一种基于涡旋电磁波的大气湍流探测方法及系统与流程

本发明属于大气探测
技术领域：
，更具体地，涉及一种基于涡旋电磁波的大气湍流探测方法及系统。
背景技术：
：自从1883年reynolds发现湍流流动现象以来，关于湍流发生的机理、湍流的结构及湍流流动基本规律的研究一直是一百多年以来流体力学和传热学家们所关注的课题。湍流是大气在空间上不规则和时间上无秩序的一种非线性的流体运动，这种运动表现出一种高度复杂的三维非稳态、带旋转的不规则流动状态。大气湍流会导致大气的实时结构发生变化，会同时对光波、声波和电磁波在大气中的传播产生一定的干扰作用，而且大气湍流对飞行器的飞行性能、结构载荷、飞行安全的影响很大。因此，对大气湍流进行探测是十分必要的。目前，现有技术中主要使用多普勒声雷达以及多普勒激光雷达，其中，虽然多普勒声雷达精度很高，但是声音在大气中衰减很大，导致多普勒声雷达的探测距离有限。多普勒激光雷达使用激光作为探测媒介，利用大气湍流对激光的散射以及折射信号实现湍流探测，但是，多普勒激光雷达的作用距离一般在10公里以内，因此，多普勒激光雷达作用有限。因此，现有技术存在无法有效探测远距离大气湍流的技术问题。技术实现要素：针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种基于涡旋电磁波的大气湍流探测方法及系统，由此解决现有技术存在无法有效探测远距离大气湍流的技术问题。为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于涡旋电磁波的大气湍流探测方法，包括：向待探测区域发射oam电磁波；接收针对所述待探测区域的后向散射电磁波，并识别出所述后向散射电磁波的波场分布函数，根据所述后向散射电磁波的波场分布函数以及在无湍流条件下的oam电磁波的波场分布函数求解出大气湍流的复相位干扰因子；根据所述后向散射电磁波的波场分布函数以及超几何高斯波束的轨道角动量模在径向方向的概率密度分布求解出大气湍流对应的相位因子，使用所述复相位干扰因子以及所述相位因子表征大气湍流状态。优选地，所述向待探测区域发射oam电磁波，包括：以三元八木天线作为阵元，将n个所述阵元等间距均匀排列在半径为λ的圆周上组成环形相控阵列，且n为大于2的整数；由得到所述环形相控阵列上相邻两个阵元之间的相位差，其中，l是oam产生的模态值，n是所述环形相控阵列天线的阵元数量，且调节所述环形相控阵阵列上的各个阵元按照逆时针或者顺时针方向，间隔所述相位差馈送相同的信号。优选地，所述根据所述后向散射电磁波的波场分布函数以及在无湍流条件下的oam电磁波的波场分布函数求解出大气湍流的复相位干扰因子，包括：由得到无湍流条件下的oam电磁波的波场分布函数；其中，为无湍流条件下的oam电磁波的波场分布函数；为归一化常数；z为oam电磁波的传播距离；zr为瑞利距离，且zr＝kw02，kk＝2π/λ表示波矢，λ表示波长；i为虚数单位；m0为oam电磁波的拓扑荷；p为超几何高斯波束的空心参数；r为空间位置矢量；exp()为以自然常数为底的指数函数；φ为oam电磁波的相位；1f1为合流超几何函数；w0为束腰；由得到大气湍流的复相位干扰因子，其中，ψ(r,φ,z)为大气湍流的复相位干扰因子；ln为以自然常数为底的对数函数；ep(r,φ,z)为所述后向散射电磁波的波场分布函数。