量子雷达

量子雷达

美国罗切斯特大学光学研究所的研究团队近日成功研发出一种抗干扰的量子雷达，这种雷达利用光子的量子特性来对目标进行成像，由于任何物体在接收到光子信号之后都会改变其量子特性，所以这种雷达能够轻易探测到隐形飞机，而且几乎是不可被干扰的。

在本项研究中，工程师们使用新型侦测技术能够揭穿频率干扰等反制手段，来自纽约罗彻斯特大学的研究小组展示了如何通过光子的量子属性来获得先进的反隐身技术。对此，麻省理工学院的科学家评论认为这项新的侦测技术依赖于任何一个测量光子的行为总会摧毁它自身的量子特性，由此就可通过破坏原来光子的量子特征来重新模拟出虚假的光子属性，以达到欺骗目的。

倘若隐形飞机设法阻止这些光子，并通过重新发送这些光子的方法以隐藏自身，这些隐形飞机将不可避免地改变这些光子的量子特性，从而显示出所有受干扰痕迹。研究人员指出：“为了阻止我们的成像系统，物体必须干扰到成像光子中，微妙的量子状态，这样一来，物体就会犯数据错误，从而暴露自己的活动情况。”该技术的工作原理同密码学中量子密钥分配有着相似之处，在密码学中，偷听者偷听时会改变密钥的量子特性，从而暴露自己的身份。

如果一架雷达隐形的飞机试图拦截这些光子并重新发送虚假信号，雷达回波仅相当于一只鸟的面积就可以掩盖自身的真实位置，但量子雷达在这一欺骗过程中也发现了敌方飞机的踪迹。这项新发明在技术工程上也有相似的运用，比如可以用类似的方式进行量子密钥加密，通过改变密钥的量子属性来达到目的。来自罗彻斯特光学研究所的科学家梅胡尔·马利克（Mehul Malik）利用该技术对远程隐形轰炸机进行反射光子测试实验，测量反射信号的极化错误率。

目前新的量子雷达系统还不算很完善，比如该系统会发出一大串的光子，而这些光子可能会被敌人截获并进行分析，此外相对复杂的干扰可能包含大量的虚假位置和时间信息，而目前的量子雷达还难以通过光子的偏振状态来识别出这些信息的真假。不过由于目前还没有将该系统应用到军事领域的计划，所以暂时还没有必要装备那些能够应对复杂干扰的设备。

雷达--地物回波系统分

衰落速率的计算 计算多普勒频率是求衰减落速率（Fading rate ）最容易的方法。为了在一个特定的多普勒频移范围内计算回波信号的幅度，必须将所有具有这些频移的信号相加。这就需要了解散射面上的多普勒频移等值线（等值多普勒频移）。对于每一种特殊形状的几何体都必须建立起这种多普勒频移等值线。下面用一个沿地球表面水平运动的简单例子来说明。它是普通巡航飞行飞机的一个典型实例。 假定飞机沿y 方向飞行，z 代表垂直方向，高度（固定）z = h 。于是有 v =1v v h y x z y x 111R -+= 式中，1x ,1y ,1z 为单位矢量。因而 h y x vy R v r 222++==?R v 式中，v r 是相对速度。等相对速度曲线也就是等多普勒频移曲线。该曲线的方程为 0222222=+--h v v v y x r r 这是双曲线方程。零相对速度的极限曲线是一条垂直于速度矢量的直线。图12.7示出这样一组等多普勒频移曲线。 只要把雷达式（12.1）略加整理就可用来计算衰落回波的频谱。这样，如果W r (f d )是频率f d 和f d +d f d 之间接收到的功率，则雷达方程变为 ? π=积分区R A A G P f f W r t t d d r 402d )4(1d )(σ ????? ??-π=d r t t d f A R A G P f d d )4(d 402σ （12.12） 图12.7 在地球平面做水平运动时的多普勒频移等值线图12.8 计算复数衰落的几何关系图 （引自Ulaby,Moore 和Fung [21]） 上式的积分区是频率f d 和f d +d f d 间被雷达照射到的区域。在此积分式中，f d 和f d +d f d 之间的面

激光雷达回波信号仿真模拟

激光雷达回波信号仿真模拟研究 摘要 关键字 第一章绪论 第一节引言 激光雷达（Lidar：Li ght D etection A nd R anging），是一种用激光器作为辐射源的雷达，是激光技术与雷达技术完美结合的产物。激光雷达的最基本的工作原理与我们常见的普通雷达基本一致，即由发射系统发射一个信号，信号到达作用目标后会产生一个回波信号，我们将回波信号经过收集处理后，就可以获得所需要的信息。与普通雷达不同的是，激光雷达的发射信号是激光而普通雷达发射的信号是无线电波，两者在波长上相比，激光信号要短的多。由于激光的高频单色光的特性，激光雷达具有了许多普通雷达无法比拟的特点，比如分辨率高，测量、追踪精度高，抗电子干扰能力强，能够获得目标的多种图像，等等。因此，利用激光雷达对大气进行监测，收集、分析数据，建立一个大气环境预测理论模型，这将会成为研究气候变化和寻求解决对策的一项重要武器。 第二节本文的选题意义 由于投入巨大，在研制激光雷达实物之前，我们需要进行模拟与仿真研究，预测即将研制的激光雷达的各性能指标，评价总体方案的可行性。激光雷达回拨信号仿真模拟就是利用现代仿真技术，逼真的复现雷达回波信号的动态过程，它是现代计算机技术、数字模拟技术和激光雷达技术相结合的产物。仿真模拟的对象是激光雷达的探测没标以及它所处的环境，模拟的手段是利用计算机和相关设备以及相关程序，模拟的方式是复现包含着激光雷达目标和目标环境信息的雷达信号。通过激光雷达回波信号的仿真模拟，进而产生回波信号，我们可以在实际雷达系统前端不具备条件的情况下，对激光雷达系统的后级设备进行调试。 第三节本文的研究思路和结构安排 本文主要研究面向气象服务应用的大气激光雷达。笔者在熟悉激光雷达的基本工作原理的前提下，学习和熟悉各种参数对大气回波能量的影响，进而学习和掌握matlab编程语言，并且根据给定的激光雷达系统参数、大气参数和光学参数，以激光雷达方程为基础，通过仿真模拟得到理想状态下的大气回波信号。但是，在实际测量工作中，由于大气中的各种干扰，我们获得的回波信号并不和理想状态下的大气回波信号一致，因此，在本文的后期工作中，笔者根据已有的大量激光雷达实测信号与模拟信号对比，既能验证仿真模拟结果的准确性，又能应用于激光雷达的性能指标等方面的分析上，具有比较高的实际应用价值。 第二章激光雷达的原理 第一节激光雷达系统 一个标准的激光雷达系统应该包含以下部件：激光器、发射系统、接收系统、光学系统、信号处理系统以及显示系统。它的工作原理图我们可以用下图表示：

