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基于双频极化雷达技术的东南极冰盖内部结构特性研究

作　者: 王帮兵
导　师: 田钢；孙波
学　校: 吉林大学
专　业: 地球探测与信息技术
关键词: 雷达技术内部结构吉林大学介电常数特性研究各向异性介质装置类型博士学位论文雷达数据处理雷达探测
分类号: P728.2
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

南极冰盖在全球气候系统中扮演着重要角色,南极冰盖的物质平衡状态和变化趋势对全球海平面变化和温盐环流变异具有举足轻重的影响。因此理解冰流机制和动力过程对于解释冰盖过去、现在和未来的变化规律非常重要。双频极化雷达技术提供了一种间接推测冰介质物性的技术手段。本文基于双频极化雷达技术的现状和需要,开展了以下三个方面工作:首先,从Maxwell方程出发,推导出横向各向异性介质电磁波时域有限差分(FDTD)公式,并使用前人试验测得的冰介质介电参数制作模型,验证了前人关于冰内雷达反射层性质的推断。其次,总结双频极化雷达技术的资料处理方法,针对目前缺乏相应处理软件的现状以及中国21次南极考察冰雷达数据处理的需求,笔者开发出一套处理软件,极大地提高了处理效率并改善了处理效果。最后,应用这套软件处理中国21次南极考察冰雷达数据,分析和解释处理结果,取得了一些列重要成果。其中包括:在Dome A顶部发现超过冰厚3000m的深谷,为中国深冰芯计划确定了目标靶区。获得了Dome A——中山站冰盖厚度和冰下地形数据。根据双频极化雷达资料推断解释Dome A——中山站之间冰盖内部冰晶组构特性等。

全文目录

提要  4-7
第一章绪论  7-20
  1.1 南极概况  7-9
  1.2 南极冰盖的研究意义及研究现状  9-15
    1.2.1 南极冰盖的研究意义  9-10
    1.2.2 南极冰盖考察历史  10-12
    1.2.3 冰雷达发展历史及研究现状  12-15
  1.3 应用双频极化雷达研究南极冰盖内部结构的可行性  15-17
  1.4 论文的基本思路和章节介绍  17-18
  1.5 论文的创新点  18-20
第二章双频极化雷达基本理论  20-35
  2.1 冰盖冰的物理特性  20-23
    2.1.1 冰盖冰的密度及冰晶组构  20-21
    2.1.2 冰盖冰的电磁特性  21-23
  2.2 双频极化雷达技术方法原理  23-31
    2.2.1 双频雷达探测技术  23-27
    2.2.2 多极化测量技术  27-29
    2.2.3 接收功率分析  29-31
  2.3 雷达系统  31-32
  2.4 研究工作布置  32-35
    2.4.1 双频极化剖面测量  32
    2.4.2 多极化点测  32-33
    2.4.3 Dome A顶部三维雷达探测  33-35
第三章电磁波理论和时域有限差分模拟  35-56
  3.1 电磁波理论  35
  3.2 时间域有限差分电磁波数值模拟（FDTD）  35-47
    3.2.1 FDTD原理和Yee元胞  36-38
    3.2.2 吸收边界条件  38-47
  3.3 各向异性介质的时域有限差分模拟  47-56
    3.3.1 测量坐标系与介电常数张量坐标系重合  47-50
    3.3.2 测量坐标系与介电常数张量坐标系不重合的情形  50-53
    3.3.3 对非Yee元胞节点的空间插值处理  53-56
第四章冰介质对雷达波响应特征模拟成果分析  56-80
  4.1 模型参数设置  56-58
    4.1.1 FDTD激励源的选择  56-57
    4.1.2 模型设置目标  57-58
    4.1.3 其它参数  58
  4.2 电导率变化的模拟结果  58-60
    4.2.1 模型参数设置  58-59
    4.2.2 试验结果  59-60
  4.3 各向异性冰对极化面旋转响应特征分析  60-70
    4.3.1 模型参数设置  60-61
    4.3.2 各向同性与各向异性介质模拟结果比较  61
    4.3.3 各向异性介质在天线旋转状态下的输出结果分析  61
    4.3.4 实际冰盖中各向异性冰在天线旋转状态下的输出结果分析  61-70
  4.4 不同排列方向天线特性正演模拟  70-79
    4.4.1 天线方向设置及输出设置  70-71
    4.4.2 模拟结果分析  71-79
  4.5 小结  79-80
第五章数据采集和资料处理方法研究  80-88
  5.1 冰雷达数据采集方法及数据格式  80
  5.2 冰雷达数据处理方法  80-82
    5.2.1 预处理  80
    5.2.2 功率补偿  80-81
    5.2.3 求差  81
    5.2.4 显示  81
    5.2.5 其它处理技术  81-82
  5.3 冰雷达数据处理显示软件的开发  82-88
    5.3.1 数据格式  82
    5.3.2 处理模块  82-88
第六章成果分析  88-116
  6.1 DOME A 三维雷达探测成果分析  88-93
    6.1.1 背景和目标  88-92
    6.1.2 探测结果分析  92-93
  6.2 多极化点测探测成果分析  93-99
  6.3 中山站——DOME A雷达剖面成果分析  99-116
    6.3.1 冰盖厚度及冰下地形  99-104
    6.3.2 大尺度冰盖内部结构特征分析  104-106
    6.3.3 局部冰盖内部结构特征分析  106-109
    6.3.4 小尺度特征分析  109-111
    6.3.5 一种新的评价冰内层各向异性的方法  111-116
第七章结论和展望  116-118
附录  118-120
致谢  120-122
攻读博士期间发表的论文及参加的项目  122-124
  发表的学术论文  122-123
  参加的科研项目  123-124
参考文献  124-137
摘要  137-140
ABSTRACT  140-143

基于双频极化雷达技术的东南极冰盖内部结构特性研究

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