本發(fā)明涉及天氣雷達標定，具體涉及一種天氣雷達機外有源標定設備及標定方法。

背景技術(shù)：

目前，天氣雷達的標定直接影響到天氣雷達的探測準確度和探測精度，是新一代天氣雷達組網(wǎng)定量測量和天氣精細化探測的基礎，是提高天氣雷達探測精度的重要手段。

近年來，國內(nèi)對天氣雷達的標定也有一些相關(guān)的技術(shù)研究：中國氣象科學院的張沛源等人討論了數(shù)字化天氣雷達定標中應注意的一些問題；河南氣象局的潘新民等人給出了cinrad/sa雷達回波強度定標和調(diào)校方法；中國氣象局探測中心的柴秀梅等人研究了新一代天氣雷達的自動標定技術(shù)；中國氣象局的王志武等人對cinrad/sa定標常見問題進行了分析。

目前天氣雷達常用的標定方法：機內(nèi)標定和機外無源金屬球標定兩種標定方法，但都存在一些問題。

機內(nèi)標定方法存在以下問題：

(1)不同型號雷達由于其定位、用途存在差異，對標定的要求和理解也各不相同，因此機內(nèi)標定系統(tǒng)的設計難以做到統(tǒng)一規(guī)范，造成其功能、性能、指標都存在顯著差別。

(2)作為雷達系統(tǒng)的組成部分，機內(nèi)標定系統(tǒng)與其它系統(tǒng)一樣，本身也不可避免地存在不穩(wěn)定性，如果要保證標定系統(tǒng)穩(wěn)定可靠工作，仍必須定期用機外設備進行校準。

(3)機內(nèi)標定系統(tǒng)一般只能從天饋線的適當位置，進行標定信號的耦合和注入，完整的天線和饋線系統(tǒng)損耗、天線罩的雙程損耗等參數(shù)，在現(xiàn)場安裝過程后難以實際測量，使用中更無法進行實際標定，其參數(shù)只能通過分段估算相加的方式獲得，因此機內(nèi)不可能做到系統(tǒng)的完整標定。

(4)不同型號雷達機內(nèi)標定系統(tǒng)的工作模式很難統(tǒng)一規(guī)范，標定結(jié)果如何用于回波數(shù)據(jù)的修正也各不相同，使得雷達標定的準確度受到影響。

機外無源金屬球標定存在以下問題：

(1)受限于掛載平臺的載荷能力，金屬球體積有限，造成其rcs偏小。

(2)金屬球?qū)儆跓o源目標，回波功率小，難以實現(xiàn)較遠距離的精確標定。

(3)由于金屬球的目標特性與氣象回波差異較大，天氣雷達需要對金屬球的回波信號進行目標識別。

(4)搭載在運動載體上的金屬球空中位置較難控制，容易引起波束失配，對標定時的環(huán)境要求很高。

(5)除z參數(shù)外，需要借助掛載平臺的運動，才能進行距離、速度等參數(shù)的標定。

(6)整個標定過程都需人工操作參與，無法實現(xiàn)自動標定，而且對操作水平有較高要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述問題，提供了一種天氣雷達機外有源標定設備，包括：

天饋模塊：完成對信號的接收、發(fā)射功能；

主機：包含收發(fā)模塊、信號處理模塊、定位通信模塊和電源模塊，用于獲取標定設備架設點地理信息的采集、提取天氣雷達信號的參數(shù)信息、產(chǎn)生模擬天氣雷達的目標回波信號；

顯控終端：完成人機交互操作；

所述天饋模塊通過射頻線纜連接主機；所述主機通過以太網(wǎng)連接顯控終端；

所述收發(fā)模塊連接信號處理模塊；所述信號處理模塊連接定位通信模塊；所述電源模塊分別連接收發(fā)模塊、信號處理模塊、定位通信模塊。

進一步地，所述天氣雷達機外有源標定設備的標定方法，包括以下步驟：

s1，將標定設備架設在距離天氣雷達1km～10km范圍內(nèi)，被標雷達運行標定軟件；

s2，利用標定設備上的gps系統(tǒng)獲取標定設備地理位置信息，同時將被標雷達的地理位置信息輸入標定設備，完成初始化；

s3，被標雷達按標定模式掃描工作，進行預置的信號發(fā)射；

s4，標定設備接收到被標雷達信號，檢測出的信號功率、脈寬和重復頻率，在標定設備上同時顯示理論值和測試值，進行對比分析，完成發(fā)射標定，并輸出標定數(shù)據(jù)；

