基于連續(xù)波體制的氣象雷達系統(tǒng)及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及氣象雷達領域，具體涉及一種基于連續(xù)波體制的氣象雷達系統(tǒng)以及氣象雷達系統(tǒng)控制方法。
【背景技術】
[0002]在測量降水云或降水在各高度層強度、垂直速度、譜寬信息的地基遙感系統(tǒng)中，氣象雷達通常采用脈沖體制雷達，但是由于受到發(fā)射脈沖寬度的限制，脈沖雷達的距離分辨率較低，不適用于精細化氣象探測，也難以得到較為精確的氣象探測數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種基于連續(xù)波體制的氣象雷達系統(tǒng)及其控制方法，本氣象雷達系統(tǒng)的距離分辨率高，相對于傳統(tǒng)的脈沖體制氣象雷達，在精細化氣象探測方面優(yōu)勢明顯。
[0004]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種基于連續(xù)波體制的氣象雷達系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括如下組成部分:
[0005]發(fā)射分機，用于接收來自接收分機的線性調(diào)頻連續(xù)波信號并將該信號進行放大處理后得到連續(xù)波發(fā)射信號，并將連續(xù)波發(fā)射信號輸出到發(fā)射天線模塊；
[0006]接收分機，用于輸出線性調(diào)頻連續(xù)波信號到發(fā)射分機，以及接收來自接收天線模塊的氣象回波信號，并對所述氣象回波信號進行變頻放大處理后輸出到數(shù)字處理分機；
[0007]發(fā)射天線模塊，用于發(fā)射連續(xù)波發(fā)射信號；
[0008]接收天線模塊，用于接收氣象回波信號；
[0009]數(shù)字處理分機，用于對來自接收分機的模擬信號進行信號處理得到氣象數(shù)據(jù)信息，同時對雷達系統(tǒng)狀態(tài)進行指令控制。
[0010]進一步的，所述氣象雷達系統(tǒng)還包括顯示處理終端分機，用于對所述氣象數(shù)據(jù)信息進行處理得到氣象產(chǎn)品信息，并顯示所述氣象產(chǎn)品信息。
[0011]優(yōu)選的，所述發(fā)射天線模塊包括發(fā)射天線、第一饋源、第一屏蔽筒和第一天線罩，所述第一屏蔽筒和第一天線罩設置于所述發(fā)射天線上方；
[0012]所述接收天線模塊包括接收天線、第二饋源、第二屏蔽筒和第二天線罩，所述第二屏蔽筒和第二天線罩設置于所述接收天線上方。
[0013]優(yōu)選的，所述數(shù)字處理分機包括信號處理分機和監(jiān)控模塊；所述信號處理分機主要用于將來自接收分機的模擬信號進行信號處理得到氣象數(shù)據(jù)信息并將所述氣象數(shù)據(jù)信息輸送到顯示處理終端分機；所述監(jiān)控模塊用于對發(fā)射分機、接收分機、信號處理分機和顯示處理終端分機進行指令控制、數(shù)據(jù)傳輸和故障采集。
[0014]優(yōu)選的，所述發(fā)射分機包括:
[0015]發(fā)射機，用于接收來自接收分機的線性調(diào)頻連續(xù)波信號并將該信號輸送到前級功率放大器；
[0016]前級功率放大器和末級功率放大器，用于將所述線性調(diào)頻連續(xù)波信號依次經(jīng)過前級功率放大器和末級功率放大器進行放大處理后得到連續(xù)波發(fā)射信號，并將所述連續(xù)波發(fā)射信號輸出到發(fā)射天線模塊；
[0017]所述接收分機包括:
[0018]頻率源，用于發(fā)送時鐘信號給數(shù)字波形產(chǎn)生器；
[0019]數(shù)字波形產(chǎn)生器，用于接收頻率源發(fā)送的時鐘信號并在數(shù)字處理分機的指令控制下生成正斜率線性調(diào)頻信號并將所述正斜率線性調(diào)頻信號輸出到上變頻器；
[0020]上變頻器和調(diào)制放大組件，用于將所述正斜率線性調(diào)頻信號依次經(jīng)上變頻器和調(diào)制放大組件進行變頻、放大后得到線性調(diào)頻連續(xù)波信號，并將所述線性調(diào)頻連續(xù)波信號輸送給發(fā)射機；
[0021]低噪聲放大器，用于將來自接收天線模塊的氣象回波信號進行低噪聲放大并將放大后的信號輸送給下變頻器；
[0022]下變頻器，用于將放大后的信號進行變頻處理得到中頻回波信號，并將所述中頻回波信號輸出到數(shù)字處理分機。
[0023]優(yōu)選的，所述發(fā)射機為固態(tài)發(fā)射機。
