4.1　引　言

湍流是指在一定区域内大气中微粒的速度方差较大的气象目标，是大气的一种剧烈运动形式。引发湍流的原因可能是气压变化、急流、冷锋、暖锋和雷暴，甚至在晴朗的天空中也可能出现湍流。湍流主要包括大气湍流、晴空湍流以及飞机尾流，而大气湍流常发生的区域在大气底层的边界层内以及对流层的云体内部。对气象雷达而言，湍流是指微粒速度偏差较大的气象目标。该定义与微粒的绝对速度无关，而与微粒速度的统计标准偏差有关。速度的偏差可理解为速度的范围或频谱宽度，频谱越宽，湍流越大。在湍流区域中，气流速度和方向的变化都相当急剧，因而不仅会使飞机颠簸，而且会使机体承受巨大的作用力，对飞行安全十分不利。因此，飞机总是十分小心地避免进入湍流区域。湍流可能夹杂有雨粒，也可能不夹杂雨粒。前者称为湿性湍流，后者称为晴空湍流［171］。本章主要研究的是湿性湍流。传统的湍流检测算法有脉冲对检测方法、快速傅里叶变换法等［158-162］。

湍流是一种高度复杂的非线性耗散系统。文献［172］在大气湍流的对数正态统计模型基础的上实现了最大似然序列探测（Maximumlikelihood Sequence Detection，MLSD），但MLSD不能跟踪大气湍流所引起的乘性噪声统计量的时间变化。文献［173-175］研究了脉冲对算法对湍流检测的影响、分析了在不同的多普勒速度、谱宽的情形下的湍流检测的特性，但是没有考虑地杂波对湍流检测的影响。文献［62-67］主要研究了Von Karman模型的自相关特性，但没有考虑湍流尺度因素的影响。文献［110-113］主要研究了大气湍流的数值仿真，采用双随机交换最小化方法对高斯噪声序列进行白化处理，使得随机数序列的白化程度提高，但没有讨论湍流场的风速估计分析。

由于湍流现象属于小概率事件，其存在时间只有短短几分钟，且不具备重复性。依靠现场试验的方法进行研究，不但成本很高，而且危险性相当大。因此，研究模拟湍流变化规律的仿真方法成为一种有效措施。有效的风场模拟将有助于缩短气象雷达的研制周期，节约研究费用。湍流目标回波信号模拟算法可通过方便、灵活地设定各类参数，模拟出多种情况下湍流场的风速真实分布情况，为雷达信号处理系统的设计提供良好的实验基础。