优选地，所述根据所述后向散射电磁波的波场分布函数以及超几何高斯波束的轨道角动量模在径向方向的概率密度分布求解出大气湍流对应的相位因子，包括：由获取非柯尔莫戈洛夫弱起伏湍流中球面波的空间相干半径，其中，ρ0为非柯尔莫戈洛夫弱起伏湍流中球面波的空间相干半径；α为非柯尔莫戈洛夫湍流参数；k为波矢；为广义折射率结构参数，n表示大气折射率；根据非柯尔莫戈洛夫弱起伏湍流中球面波的空间相干半径，由得到超几何高斯波束的轨道角动量模在径向方向的概率密度分布，其中，βm(r,z)为超几何高斯波束的轨道角动量模在径向方向的概率密度分布；γ2()为gamma函数；|m0|为oam电磁波的拓扑荷的模；为定积分符号；φ'为oam电磁波共轭波模的相位；m为拓扑荷；1f1为合流超几何函数；根据超几何高斯波束的轨道角动量模在径向方向的概率密度分布，由求解出大气湍流对应的相位因子，其中，exp(-imφ)为大气湍流对应的相位因子；为求和函数。优选地，所述方法还包括：对的模态进行求解得到大气湍流涡旋谱。按照本发明的另一个方面，提供了一种基于涡旋电磁波的大气湍流探测系统，包括：天线、发射分系统、接收分系统以及信号处理分系统；所述天线为n个三元八木天线作为阵元等间距均匀排列在半径为λ的圆周上组成的环形相控阵列，且n为大于2的整数；所述发射分系统，用于将来自频率源的射频激励信号放大后，经功分器再次放大后由各个天线阵元辐射出去；所述接收分系统，用于接收后向散射信号，并对后向散射信号进行数字采样，输出i/q数据给信号处理分系统；所述信号处理分系统，用于执行如权利要求1-4任一项所述的大气湍流探测方法。优选地，每一个阵元均连接有一个射频开关，所述射频开关用于对阵列天线中的八个阵元依次通电，阵元间馈电相位依次增加或者减少其中，l是oam产生的模态值，n是所述环形相控阵列天线的阵元数量，且φm表示相邻阵元间的相位差，m为拓扑荷。总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本发明利用涡旋电磁波和中性大气湍流相互作用，根据后向散射电磁波的波场分布函数以及对应的无湍流条件下的oam电磁波的波场分布函数、超几何高斯波束的轨道角动量模在径向方向的概率密度分布计算出的表征参数进行大气湍流的表征，由于涡旋电磁波的传播距离较现有技术中的声波以及光波的传播距离更远，因此可以显示远距离的大气湍流探测。附图说明图1是本发明实施例提供的一种基于涡旋电磁波的大气湍流探测方法的流程示意图；图2是本发明实施例提供的一种基于涡旋电磁波的大气湍流探测方法中使用的八木天线的结构示意图；图3是本发明实施例提供的一种基于涡旋电磁波的大气湍流探测方法中使用的八阵元八木天线的阵列示意图；图4是本发明实施例提供的一种基于涡旋电磁波的大气湍流探测方法中使用的八阵元八木天线的三维辐射图；图5是本发明实施例提供的一种基于涡旋电磁波的大气湍流探测方法中使用的八阵元八木天线的方向图；图6是本发明实施例提供的一种基于涡旋电磁波的大气湍流探测方法中使用的二十阵元八木天线的阵列示意图；图7是本发明实施例提供的一种基于涡旋电磁波的大气湍流探测方法中使用的二十阵元八木天线的三维辐射图；图8是本发明实施例提供的一种基于涡旋电磁波的大气湍流探测方法中使用的二十阵元八木天线的方向图。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。当涡旋电磁波在大气中传输时，由大气湍流引起的相位畸变对电磁波的复振幅有干扰作用。