專利名稱：接收相參體制天氣雷達的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種天氣雷達，尤其是一種接收相參體制天氣雷達，屬于天氣雷達的技術領域。
背景技術：
LLX06B (即718)數(shù)字化天氣雷達是80年代研制的711天氣雷達的升級換代產品， 于1989年設計定型。因為其性能穩(wěn)定、工作可靠、性價比高等優(yōu)點，所以在短短數(shù)年時間這種數(shù)字化天氣雷達已裝備到部隊、地方各級氣象部門約有近三百部。由于雷達技術的發(fā)展和天氣應用的重要性日臻顯現(xiàn)，將這種普遍裝備的數(shù)字化普通脈沖雷達很難滿足對現(xiàn)代天氣雷達的使用要求。同時，對固定地雜波抑制的改善因子，全相參體制雷達雖可達50dB，但價格昂貴，而中頻相參體制雷達雖然價格較低廉，但其改善因子僅能達到26dB，不能滿足多普勒天氣雷達的測量要求。
發(fā)明內容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種接收相參體制天氣雷達，其結構緊湊，通過接收處理滿足多普勒天氣雷達的使用要求，測量精度高，使用方便，安
全可靠。按照本實用新型提供的技術方案，所述接收相參體制天氣雷達，包括磁控管發(fā)射機；所述磁控管發(fā)射機的輸入端與信號處理器的輸出端相連；磁控管發(fā)射機的輸出端通過收發(fā)開關與天線座上的天線相連；磁控管發(fā)射機的輸出端與發(fā)射耦合器相連，發(fā)射耦合器通過第二鏡像抑制混頻器與信號處理器的輸入端相連，發(fā)射耦合器將磁控管發(fā)射機輸出的發(fā)射脈沖信號耦合經衰減輸入到信號處理器內；收發(fā)開關的輸出端與定向耦合器相連，定向耦合器通過第一鏡像抑制混頻器將天線接收到的接收脈沖信號下變頻到中頻信號輸入給信號處理器；第一鏡像抑制混頻器、第二鏡像抑制混頻器均與低噪聲高穩(wěn)定本振相連，所述低噪聲高穩(wěn)定本振與信號處理器的輸出端相連；信號處理器向低噪聲高穩(wěn)定本振輸出 DAFC信號，使第一鏡像抑制混頻器、第二鏡像抑制混頻器輸入到信號處理器的接收中頻信號及發(fā)射中頻信號的頻率保持在中放的中頻帶寬范圍內；信號處理器向磁控管發(fā)射機輸入觸發(fā)信號，使磁控管發(fā)射機通過天線向外輸出發(fā)射脈沖信號；信號處理器提取并存儲發(fā)射脈沖信號的幅度、頻率及初始相位值，且信號處理器接收并提取接收脈沖信號的幅度、頻率及相位值；信號處理器根據(jù)發(fā)射脈沖信號的幅度、 頻率及初始相位值對接收脈沖信號的幅度、頻率及相位值進行補償，使接收脈沖信號成為接收相參信號；信號處理器對接收相參信號進行譜矩計算，得到并輸出相應的氣相參數(shù)。所述信號處理器為RVP8信號處理器。所述發(fā)射耦合器為小孔耦合器。所述發(fā)射耦合器通過衰減器與第二鏡像抑制混頻器相連，所述衰減器將發(fā)射耦合器耦合的發(fā)射脈沖信號衰減后通過第二鏡像抑制混頻器輸入到信號處理器內。所述第二鏡像抑制混頻器通過帶通濾波器與信號處理器的輸入端相連。所述衰減器通過功分器與第二鏡像抑制混頻器的輸入端相連。所述定向耦合器通過限幅器及場效應放大器與第一鏡像抑制混頻器相連，所述第一鏡像抑制混頻器的輸出端通過中放模塊與信號處理器的輸入端相連。所述天線座上設有用于控制天線座轉動的伺服組合模塊相連，所述伺服組合模塊的輸出端與信號處理器相連，伺服組合模塊將天線座上天線的天線角碼及工作狀態(tài)輸入到信號處理器內。所述伺服組合模塊的輸入端與監(jiān)控模塊相連，所述監(jiān)控模塊與信號處理器相連。 所述監(jiān)控模塊的電源端與配電電源相連，所述配電電源用于提供監(jiān)控模塊、伺服組合模塊、 磁控管發(fā)射機、天線、信號處理器及低噪聲高穩(wěn)定本振的工作電源；監(jiān)控模塊控制配電電源的工作狀態(tài)。