低功率毫米波測云方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低功率毫米波測云方法，由天線、收發(fā)單元、電源和終端組成低功率毫米波測云儀；收發(fā)單元產生穩(wěn)定的經過調制的毫米波信號，通過天線向空中輻射出去，然后接收來至天線，由云散射回來的毫米波信號，經解碼并轉換成數(shù)值信號，對應累加，送給終端；終端完成信號功率譜分析，譜累加，識別云特征量；終端還對收發(fā)單元進行設置，設置收發(fā)單元發(fā)射脈沖寬度和脈沖重復頻率。本發(fā)明可以解決利用較低功率毫米波實現(xiàn)傳統(tǒng)的大功率毫米波的測云效果。
【專利說明】低功率毫米波測云方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種氣象測量方法。

【背景技術】
[0002] 傳統(tǒng)激光測云儀，采用可見或近紅外激光探測云，激光波長在微米量級，由于波 長小于云粒子直徑，因此到多數(shù)情況不能穿透云，只能探測云底。大氣中氣溶膠也能對激光 產生衰減，因此在有霧霾的天氣，探測能力嚴重下降，甚至探測不到云。而毫米波受氣溶膠 的衰減可以忽略，云粒子的衰減也比激光小的多，可以很好地探測云，獲取云底、云的結構。 傳統(tǒng)的毫米波探測往往需要發(fā)射毫米電磁波的峰值達幾百瓦至十幾千瓦，甚至更大。


【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種低功率毫米波測云方法，以解決利用較低功率毫米波實 現(xiàn)傳統(tǒng)的大功率毫米波的測云效果。
[0004] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術方案如下： 一種低功率毫米波測云方法，由天線、收發(fā)單元、電源和終端組成低功率毫米波測云 儀；收發(fā)單元產生穩(wěn)定的經過調制的脈沖寬度設置的毫米波信號，發(fā)射脈沖峰值功率只有 三分之一瓦至十幾瓦，通過天線向空中輻射出去，然后接收來至天線，由云散射回來的毫米 波信號，經解碼或解調并轉換成數(shù)值信號，對應累加；低功率毫米波測云方法的工作流程： 賦值累加次數(shù)N，發(fā)射毫米波脈沖，接收毫米波信號，對應累加，如果N-1不等于0,再次發(fā)射 毫米波脈沖，接收毫米波信號，對應累加，直至N-1等于0,檢查M-1是否等于0,如果不等 于0,設置下一組脈沖寬度和脈沖重復頻率，發(fā)射毫米波脈沖，接收毫米波信號，對應累加， 直至等于〇,將上述過程獲得數(shù)據(jù)傳送給終端；收發(fā)單元重復上述工作；終端是一臺微 機，終端完成信號功率譜分析，譜累加，識別包括云底高、云頂高等云特征量和顯示云廓線； 終端工作流程如下，終端不斷接收收發(fā)單元送來的數(shù)據(jù)，當有C組數(shù)據(jù)時，終端進行數(shù)據(jù)處 理，數(shù)據(jù)處理包括功率譜分析，譜累加，云頂高度、云底高度分析和顯示；C 一般大于32,可 以事先設置；終端還對收發(fā)單元進行設置，設置收發(fā)單元發(fā)射脈沖寬度和脈沖重復頻率； 脈沖寬度賦值Μ，Μ可以是大于1的整數(shù)，表示有幾組脈沖寬度和脈沖重復頻率值，根據(jù)Μ設 置脈沖寬度和脈沖重復頻率。
[0005] 對應累加是指每次發(fā)射毫米波脈沖后，在Τ/2到1/F時間內接收到η (如1024)個 數(shù)據(jù)，將每次發(fā)射毫米波脈沖后η個數(shù)據(jù)，按時間順序對應累加。Τ為發(fā)射毫米波脈沖寬度， F是脈沖重復頻率。
[0006] 本發(fā)明的優(yōu)點是低功率毫米波測云儀發(fā)射毫米電磁波的峰值只有三分之一瓦至 十幾瓦，就能實現(xiàn)傳統(tǒng)的云雷達發(fā)射毫米電磁波的峰值幾百瓦至十幾千瓦，甚至更大的探 測效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1是本發(fā)明的低功率毫米波測云儀的結構框圖。
[0008] 圖2是本發(fā)明收發(fā)單元的工作流程圖。
[0009] 圖3是本發(fā)明終端工作流程圖。