在大气湍流的弱起伏区内，当电磁波沿着传播正方向z＞0传播时，超几何高斯波束在传播距离为z处的接收平面内可表示为：其中，为无湍流条件下的oam电磁波的波场分布函数；为大气湍流的复相位干扰因子；exp()为以自然常数为底的指数函数；在近轴近似条件下，可表示为：其中，为归一化常数；z为oam电磁波的传播距离；zr为瑞利距离，且zr＝kw02；k＝2π/λ表示波矢，λ表示波长，i为虚数单位；m0为oam电磁波的拓扑荷；p为超几何高斯波束的空心参数；r为空间位置矢量；|m0|为oam电磁波的拓扑荷的模；大气湍流的折射率起伏对在其传播的电磁波有干扰作用，从而使得轨道角动量模并不能保持其原有的量子态，而是在湍流作用下跃迁到相邻的轨道角动量模上，形成模态变化，这种现象也叫串音。因此，接收处的波场可以改写为携带相位因子的螺旋谐波的叠加模式：式中系数βm(r,z)可以表示为：当超几何高斯波束携带轨道角动量模在非柯尔莫戈洛夫弱起伏湍流中传输时，超几何高斯波束的轨道角动量模在径向方向的概率密度分布：式中，ρ0是非柯尔莫戈洛夫弱起伏湍流中球面波的空间相干半径，可以表示为：其中α是非柯尔莫戈洛夫湍流参数，是广义折射率结构参数，单位为m3-α，当时，会退化为折射率结构常数非柯尔莫戈洛夫湍流就转化成柯尔莫戈洛夫湍流。基于以上分析过程，图1为本发明实施例提供的一种基于涡旋电磁波的大气湍流探测方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：s101：向待探测区域发射oam电磁波；对流层中的大气湍流对电磁波传播的主要影响机制主要有两种。一种是大气背景的不均匀性导致的电磁波折射，致使在其中传播的无线电波方向偏离了原方向，且传播速度小于光速，这种现象称为大气折射效应，和背景大气相关的大气电学参数是折射指数n和折射率n。另一种是大气湍流对电磁波的散射。由于对流层大气经常处于湍流状态，大气中散布的大量的大小不同、形状各异的不均匀体无论温度、湿度还是压强都与周围空气有所不同，因而折射指数也与周围空气存有差异。当无线电波经过对流层传播时，除沿途遭受折射外，还有可能被这种不均匀体向四面八方再次辐射，即所谓对流层散射。oam涡旋电磁波的波阵面并非传统的平面或球面，而是具有柱对称特性的涡旋状结构。涡旋波束的相位波前呈现螺旋状，使其波矢量具有方位项，其绕涡旋中心旋转，使得波束携带有转动角动量。基于涡旋电磁波的特殊结构，大气湍流可以更加显著的影响涡旋电磁波空间结构，因此反过来通过研究这种影响，可以找到基于涡旋电磁波探测大气湍流的新方法和新参数。因此，本发明实施例以三元八木天线作为阵元，将n个阵元等间距均匀排列在半径为λ的圆周上组成环形相控阵列，且n为大于2的整数。图2为本发明实施例提供的一种基于涡旋电磁波的大气湍流探测方法中使用的八木天线的结构示意图，如图2所示，阵元天线结构由上到下分别为引向器、有效阵子和反射器。从上到下分别为引向器，长度为2.644m；有效阵子，长度为2.710m；反射器，长度为2.836m。有效阵子距离地面3m，引向器和反射器分别距离有效阵子1.5m和1.5m，馈元位于有效阵子的中心点。阵列天线中，相邻的阵元天线的距离为4.6m。利用公式，计算环形相控阵列上相邻两个阵元之间的相位差，其中，l是oam产生的模态值，n是环形相控阵列天线的阵元数量，而且调节环形相控阵阵列上的各个阵元按照逆时针或者顺时针方向，间隔上述相位差馈送相同的信号。对于8阵元八木天线阵列，令一个初始相位为0，当l＝1时，相邻阵元相位增加l＝2时，相邻阵元相位增加l＝3时，相邻阵元相位增加20阵元八木天线阵列，当l＝1时，内圈天线相邻阵元相位增加外圈天线相邻阵元相位增加l＝2时，内圈天线相邻阵元相位增加外圈天线相邻阵元相位增加l＝3时，内圈天线相邻阵元相位增加外圈天线相邻阵元相位增加对于一个n元oam圆形阵列天线，所有的阵元都馈送相同相移增量或者减量的信号，电磁波将围绕中心轴线旋转一周，相位就会增加2πl，由此就可以产生oam电磁波。