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[硕士论文] 丁柏辰
仪器仪表工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着人们对海洋资源全面的开发利用,海洋环境科学越来越显示出其重要性。海冰作为其重要组成部分,直接影响着海上石油开发、海港建设、航运交通等海上经济。由于地理环境独特,近年来受气候变化响,以渤海海域为代表的我国沿海海域受到海冰的灾害影响十分严重。因此,对海冰全面科学的监测对于海洋经济的发展具有非常重要的意义。而在海冰监测中最为关键的就是对冰层厚度的精确测量。
  本文结合国内外海冰厚度测量相关的文献,简单介绍了雷达测量海冰厚度的发展过程和研究现状,总结了多种海冰厚度测量方法的原理并分析了其优势与缺陷。根据我国沿海地区薄冰的特点,出于小型化、一体化、低功耗、可机载等方面的考虑,确定基于FMCW的探冰雷达发射接收系统的方案设计。探冰雷达系统工作于8GHz~12GHz,具有极高的距离分辨力,以期能够精确测量薄冰的厚度。
  在系统方案实施前,首先介绍了FMCW体制雷达测量冰厚的原理并进行了验证其可行性的实验,之后给出了探冰雷达发射接收系统的基本框架。结合探冰雷达探测性能的要求,确定了发射接收系统相关的个项指标,并根据系统指标来对其中各个功能模块进行选型。
  本文在系统架构上,通过ADS系统级仿真验证了各功能模块作用于发射接收系统中的可行性。在PCB布板方面,对传输线的阻抗匹配、PCB的层叠结构进行了设计,并通过Cadence和ADS的联仿分析了系统传输性能,验证了硬件电路实现的可行性;在封装结构上,整个电路封装在屏蔽腔体内,利用HFSS仿真软件进行了屏蔽腔体与电磁兼容设计。最后将系统整机装配并进行了实验测试,通过测试结果与仿真结果的对比分析,提出系统可能存在的缺陷以及相关的改进方法。
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