s5，標定設備根據(jù)接收到信號的重復頻率，實現(xiàn)與被標雷達的同步；

s6，以同步信號為基準，標定設備將接收到的發(fā)射信號進行處理，包括功率控制、多普勒頻率調(diào)制和時間延遲，生成帶有強度、速度和距離特性的標定回波信號，并通過天線向雷達輻射；

s7，被標雷達接收到標定回波信號，經(jīng)接收通道后到達信號處理，進行信號的z、v、w和距離信息提取，在終端上同時顯示理論值和測試值，進行對比分析，完成接收標定，并輸出標定數(shù)據(jù)；

s8，將來自標定設備和被標雷達的標定數(shù)據(jù)，導入到計算機，利用專業(yè)軟件進行數(shù)據(jù)分析，給出最終的標定結(jié)果，并生成標定報告。

本發(fā)明的優(yōu)點：

本發(fā)明的天氣雷達機外有源標定設備及標定方法能有效的解決當前傳統(tǒng)機內(nèi)標定技術(shù)所面臨的標定設備和標定源本身存在的不穩(wěn)定性造成的標定誤差、對接收機前端鏈路損耗評估不準確造成的標定誤差等問題；此外，本發(fā)明的天氣雷達機外有源標定設備及標定方法可解決采用機外無源金屬球標定所帶來的金屬球的rcs偏小、標定回波功率小和需要搭載運動載體標定操作復雜等問題。

除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點。下面將參照圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。

圖1是本發(fā)明的一種天氣雷達機外有源標定設備原理框圖；

圖2是本發(fā)明的一種天氣雷達機外有源標定設備應用的結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明的一種天氣雷達機外有源標定設備標定方法流程圖。

附圖標記：

1為天饋模塊、2為主機、3為顯控終端、4為收發(fā)模塊、5為信號處理模塊、6為定位通信模塊、7為電源模塊、8為射頻線纜、9為以太網(wǎng)、21為被標天氣雷達、22為升降支架、23為天線、24為線纜、25為天氣雷達機外有源標定設備主機。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

參考圖1和圖2，如圖1和圖2所示的一種天氣雷達機外有源標定設備，包括：

天饋模塊：完成對信號的接收、發(fā)射功能；

主機：包含收發(fā)模塊、信號處理模塊、定位通信模塊和電源模塊，用于獲取標定設備架設點地理信息的采集、提取天氣雷達信號的參數(shù)信息、產(chǎn)生模擬天氣雷達的目標回波信號；

顯控終端：完成人機交互操作；

所述天饋模塊通過射頻線纜連接主機；所述主機通過以太網(wǎng)連接顯控終端；

所述收發(fā)模塊連接信號處理模塊；所述信號處理模塊連接定位通信模塊；所述電源模塊分別連接收發(fā)模塊、信號處理模塊、定位通信模塊。

參考圖3，如圖3所示，所述天氣雷達機外有源標定設備的標定方法，包括以下步驟：

s1，將標定設備架設在距離天氣雷達1km～10km范圍內(nèi)，被標雷達運行標定軟件；

s2，利用標定設備上的gps系統(tǒng)獲取標定設備地理位置信息，同時將被標雷達的地理位置信息輸入標定設備，完成初始化；

s3，被標雷達按標定模式掃描工作，進行預置的信號發(fā)射；

s4，標定設備接收到被標雷達信號，檢測出的信號功率、脈寬和重復頻率，在標定設備上同時顯示理論值和測試值，進行對比分析，完成發(fā)射標定，并輸出標定數(shù)據(jù)；

s5，標定設備根據(jù)接收到信號的重復頻率，實現(xiàn)與被標雷達的同步；

s6，以同步信號為基準，標定設備將接收到的發(fā)射信號進行處理，包括功率控制、多普勒頻率調(diào)制和時間延遲，生成帶有強度、速度和距離特性的標定回波信號，并通過天線向雷達輻射；

s7，被標雷達接收到標定回波信號，經(jīng)接收通道后到達信號處理，進行信號的z、v、w和距離信息提取，在終端上同時顯示理論值和測試值，進行對比分析，完成接收標定，并輸出標定數(shù)據(jù)；

s8，將來自標定設備和被標雷達的標定數(shù)據(jù)，導入到計算機，利用專業(yè)軟件進行數(shù)據(jù)分析，給出最終的標定結(jié)果，并生成標定報告。