[0024]優(yōu)選的，所述接收分機還包括穩(wěn)幅放大器、數(shù)控衰減器和標定開關，所述穩(wěn)幅放大器的輸入端接上變頻器的一個輸出端，所述穩(wěn)幅放大器的輸出端接數(shù)控衰減器的輸入端，所述數(shù)控衰減器的輸出端接標定開關的輸入端，所述標定開關的輸出端與所述低噪聲放大器的輸入端相連。
[0025]本發(fā)明還提供了一種基于連續(xù)波體制的氣象雷達系統(tǒng)的控制方法，其包括如下步驟:
[0026]頻率源和數(shù)字波形產(chǎn)生器產(chǎn)生正斜率線性調(diào)頻信號，所述正斜率線性調(diào)頻信號依次經(jīng)上變頻器、調(diào)制放大組件處理后得到線性調(diào)頻的射頻激勵信號即線性調(diào)頻連續(xù)波信號并發(fā)送給發(fā)射機，所述線性調(diào)頻連續(xù)波信號依次經(jīng)過前級功率放大器和末級功率放大器放大后得到連續(xù)波發(fā)射信號，所述連續(xù)波發(fā)射信號經(jīng)發(fā)射天線模塊輻射出去；
[0027]接收天線模塊所接收到的氣象回波信號經(jīng)低噪聲放大器放大后送給下變頻器處理得到中頻回波信號，所述中頻回波信號輸送至數(shù)字處理分機，數(shù)字處理分機對所述中頻回波信號進行處理得到差頻回波信號，所述差頻回波信號依次經(jīng)過加窗處理和FFT處理后得到各距離庫的回波線性功率譜密度分布，對各距離庫的回波線性功率譜密度分布進行譜平均處理和濾波處理后，再進行參數(shù)估計即可得到各距離庫的強度、速度和譜寬數(shù)據(jù)；
[0028]所述連續(xù)波發(fā)射信號的發(fā)送和氣象回波信號的接收同步進行。
[0029]進一步的，所述中頻回波信號的具體處理步驟如下:
[0030]將所述中頻回波信號進行A/D轉(zhuǎn)換得到回波數(shù)字信號；
[0031]將所述回波數(shù)字信號進行相位檢波得到I/Q數(shù)據(jù)；
[0032]將所述I/Q數(shù)據(jù)進行去調(diào)頻處理，再通過距離匹配濾波器得到差頻回波信號即差頻回波數(shù)據(jù)；
[0033]對所述差頻回波數(shù)據(jù)進行加窗處理；
[0034]對經(jīng)過加窗處理的差頻回波數(shù)據(jù)進行第一維FFT處理，得到回波的距離分布特性；
[0035]對所述回波的距離分布特性進行第二維FFT處理，得到各距離庫的回波線性功率譜密度分布；
[0036]對所述各距離庫的回波線性功率譜密度分布進行非相干頻譜積累；
[0037]對經(jīng)過非相干頻譜積累處理的各距離庫的回波線性功率譜密度分布進行插入式濾波處理；
[0038]對各距離庫的回波線性功率譜密度分布采用滑窗法進行譜峰搜尋，以搜尋到的譜峰位置為中心向兩邊擴展設定范圍進行矩參數(shù)計算，得到各距離庫的強度、速度和譜寬數(shù)據(jù)。
[0039]優(yōu)選的，所述線性調(diào)頻連續(xù)波信號為線性調(diào)頻鋸齒連續(xù)波信號。
[0040]本發(fā)明的有益效果如下:
[0041]I)本發(fā)明的氣象雷達基于連續(xù)波體制，發(fā)射信號采用連續(xù)波信號，相對于脈沖體制雷達其距離分辨率更高，特別適用于精細化氣象探測。
[0042]2)本發(fā)明具有峰值功率低、距離分辨率高、探測盲區(qū)短等技術特點，在精細化氣象探測上優(yōu)勢明顯。
【附圖說明】
[0043]圖1是本發(fā)明氣象雷達系統(tǒng)的一個實施例的原理框圖；
[0044]圖2是本發(fā)明氣象雷達系統(tǒng)的一個實施例的原理框圖；
[0045]圖3是本發(fā)明氣象雷達系統(tǒng)的一個實施例的原理框圖；
[0046]圖4是本發(fā)明氣象雷達系統(tǒng)的一個實施例的設備外形示意圖；
[0047]圖5是本發(fā)明控制方法的一個實施例的時序關系圖；
[0048]圖6是本發(fā)明控制方法的一個實施例中回波信號處理方法的結構流程圖；
[0049]圖7是本發(fā)明控制方法的一個實施例中回波信號處理方法的結構流程圖。
【具體實施方式】
[0050]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0051]如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的一種基于連續(xù)波體制的氣象雷達系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0052]發(fā)射分機300，用于接收來自接收分機400的線性調(diào)頻連續(xù)波信號并將該信號進行放大處理后得到連續(xù)波發(fā)射信號，并將連續(xù)波發(fā)射信號輸出到發(fā)射天線模塊100 ;
[0053]接收分機400，用于輸出線性調(diào)頻