本发明实施例设计的阵列天线阵元分别采用八阵元和二十阵元，为了实现同一阵列天线在不同模态之间的切换，通过射频开关对阵列天线中八个阵元依次通电，阵元间馈电相位依次增加或者减少，不同的馈电相位能产生不同的oam模式。当l分别为0，1，2，3所对应的相位延时分别为0°，45°，90°，135°。使用feko电磁仿真软件设置中心频率为50mhz进行仿真。本发明实施例设计了一种圆形三阵元yagi阵列天线，该阵列天线实现了在50mhz时产生携带有轨道角动量的电磁波，并且分析了八阵元和二十阵元阵列天线产生的涡旋电磁波，得出了涡旋电磁波阵列天线的增益，对比了两种阵列天线产生的涡旋电磁波。八阵元阵列天线和二十阵元阵列天线都能得到涡旋电磁波。图3为本发明实施例提供的一种基于涡旋电磁波的大气湍流探测方法中使用的八阵元八木天线的阵列示意图；图4为本发明实施例提供的一种基于涡旋电磁波的大气湍流探测方法中使用的八阵元八木天线的三维辐射图；图5为本发明实施例提供的一种基于涡旋电磁波的大气湍流探测方法中使用的八阵元八木天线的方向图；如图3-5所示，当l＝0时，主瓣方向与天线阵面垂直，电磁能量主要被辐射在天线阵的轴线方向上，并且增益最大，约为67.5db。为了减少主瓣上可能存在的主瓣空洞，本发明实施例的进一步技术方案中使用二十阵元的阵列。图6为本发明实施例提供的一种基于涡旋电磁波的大气湍流探测方法中使用的二十阵元八木天线的阵列示意图；图7为本发明实施例提供的一种基于涡旋电磁波的大气湍流探测方法中使用的二十阵元八木天线的三维辐射图；图8为本发明实施例提供的一种基于涡旋电磁波的大气湍流探测方法中使用的二十阵元八木天线的方向图；如图3-8所示，二十阵元和八阵元阵列天线的仿真对比，阵元数目的增加可以使天线增益加强；且辐射图的轴线方向上的空洞在模态值相同时，阵元数量越多，空洞会减小。s102：接收针对待探测区域的后向散射电磁波，并识别出后向散射电磁波的波场分布函数，根据后向散射电磁波的波场分布函数以及在无湍流条件下的oam电磁波的波场分布函数求解出大气湍流的复相位干扰因子；可以利用公式，计算无湍流条件下的oam电磁波的波场分布函数，其中，为无湍流条件下的oam电磁波的波场分布函数；为归一化常数；z为oam电磁波的传播距离；zr为瑞利距离，且zr＝kw02；i为虚数单位；m0为oam电磁波的拓扑荷；p为超几何高斯波束的空心参数；r为；exp()为以自然常数为底的指数函数；φ为oam电磁波的相位；f1为合流超几何函数；w0为束腰；求解公式，得到大气湍流的复相位干扰因子，其中，ψ(r,φ,z)为大气湍流的复相位干扰因子；ln为以自然常数为底的对数函数；ep(r,φ,z)为后向散射电磁波的波场分布函数。s103：根据后向散射电磁波的波场分布函数以及超几何高斯波束的轨道角动量模在径向方向的概率密度分布求解出大气湍流对应的相位因子，使用所述复相位干扰因子以及相位因子表征大气湍流状态。利用公式：获取非柯尔莫戈洛夫弱起伏湍流中球面波的空间相干半径，其中，ρ0为非柯尔莫戈洛夫弱起伏湍流中球面波的空间相干半径；α为非柯尔莫戈洛夫湍流参数；k为；为广义折射率结构参数；根据非柯尔莫戈洛夫弱起伏湍流中球面波的空间相干半径，利用公式：计算超几何高斯波束的轨道角动量模在径向方向的概率密度分布，其中，βm(r,z)为超几何高斯波束的轨道角动量模在径向方向的概率密度分布；γ2()为gamma函数；|m0|为oam电磁波的拓扑荷的模；为定积分符号；m为拓扑荷数；1f1为合流超几何函数；根据超几何高斯波束的轨道角动量模在径向方向的概率密度分布，利用公式，求解出大气湍流对应的相位因子，其中，exp(-imφ)为大气湍流对应的相位因子；为求和函数。