本實用新型的優(yōu)點信號處理器觸發(fā)磁控管發(fā)射機向外輸出發(fā)射脈沖信號，磁控管發(fā)射機輸出的發(fā)射脈沖信號通過發(fā)射耦合器耦合一部分能量輸入到信號處理器內，信號處理器提取并存儲發(fā)射脈沖信號的幅度、頻率和初始相位值；天線接收氣象目標的回波信號，定向耦合器將耦合部分能量回波信號形成接收脈沖信號，接收脈沖信號經過限幅器、場效應放大器后通過第一鏡像抑制混頻器及中放模塊后輸入到信號處理器內，信號處理器對接收脈沖信號進行相應的處理，得到接收脈沖信號的幅度、頻率和相位值；為了實現(xiàn)多普勒檢測功能，信號處理器利用得到的發(fā)射脈沖信號的幅度、頻率和初始相位值對接收脈沖信號的幅度、頻率和相位值進行補償，得到接收相參信號，信號處理器對接收相參信號處理后，得到相應的氣象參數(shù)，完成氣象探測的過程；與現(xiàn)有天氣雷達的相比，能滿足多普勒天氣雷達的使用要求，同時與現(xiàn)有全相參多普勒天氣雷達相比，改裝后的成本較低，結構緊湊，測量精度高，使用方便，安全可靠。

圖1為本實用新型的結構框圖。
具體實施方式
下面結合具體附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。如圖1所示本實用新型包括天線1、天線座2、收發(fā)開關3、磁控管發(fā)射機4、伺服組合5、監(jiān)控模塊6、配電電源7、定向耦合器8、限幅器9、場效應放大器10、第一鏡像抑制混頻器11、第二鏡像抑制混頻器12、中放模塊13、信號處理器14、發(fā)射耦合器15、衰減器16、 功分器17、帶通濾波器18及低噪聲高穩(wěn)定本振19。如圖1所示所述磁控管發(fā)射機4的輸入端與信號處理器14相連，信號處理器14 采用RVP8信號處理器；RVP8信號處理器為芬蘭Vaisala Sigmet公司的天氣雷達信號處理器。信號處理器14向磁控管發(fā)射機4輸入PRF或參差PRF觸發(fā)信號，使磁控管發(fā)射機4向外輸出一組發(fā)射脈沖信號。磁控管發(fā)射機4的輸出端與收發(fā)開關3相連，所述收發(fā)開關3 與天線座2相連，所述天線座2上設有天線1，天線1能跟隨天線座2轉動；磁控管發(fā)射機 4輸出的發(fā)射脈沖信號通過天線1向外輻射；天線1還能接收目標反射的氣象回波，所述氣象回波為接收脈沖信號。天線座2用于支持天線1的固定、方位、俯仰轉動及相應射頻信號的傳輸；收發(fā)開關3是由環(huán)形器和放電管兩部分組成，用于隔離發(fā)射通道和接收通道，防止發(fā)射機過來的強大輻射功率燒壞接收組件。磁控管發(fā)射機4是一種自激振蕩式發(fā)射機，磁控管發(fā)射機4自身可以產生很高發(fā)射功率，直接將磁控管震蕩信號通過天線1發(fā)射到空中；但是磁控管發(fā)射機4的每個發(fā)射脈沖相位是隨機的，因而采用磁控管發(fā)射機4的天氣雷達稱為非相參雷達，它們本身不具有多普勒檢測功能。為了使具有磁控管發(fā)射機4的天氣雷達能夠完成多普勒檢測，需要對磁控管發(fā)射機4的發(fā)射脈沖信號進行相應的補償。磁控管發(fā)射機4的輸出端設置發(fā)射耦合器15，所述發(fā)射耦合器15采用小孔耦合器；當磁控管發(fā)射機4振蕩，輸出高頻電磁能時，發(fā)射耦合器15能耦合一部分能量作為主波樣本通過發(fā)射耦合支路反饋到信號處理器14內。 發(fā)射耦合器15的輸出端通過衰減器16、功分器17與第二鏡像抑制混頻器12相連，所述第二鏡像抑制混頻器12通過帶通濾波器18與信號處理器14的輸入端相連。衰減器16用于將發(fā)射耦合器15耦合過來的能量進行衰減，由于發(fā)射耦合器15耦合過來的信號功率較高， 因此需要對耦合信號能量進行衰減，保證系統(tǒng)的安全；功分器17用于雷達的調試檢測，第二鏡像抑制混頻器12可有效抑制鏡像頻率產生的干擾；第二鏡像抑制混頻器12輸出的發(fā)射脈沖信號由帶通濾波器18濾除帶外的信號，避免帶外信號對信號處理器14產生的干擾。 