【具體實施方式】
[0010] 本發(fā)明的所述的低功率毫米波測云儀由天線、收發(fā)單元、電源和終端組成。
[0011] 參見圖1，天線由反射面和饋源組成，用于發(fā)射和接收毫米波信號，天線固定指向 天空。收發(fā)單元產生穩(wěn)定的經過調制的毫米波信號，通過天線向空中輻射出去，然后接收來 至天線，由云散射回來的毫米波信號，經解碼并轉換成數(shù)值信號，對應累加后送給終端，終 端是一臺微機。終端完成信號功率譜分析，譜累加，識別云特征量(云底高、云頂高)。顯示 云廓線。終端還對收發(fā)單元進行設置，設置收發(fā)單元發(fā)射脈沖寬度和脈沖重復頻率。
[0012] 工作流程： 收發(fā)單元工作流程如圖2所示。脈沖寬度賦值M，M可以是大于1的整數(shù)(例如3)，表示 有幾組脈沖寬度和脈沖重復頻率值，根據(jù)Μ設置脈沖寬度和脈沖重復頻率。賦值累加次數(shù) Ν，發(fā)射毫米波脈沖，接收毫米波信號，對應累加，如果Ν-1不等于0,再次發(fā)射毫米波脈沖， 接收毫米波信號，對應累加，直至Ν-1等于0,檢查Μ-1是否等于0,如果不等于0,設置下一 組脈沖寬度和脈沖重復頻率，發(fā)射毫米波脈沖，接收毫米波信號，對應累加，直至Μ-1等于 0，將上述過程獲得數(shù)據(jù)傳送給終端。收發(fā)單元重復上述工作。
[0013] 終端工作流程圖3所示。終端不斷接收收發(fā)單元送來的數(shù)據(jù)，當有C組數(shù)據(jù)時，終 端進行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理包括功率譜分析，云頂高度、云底高度分析和顯示。C 一般大于 64,可以事先設置。
[0014] 方法特點： (1)采用低峰值功率(三分之一瓦至十幾瓦)，經過調制的脈沖毫米波脈沖作為發(fā)射脈 沖向空中輻射電磁波；將接收到Ν個脈沖產生的散射信號進行對應累加平均，增強信號強 度，抑制噪聲。通過上述發(fā)射和接收處理實現(xiàn)小峰值功率發(fā)射條件下高探測性能。即通過 上述發(fā)射和接收處理實現(xiàn)發(fā)射脈沖峰值功率只有三分之一瓦至十幾瓦，而探測能力與發(fā)射 毫米電磁波峰值功率幾百瓦至十幾千瓦的傳統(tǒng)云雷達相當或更高。
[0015] (2)采用不同寬度發(fā)射脈沖和不同脈沖重復頻率組合，在發(fā)射寬脈沖Τ1時，脈沖 重復頻率F1低，對應累加平均數(shù)Α1少；發(fā)射窄脈沖Τ2時，脈沖重復頻率F2高，對應累加平 均數(shù)Α2多。
[0016] 當A1/F1= A2/F2,發(fā)射寬脈沖和發(fā)射窄脈沖，對接收到Ν個脈沖產生的散射信號 進行對應累加平均的效果(增強信號強度，抑制噪聲）就會相當。
[0017] 當A1/F1= A2/F2,且A1*T1= A2*T2,發(fā)射寬脈沖和發(fā)射在脈沖的探測能力就會相 當。
[0018] 例子： 探測距離范圍3 - 15KM 脈沖寬度Tl=20us重復頻率Fl=8000Hz，積累數(shù)Al=64,積累時間=64/8000=0. 008s 探測距離范圍0. 75 - 3KM 脈沖寬度T2=5us 重復頻率F2=32000Hz 積累數(shù)A2=256,積累時間 =256/32000=0.008s 探測距離范圍0. 3 - 0. 75KM 脈沖寬度T3=2us 重復頻率F3=128000Hz 積累數(shù)A3=1024,積累時間 =1024/128000=0. 008s
【權利要求】
1. 一種低功率毫米波測云方法，由天線、收發(fā)單元、電源和終端組成低功率毫米波測云 儀；收發(fā)單元產生穩(wěn)定的經過調制的脈沖寬度設置的毫米波信號，發(fā)射脈沖峰值功率只有 三分之一瓦至十幾瓦，通過天線向空中輻射出去，然后接收來至天線，由云散射回來的毫米 波信號，經解碼或解調并轉換成數(shù)值信號，對應累加；低功率毫米波測云方法的工作流程： 賦值累加次數(shù)N，發(fā)射毫米波脈沖，接收毫米波信號，對應累加，如果N-1不等于0,再次發(fā)射 毫米波脈沖，接收毫米波信號，對應累加，直至N-1等于0,檢查M-1是否等于0,如果不等 于0,設置下一組脈沖寬度和脈沖重復頻率，發(fā)射毫米波脈沖，接收毫米波信號，對應累加， 直至等于〇,將上述過程獲得數(shù)據(jù)傳送給終端；收發(fā)單元重復上述工作；終端是一臺微 機，終端完成信號功率譜分析，譜累加，識別包括云底高、云頂高等云特征量和顯示云廓線； 終端工作流程如下，終端不斷接收收發(fā)單元送來的數(shù)據(jù)，當有C組數(shù)據(jù)時，終端進行數(shù)據(jù)處 理，數(shù)據(jù)處理包括功率譜分析，譜累加，云頂高度、云底高度分析和顯示；C 一般大于32,可 以事先設置；終端還對收發(fā)單元進行設置，設置收發(fā)單元發(fā)射脈沖寬度和脈沖重復頻率； 脈沖寬度賦值Μ，Μ可以是大于1的整數(shù)，表示有幾組脈沖寬度和脈沖重復頻率值，根據(jù)Μ設 置脈沖寬度和脈沖重復頻率。
【文檔編號】G01S17/95GK104215955SQ201410415750
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權日:2014年8月22日
【發(fā)明者】高玉春, 馬舒慶, 劉麗華, 陳炎, 王鋼, 何建新, 謝承華, 王文明 申請人:西安華騰微波有限責任公司