应用本发明实施例，利用涡旋电磁波和中性大气湍流相互作用，根据后向散射电磁波的波场分布函数以及对应的无湍流条件下的oam电磁波的波场分布函数、超几何高斯波束的轨道角动量模在径向方向的概率密度分布计算出的表征参数进行大气湍流的表征，由于涡旋电磁波的传播距离较现有技术中的声波以及光波的传播距离更远，因此可以显示远距离的大气湍流探测。本发明实施例还可以提高高空探测的时、密度，而且具有连续探测风场结构的能力，这将显著增强对中层大气的风场探测能力进而，获得垂直速度和散度的具体分布，这些信息有助于预报人员改进气象预报。进一步的，基于积分公式：式中in(η)是第二类n阶贝塞尔函数。利用上面积分公式，在z平面上轨道角动量信号模的概率密度变为：因此，携带拓扑荷为m的螺旋谱的归一化功率在近轴信道中可表示为：轨道角动量模的接收功率定义为在接收平面处接收信号的拓扑荷为m0的归一化功率(即m＝m0)。pδm为轨道角动量的串音功率，即在接收平面处接收信号的拓扑荷为m＝m0+δm的归一化功率。因此，通过对结果信号pm的模态的求解，可以得到大气湍流涡旋谱。应用本发明上述实施例，可得到大气湍流涡旋谱。与本发明上述实施例相对应，本发明还提供了一种基于涡旋电磁波的大气湍流探测系统，该系统包括：天线、发射分系统、接收分系统以及信号处理分系统，其中，所述天线为：n个三元八木天线作为阵元等间距均匀排列在半径为λ的圆周上组成的环形相控阵列，且n为大于2的整数；发射分系统用于将来自频率源的射频激励信号放大后，经功分器再次放大后由各个天线阵元辐射出去；接收分系统用于接收后向散射信号，并对后向散射信号进行数字采样，输出i/q数据送至信号处理分系统；信号处理分系统用于执行如上述的大气湍流探测方法。本发明实施例的雷达系统总体参数设计如下：1.工作频率：50mhz(λ＝6m)；2.脉冲宽度：1-10μs；3.脉冲重复周期：80-800μs；4.发射峰值功率：172.8kw(300w×576)；5.平均功率：34.56kw(最大占空比：20％)；6.天线阵面积：6831m2；7.功率孔径积：2.36×108wm2；8.天线阵：由24×24副三阵元八木天线组成矩形有源相控天线阵列(1)天线阵波束宽度：≤4.°(2)天线波束指向：固定5波束指向、多普勒扫描(天顶铅垂、n、e、w、s方向各偏离天顶15°)(3)天线增益：34.4db9.雷达功率合成：全固态发射机、全分布式10.系统总功耗：≤200kw本发明实施例使用的雷达系统全固态全相参脉冲多普勒体制，主要设备有天线系统、馈线系统、全固态发射系统、数字接收系统、波束控制系统、信号处理系统、数据处理及产品生成系统、用户终端等。技术上应用高可靠性全固态发射机、低噪声大动态范围数字接收机、有源相控阵列天线、数字信号处理、实时图像终端等新技术和工艺，具有高灵敏度、大动态、可靠性高、使用维护方便等特点。可全天候连续自动观测、数据处理、以及运行监控和标校。pd体制设计使本雷达能够在地杂波背景下测量大气湍流回波分布特性，同时可测量散射体径向速度和速度谱宽。与一般时域检测的脉冲体制雷达不同之处，pd雷达是频域检测，对回波脉冲序列进行频谱分析，其突出优点是从根本上解决了杂波抑制问题。雷达包括工作在50mhz范围的脉冲多普勒雷达及相关的软硬件。