天氣雷達機外有源標定設備的工作原理：

標定設備按照標定條件進行架設，被標雷達按照標定模式進行工作。

標定設備自帶gps定位功能，將被標雷達的地理坐標信息輸入標定設備，由于被標雷達的型號已知，標定設備可以根據(jù)工作頻率、發(fā)射功率等參數(shù)對系統(tǒng)進行初始化。

被標雷達在標定模式下發(fā)射信號，標定設備接收到被標雷達信號，對信號的功率、脈寬和重復頻率等信息進行提取，標定設備將這些數(shù)據(jù)與理論值進行對比和分析，計算被標雷達發(fā)射指標，完成對被標雷達發(fā)射信號的單程標定，并按規(guī)定格式輸出標定數(shù)據(jù)。

與此同時，標定設備提取發(fā)射信號的重復頻率，建立與被標雷達的同步關(guān)系，再將接收到的發(fā)射信號進行功率控制、多普勒頻率調(diào)制和時間延遲后，作為標定回波通過天線向被標雷達輻射。

被標雷達在標定模式下，接收到標定設備發(fā)射的標定回波，并進行處理，標定軟件將這些數(shù)據(jù)與理論值進行對比和分析，計算被標雷達接收指標，完成對被標雷達接收通道的單程標定，并按規(guī)定格式輸出標定數(shù)據(jù)。

將標定設備與被標雷達輸出的標定數(shù)據(jù)，一起輸入計算機，利用軟件進行分析處理，對雷達的狀態(tài)進行判定，并生成標定報告。

機外有源標定設備通過接收被標天氣雷達的發(fā)射信號，并對信號進行相關(guān)處理，產(chǎn)生被標天氣雷達的標定回波信號，再將該信號發(fā)送到被標天氣雷達，實現(xiàn)對天氣雷達的機外有源標定。

可以解決如下的技術(shù)問題：

(1)采用機外標定的方法，可以對包括天饋線、天線罩在內(nèi)的整個雷達系統(tǒng)，進行完整的標定，避免了很多參數(shù)的理論估值，使得標定結(jié)果準確可靠，這是機內(nèi)標定是無法實現(xiàn)的。

(2)屬于有源標定系統(tǒng)，標定回波功率可控，可實現(xiàn)遠距離的精確標定。

(3)回波可以方便地進行各種調(diào)制，不需要借助其它載體，就能模擬出目標的強度、速度、距離等各種特性，實現(xiàn)雷達參數(shù)的完整標定。

(4)標定時設備固定架設，容易實現(xiàn)的波束匹配，整個標定過程受環(huán)境影響小、人工干預少，操作簡單方便，自動化程度高。

(5)標定設備獨立于雷達系統(tǒng)，通過對設備的實驗室校準，方便進行標準的溯源和量值的傳遞。

(6)自動生成標定報告，并對標定結(jié)果進行有效的檔案管理。

(7)通過模塊的即插即用，實現(xiàn)天氣雷達s、c、x波段全覆蓋。

本發(fā)明的天氣雷達機外有源標定設備及標定方法能有效的解決當前傳統(tǒng)機內(nèi)標定技術(shù)所面臨的標定設備和標定源本身存在的不穩(wěn)定性造成的標定誤差、對接收機前端鏈路損耗評估不準確造成的標定誤差等問題；此外，本發(fā)明的天氣雷達機外有源標定設備及標定方法可解決采用機外無源金屬球標定所帶來的金屬球的rcs偏小、標定回波功率小和需要搭載運動載體標定操作復雜等問題。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。