信號處理器14接收到發(fā)射耦合器15輸入的發(fā)射脈沖中頻信號后，信號處理器14通過發(fā)射通路的數(shù)字模擬轉換ADC、數(shù)字正交解調及匹配濾波器后對發(fā)射脈沖信號進行采樣，信號處理器14使用發(fā)射I/Q信號估計發(fā)射脈沖信號的幅度Ak、頻率fk和初始相位(K，并將發(fā)射脈沖信號的幅度Ak、頻率fk和初始相位(K進行存儲，用于對后續(xù)的接收脈沖信號進行相應補償。磁控管發(fā)射機4通過天線1向外輻射發(fā)射脈沖信號后，發(fā)射脈沖信號遇到天氣目標后會產生回波信號，所述回波信號通過天線1及收發(fā)開關3被接收。收發(fā)開關3的輸出端與定向耦合器8相連，定向耦合器8用于對收發(fā)開關3接收的接收脈沖信號進行采樣，定向耦合器8通過限幅器9及場效應放大器10與第一鏡像抑制混頻器11相連，限幅器9用于抑制非同步強干擾，限制磁控管振蕩器件通過環(huán)形器過來的剩余能量，以保護低噪聲場效應管；場效應放大器10用來放大限幅器10輸入的接收脈沖信號，以降低天氣雷達接收支路的總噪聲系數(shù)，提高天氣雷達接收支路的靈敏度。第一鏡像抑制混頻器11通過中放模塊13 與信號處理器14相連，中放模塊13用于第一鏡像抑制混頻器11輸入的接收脈沖中頻信號的放大、濾波后輸入到信號處理器14內。信號處理器14接收到中放模塊13輸入的接收脈沖信號，并使用接收I/Q信號估計接收脈沖信號的幅度、頻率及相位值，信號處理器14根據(jù)存儲的發(fā)射脈沖信號的幅度Ak、頻率fk和初始相位Φ k來對接收脈沖信號的幅度、頻率及相位值進行相位補償，信號處理器14對接收脈沖信號的相位補償完成后，使得接收脈沖信號成為接收相參信號，完成接收相參過程。由磁控管發(fā)射機4的發(fā)射脈沖信號特點可知，接收相參信號成為隨機信號；信號處理器14為了能夠通過接收相參信號得到所需的氣象參數(shù)， 需要對接收相參信號進行譜矩計算，譜矩計算完成后，能夠得到相應的氣象參數(shù)dBZ、dBT、V 和W ；其中，dBZ是經地物抑制后的反射率，反射率的大小反映氣象目標中水的含量多少，因而可以推斷是否有下雨的可能，dBT是雷達實際接收到的反射率強度，是未經地物抑制的發(fā)射率，V是云層運動的速度，W是目標譜寬。上述相關氣象參數(shù)的計算為[0019]
權利要求1.一種接收相參體制天氣雷達，包括磁控管發(fā)射機(4)；其特征是所述磁控管發(fā)射機 (4)與信號處理器(14)的輸出端相連，磁控管發(fā)射機的輸出端通過收發(fā)開關C3)與天線座⑵上的天線⑴相連；磁控管發(fā)射機⑷的輸出端與發(fā)射耦合器(15)相連，發(fā)射耦合器(1 通過第二鏡像抑制混頻器(1 與信號處理器(14)的輸入端相連，發(fā)射耦合器(15) 將磁控管發(fā)射機(4)輸出的發(fā)射脈沖信號耦合輸入到信號處理器(14)內；收發(fā)開關(3)的輸出端與定向耦合器⑶相連，定向耦合器⑶通過第一鏡像抑制混頻器(11)將天線⑴ 接收到的接收脈沖信號耦合輸入到信號處理器(14)內；第一鏡像抑制混頻器(11)、第二鏡像抑制混頻器(1 均與低噪聲高穩(wěn)定本振(19)相連，所述低噪聲高穩(wěn)定本振(19)與信號處理器(14)的輸出端相連；信號處理器(14)向低噪聲高穩(wěn)定本振(19)輸出DAFC信號，使第一鏡像抑制混頻器(11)、第二鏡像抑制混頻器(1 輸入到信號處理器(14)的接收脈沖信號及發(fā)射脈沖信號的頻率保持在中放13的中頻范圍內；信號處理器(14)向磁控管發(fā)射機(4)輸入觸發(fā)信號，使磁控管發(fā)射機(4)通過天線 (1)向外輸出發(fā)射脈沖信號；信號處理器(14)提取并存儲發(fā)射脈沖信號的幅度、頻率及初始相位值，且信號處理器(14)接收并提取接收脈沖信號的幅度、頻率及相位值；信號處理器(14)根據(jù)發(fā)射脈沖信號的幅度、頻率及初始相位值對接收脈沖信號的幅度、頻率及相位值進行補償，使接收脈沖信號成為接收相參信號；信號處理器(14)對接收相參信號進行譜矩計算，得到并輸出相應的氣相參數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的接收相參體制天氣雷達，其特征是所述信號處理器(14)為 RVP8信號處理器。