系统连续运作，雷达工作时，首先由主控计算机控制产生高频探测脉冲信号，该信号在t/r组件中经过移相放大后，再经过馈线系统辐射出去，在空间进行功率合成，将能量集中到天线的某一波束方向上。电磁波信号遇到大气湍流后散射返回，雷达天线接收到回波信号在t/r组件中放大、移相、合成后传输到数字中频接收机，再由数字中频接收机进行滤波、放大、正交相位检测、数据抽取，最后由信号处理机进行fft计算，形成湍流回波信号功率谱。此功率谱由数据处理进行分析，反演出大气风场。探测脉冲宽度确定了最近作用距离和距离分辨率。要满足最近作用距离和距离分辨率，需要采用窄脉冲；加大脉冲宽度，采用脉冲压缩技术，能同时满足最大探测距离和距离分辨率的要求。本雷达设计了三种脉冲宽度，各种形式组合参数见表1。表1雷达的三种工作模式工作模式脉宽重复周期压缩后脉宽占空比分辨率低模式8μs80μs1μs10％150m中模式32μs160μs4μs20％600m高模式160μs800μs10μs20％1500m考虑到消除二次回程距离模糊，提高抗干扰性能，降低由于脉冲压缩引起的大气湍流体目标距离副瓣，本雷达采用互补序列的二元伪随机序列相位编码技术实现。八位互补码元为：a＝{-1,1,-1,-1,1,-1,-1,-1}b＝{1,-1,1,1,1,-1,-1,-1}。第一方面，本发明实施例使用的天线为50mhz的三阵元yagi天线单元组成。通过波控分系统的控制，天线扫描周期内扫过天顶、东15°、西15°、南15°、北15°五波束，把回波信号通过接收通道放大后传给接收机、信号处理等分系统。技术指标：(1)波长：λ＝6m(2)阵元间距：dx≤0.7λ，dy≤0.7λ(3)阵元长：x＝24×0.7λ≤100m(4)极化：水平线极化(5)法向波束宽度：≤4.5°(6)波束指向：天顶、偏东15°、偏西15°、偏南15°、偏北15°(7)接收副瓣(扫描方向上)：第一副瓣：≤-20db远区副瓣：≤-30db(45°以外)(8)驻波系数：≤1.3(9)阻抗：50ω(10)波束控制：智能分布式(11)极化转换：电控电子开关。天线主杆长2.4m、外径50mm口径、镀锌铁管，喷塑处理。天线水平高度累计误差：≤10mm；天线定位误差：≤10mm。第二方面，本发明实施例的发射系统主要包括发射前级和t/r组件，其中，发射前级的主要功能是将来自频率源10mw左右的射频激励信号放大至300w，经功分器并放大后由576个天线单元辐射出去。发射前级分机由前级rf放大器、保护检测板、pin调制器、射频故障检测电路、发射电源机部分组成。发射前级的技术指标如下：(1)发射机型式：前级加分布式tr组件功放模块(2)工作比：20％(最大)(3)发射前级输入信号功率：10mw±3mw(4)发射前级输出信号功率：(5)vswr≯1.5；(6)特性阻抗：50ω；(7)相位噪声恶化＜3db。发射系统使用了两种t/r组件，一种是含移相器和低噪声放大器的大t/r组件，共24只，另一种只有功率放大器的小t/r组件，共576只。大t/r组件是完成功率放大和回波信号放大的模块，是有源相控阵的核心器件。t/r组件由环行器、移相器、功率放大、低噪声放大器、环行器、定向耦合器、电子开关、波束控制单元等组成。小t/r组件是完成功率放大的模块，是本雷达的功率放大系统。