteoroloških radarskih sustava. U novije vrijeme, sve se više pažnje posvećuje hibridnoj polarizacijskoj shemi. Kod hibridne polarizacijske sheme odašilju se dvije ortogonalne linearne polarizacije istodobno. To ima prednosti u meteorološkom smislu, ali stvara i dodatne probleme zbog međudjelovanja utjecaja rasprostiranja i refleksijskih svojstava cilja. Algoritam za djelomičnu korekciju pogreške predložen u disertaciji nastoji razdvojiti ove utjecaje. Iscrpne računalne simulacije hibridne polarizacijske sheme provedene su u cilju razvoja spomenutog algoritma. Predloženo je i alternativno sklopovsko rješenje: primjena proširene hibridne polarizacijske sheme. Razvijena polarizacijska preklopka ovog radarskog sustava posebno je zanimljiva. Osim standardne zaštite prijemnika za vrijeme odašiljanja, po prvi puta su primijenjeni sklopovi za ugađanje polarizacije odaslanih impulsa, sklopovi za inverziju jednog od odašiljačkih kanala (proširena hibridna polarizacijska shema) te sklop za interno umjeravanje.
Radarski sustav koristi digitalni prijemnik "Pentek 7631" za uzorkovanje i početnu obradu te računala za potpunu obradu podataka. Posebna pažnja posvećena je umjeravanju radara. Razvijen je poseban sklop s rotirajućom linearno polariziranom ljevkastom antenom za umjeravanje polarizacije odaslanih impulsa. Amplituda i faza signala dobivenih pomoću sklopa za interno umjeravanje konstantno se koriste za ugađanje algoritama za obradu.
Radarska je antena izvedena kao Gregorijanov sustav reflektora i ima jednake širine snopova na sve tri frekvencije.
Abstract (english) The design and development of a weather research Advanced Multy-Frequency Radar (AMFR) with simultaneous measurements in three frequency bands is presented in this thesis. The application of this radar system is the research of clouds and precipitation. Radar system consists of three fully polarimetric Doppler subsystems. Subsystems are designed to operate at three frequency bands: Ku-band (13.4 GHz), Ka-band (35.6 GHz) and W-band (95.94 GHz). AMFR system has the unique ability to measure particle sizes, phase of the clouds and liquid or frozen water content in the atmosphere. That information is not available with measurements on a single frequency. Presented system is also unique in application of the pulse compression in W-band with the output peak power of 1.8 kW. Pulse compression in W-band has been used so far only in low power, solid-state amplifiers. The effects of various distortions on the quality of pulse compression are presented. Due to that fact, an algorithm for optimizing matched filter is proposed. Apart from regular circuits, each radar subsystem is equipped with digitally controlled amplitude tapering circuit. This significantly helps in suppressing of pulse compression range sidelobes.
Various modern weather radar polarization schemes are analyzed. Lately, the so-called hybrid polarization scheme has gained more popularity. In hybrid polarization scheme radar transmits horizontally and vertically polarized pulse simultaneously. This has an advantage in weather measurements, but it creates additional problems due to intermixing of the propagation effects with target characteristics. An algorithm proposed in the text tries to separate mentioned effects in order to get the accurate measurement. During the algorithm development, exhaustive computer simulations of the hybrid polarization scheme were performed. As an alternative solution to the problem, extended hybrid polarization scheme is suggested. Polarization switch developed for this system is quite unique. Apart from the standard receiver protection role, for the first time this switch incorporates circuits for adjusting the output circular polarization, circuits for phase inversion of one of the channels (for extended hybrid polarization scheme) and internal calibration loop.
Radar system uses digital receiver "Pentek 7631" for sampling and initial data processing. The bulk of the data processing is done in a computer. Special care should be taken in calibration of the radar. A circuit with rotating linearly polarized horn antenna is developed for tuning and checking the output circular polarization. Magnitude and phase of the signals provided by the calibration loop are constantly used for on the fly adjusting of the processing algorithms.
Radar antenna is designed as Gregorian reflector system. It has equal beamwidths and common axis on all three frequencies.
Keywords
Radar
meteorološki radar
dopplerov radar
polarimetrijska mjerenja
raspršna matrica
višefrekvencijski radar
kompresija impulsa
hibridna polarizacijska shema
digitalni prijemnik
radarska antena
Keywords (english)
Radar
weather radar
doppler radar
polarimetric measurements
scattering matrix
multi-frequency radar
pulse compression
hybrid polarization scheme
digital receiver
radar antenna
Language croatian URN:NBN urn:nbn:hr:168:537342 Study programme Title: Doctoral study programme "Electrical Engineering and Computing" Type of resource Text File origin Born digital Access conditions Closed access Terms of use Created on 2019-06-06 08:15:27