3.根據(jù)權利要求1所述的接收相參體制天氣雷達，其特征是所述發(fā)射耦合器(15)為小孔耦合器。
4.根據(jù)權利要求1所述的接收相參體制天氣雷達，其特征是所述發(fā)射耦合器(15)通過衰減器(16)與第二鏡像抑制混頻器(1 相連，所述衰減器(16)將發(fā)射耦合器(15)耦合的發(fā)射脈沖信號衰減后通過第二鏡像抑制混頻器(1 輸入到信號處理器(14)內。
5.根據(jù)權利要求1或4所述的接收相參體制天氣雷達，其特征是所述第二鏡像抑制混頻器(1 通過帶通濾波器(18)與信號處理器(14)的輸入端相連。
6.根據(jù)權利要求4所述的接收相參體制天氣雷達，其特征是所述衰減器(16)通過功分器(17)與第二鏡像抑制混頻器(1 的輸入端相連。
7.根據(jù)權利要求1所述的接收相參體制天氣雷達，其特征是所述定向耦合器(8)通過限幅器(9)及場效應放大器(10)與第一鏡像抑制混頻器(11)相連，所述第一鏡像抑制混頻器(11)的輸出端通過中放模塊(1 與信號處理器(14)的輸入端相連。
8.根據(jù)權利要求1所述的接收相參體制天氣雷達，其特征是所述天線座C3)上設有用于控制天線座(3)轉動的伺服組合模塊(5)相連，所述伺服組合模塊(5)的輸出端與信號處理器(14)相連，伺服組合模塊(5)將天線座(3)上天線(1)的天線角碼及工作狀態(tài)輸入到信號處理器(14)內。
9.根據(jù)權利要求8所述的接收相參體制天氣雷達，其特征是所述伺服組合模塊(5) 的輸入端與監(jiān)控模塊(6)相連，所述監(jiān)控模塊(6)與信號處理器(14)相連。
10.根據(jù)權利要求9所述的接收相參體制天氣雷達，其特征是所述監(jiān)控模塊(6)的電源端與配電電源(7)相連，所述配電電源(7)用于提供監(jiān)控模塊(6)、伺服組合模塊(5)、磁控管發(fā)射機G)、收發(fā)開關(3)、天線(1)、發(fā)射耦合器(15)、定向耦合器(8)、信號處理器 (14)、第一鏡像抑制混頻器(11)、第二鏡像抑制混頻器(1 及低噪聲高穩(wěn)定本振(I9)的工作電源；監(jiān)控模塊(6)控制配電電源(7)的工作狀態(tài)。
專利摘要本實用新型涉及一種接收相參體制天氣雷達，其包括磁控管發(fā)射機；磁控管發(fā)射機與信號處理器的輸出端相連，磁控管發(fā)射機的輸出端通過收發(fā)開關與天線座上的天線相連；磁控管發(fā)射機的輸出端與發(fā)射耦合器相連，發(fā)射耦合器將磁控管發(fā)射機輸出的發(fā)射脈沖信號耦合輸入到信號處理器內；收發(fā)開關的輸出端與定向耦合器相連，定向耦合器通過第一鏡像抑制混頻器將天線接收到的接收脈沖信號耦合輸入到信號處理器內；第一鏡像抑制混頻器、第二鏡像抑制混頻器均與低噪聲高穩(wěn)定本振相連，所述低噪聲高穩(wěn)定本振與信號處理器的輸出端相連。本實用新型結構緊湊，通過接收處理滿足多普勒天氣雷達的使用要求，測量精度高，使用方便，安全可靠。
文檔編號G01S13/95GK201984160SQ201120063469
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月11日 優(yōu)先權日2011年3月11日
發(fā)明者嚴明, 杜林 , 王書兵, 陸青, 黃建祥 申請人:江蘇北方電子有限公司