t/r组件的技术指标如下：(1)发射功率：峰值≥300w，平均功率≥60w(最大占空比20％)；(2)发射脉冲宽度：8μs，32μs，160μs；(3)扫描形式：5位数字相扫；(4)接收支路增益(大t/r组件)：g≥20db(常温)；(5)接收噪声系数(大t/r组件)：nf≤2.5db(室温)；(6)1db压缩点电平(大t/r组件)：10dbm；(7)t/r组件接收支路幅度不一致性在±1.0db之内(大t/r组件)；(8)检测发射功率，指示功率状态；(9)检测移相器工作状态，通过波控系统返回移相器状态(大t/r组件)。移相系统将采用5位数字移相器提高了移相精度，使波束指向的调整更为精确。利用波控系统对t/r组件的发射功率和移相器状态进行检测，可以实时监视天线系统的工作，提高了系统可靠性，方便了系统维护。由于工作比最高达到20％，所以对t/r组件采用强迫风冷，以保证长期稳定可靠地运行。第三方面，本发明实施例的接收分系统用于接收后向散射回波。由于接收到的后向散射信号极其微弱，回波信号大部份处在噪声以下，所以对接收机的各项指标要求都很高。本发明实施例的雷达采用直接数字采样，信号检相在数字域上进行，可以得到很好的相位正交性和幅度一致性。i，q幅度和相位的不一致直接影响雷达目标的检测性能和能量的损失。i，q幅度和相位的不一致经过fft处理在频域上除出现所需回波主谱外，还会出现镜像谱，这样必然出现虚假目标和能量损失，给信号处理也带来麻烦，因此必须对i，q幅度和相位的不一致提出要求。在中频上采样，其输入信号是单路信号，正交双通道信号在数字域形成，因而在一定条件下，可以很好地控制其信号检相性能，其两通道的幅度一致性和相位正交性可以提高一个量级以上并且大大改善了输出零漂问题。接收机还设有故障检测装置，故障检测装置中的频率综合器产生测试信号，通过场放前定向耦合器及高频选择开关送入接收系统。测试源的选择由信号处理机发出的控制指令控制。利用此测试信号可以检测接收机及信号处理机的大部分指标。在系统出现故障时，还可利用此测试信号隔离故障点。接收分系统的技术指标如下：(1)动态范围：≥65db；(2)频综器单边带相位噪声：≤－80dbc/hz/10hz；(3)激励源输出脉冲峰值功率：≥11.35dbm；(4)a/d位数：14bit；(5)采样频率：80mhz；(6)i、q输出幅度不平衡：≤0.05db；(7)i、q输出正交性不平衡：≤0.1°。第四方面，本发明实施例中的信号处理分系统采用专用dsp芯片，实时完成编码脉压、相干平均、fft处理、杂波抑制和谱平均等处理；负责整个雷达的状态检测和功能控制，负责处理用户的输入控制，返回雷达的各种计算结果及状态信息。信号处理分系统的技术指标如下：(1)i、q数据输入最高速率：1mhz；(2)i、q信号输入位数：16bits；(3)距离门个数(库数)：≤200；(4)高度分辨率(库长)：150m、600m、1500m；(5)时域积累：1－256(连续整数可变)；(6)fft点数：128－2048；(7)谱平均数：≤100(连续整数可变)；(8)结构形式：标准pc/pci扩展板卡。应用本发明实施例，利用涡旋电磁波和中性大气湍流相互作用，根据后向散射电磁波的波场分布函数以及对应的无湍流条件下的oam电磁波的波场分布函数、超几何高斯波束的轨道角动量模在径向方向的概率密度分布计算出的表征参数进行大气湍流的表征，由于涡旋电磁波的传播距离较现有技术中的声波以及光波的传播距离更远，因此可以显示远距离的大气湍流探测。在本发明实施例的一种具体实施方式中，每一个阵元均连接有一个射频开关，射频开关用于对阵列天线中的阵元依次通电，阵元间馈电相位依次增加或者减少需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。当前第1页1 2 3