第八章雷达回波分析

第八章雷达产品实际应用个例分析 8.1 1992年4月28日Oklahoma州中西部个例 在下午和晚上，在Oklahoma的中部和北部出现了强风暴。刚过17时30分（局地时间），在Dewey 县的最北端（Oklahoma市西北150km），一个风暴发展成为强风暴。在风暴内部30000英尺的高度，最大的反射率因子超过50dBZ。同时，在其入流区之上，存在一个较强的中层悬垂回波，说明有较大的冰雹存在。基于这些雷达特征，于17时45分发布了Dewey 县将出现一次强雷暴过程的警报。该警报于28分钟后得到证实，出现了2cm 直径的冰雹。在接下来的2小时内，基于由WSR-88D观测的三维风暴结构，又发布了Dewey 县下游的风暴警报。 摘自文献1 图11 图8-1 位于Comanche县中部的一个非龙卷的旋转风暴相对速度的4幅图显示。时间为1992年4月28日20点19分。强风暴的警报没有升级为龙卷警报，基于低层的弱旋转特征。在风暴的中层，较强的旋转很明显。 当风暴继续向着东南方向的Lawton地区（Comanche县境内），WSR-88D探测到位于风暴中层的弱的旋转。19点55分，又发布强风暴警报。一个飞行员于大约20点10分在Lawton 地区的北部观测到漏斗云。然而，风暴中层相对速度数据（图8-1）继续表明一个宽阔的旋转特征只局限于风暴的中层。因此，预报员决定不把强风暴警报升级为龙卷警报，主要基于WSR-88D的三维速度和反射率因子数据。20点20分，高尔夫球大小的冰雹降落在Lawton 地区，证实了强风暴的警报，其提前时间（lead time）为25分钟。 从以上可知，WSR-88D不仅在发布警告方面有较好的准确率，而且在决定不发布警报或不升级警报方面也有相当的技巧。预报员经常面对是否应发布或升级一个强天气警报。位

多普勒天气雷达回波识别和分析之降水回波

多普勒天气雷达回波识别和分析之降水回波 1.层状云降水雷达回波特征——片状回波 层状云是水平尺度远远大于垂直尺度云团，由这种云团所产生的降水称之为稳定性层状云降水。降水区具有水平范围较大、持续时间较长、强度比较均匀和持续时间较长等特点。 ⑴回波强度特征：①在PPI上，层状云降水回波表现出范围比较大、呈片状、边缘零散不 规则、强度不大但分布均匀、无明显的强中心等特点。回波强度一般在20-30dBz，最强的为45dBz。②在RHI上，层状云降水回波顶部比较平整，没有明显的对流单体突起，底部及地，强度分布比较均匀，因此色彩差异比较小。一个明显的特征是经常可以看到在其内部有一条与地面大致平行的相对强的回波带。进一步的观测还发现这条亮带位于大气温度层结0度层以下几百米处。由于使用早起的模拟天气雷达探测时，回波较强则显示越亮，因此称之为零度层亮带。回波高度一般在8公里以下，当然会随着纬度，季节的不同有所变化。 ⑵回波径向速度特征：由于层状云降水范围较大，强度与气流相对比较均匀，因此相应其 径向速度分布范围也较大，径向速度等值线分布比较稀疏，切向梯度不大。在零径向速度型两侧常分布着范围不大的正、负径向速度中心，另外还常存在着流场辐合或辐散区。 ⑶零度层亮带：如前所述，在PPI仰角较高或者RHI扫面时，总能在零度层以下几百米处 看到一圈亮环或者亮带回波，亮带内的回波比上下两个层面都强。由于亮带回波总是伴随层状云降水出现，因此是层状云降水的一个重要特征。（零度层亮带形成的原因：冰晶、雪花下落的过程中，通过零度层时，表明开始融化，一方面介电常数增大，另一方面出现碰并聚合作用，使粒子尺寸增大，散射能力增强，所以回波强度增大。当冰晶雪花完全融化后，迅速变成球形雨滴，受雨滴破裂和降落速度的影响，回波强度减小。这样就存在一个强回波带，说明层状云降水中存在明显的冰水转换区，也表明层状云降水中气流稳定，无明显的对流活动。） 2.对流云降水雷达回波特征——块状回波 对流云往往对应着阵雨、雷雨、冰雹、大风、暴雨等天气。 ⑴回波强度特征：①在PPI上，对流云阵性降水回波通常由许多分散的回波单体所组成。 这些回波单体随着不同的天气过程排列成带状、条状、离散状或其它形状。回波单体结构