專利名稱：一種天氣雷達(dá)測(cè)試及故障檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種天氣雷達(dá)測(cè)試及故障檢測(cè)裝置，屬于雷達(dá)測(cè)試及故障檢測(cè)裝置技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，隨著我國(guó)氣象事業(yè)的不斷發(fā)展，新一代天氣雷達(dá)得到了廣泛應(yīng)用，其在重要天氣的臨近短時(shí)預(yù)報(bào)中發(fā)揮了重要作用。自2000年我國(guó)第一部多普勒天氣雷達(dá)研制成功以來，各型多普勒天氣雷達(dá)在全國(guó)布網(wǎng)并業(yè)務(wù)運(yùn)行已達(dá)上百部，雷達(dá)運(yùn)行狀態(tài)和性能指標(biāo)是否正常，雷達(dá)故障如何查找和排除，成為了雷達(dá)機(jī)務(wù)人員面臨的重大難題。本系統(tǒng)以一種嶄新的結(jié)構(gòu)方式化解了該難題，使機(jī)務(wù)人員可以通過友好的人機(jī)界面和簡(jiǎn)單的設(shè)定來快速診斷雷達(dá)運(yùn)行狀態(tài)，定位故障出處，甚至還可根據(jù)提供的雷達(dá)電子手冊(cè)對(duì)故障進(jìn)行簡(jiǎn)單的檢修，以達(dá)到快速、靈活、高效的測(cè)試及故障檢測(cè)目的?，F(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案，如圖1所示，由于國(guó)內(nèi)布網(wǎng)的新一代多普勒天氣雷達(dá)出自不同的廠家，接口和功能不盡相同，對(duì)于雷達(dá)狀態(tài)的判別沒有一個(gè)統(tǒng)一的方法，大多采用機(jī)外儀表測(cè)試和機(jī)內(nèi)標(biāo)定的方式，操作繁瑣，對(duì)操作人員的要求較高。雷達(dá)性能測(cè)試分為發(fā)射機(jī)性能測(cè)試和接收機(jī)性能測(cè)試兩部分。發(fā)射機(jī)性能指標(biāo)測(cè)試采用機(jī)外儀器儀表直接測(cè)試，通過微波功率計(jì)測(cè)試輸出功率，通過檢波器與示波器組合測(cè)試輸出包絡(luò)波形，通過頻譜分析儀測(cè)試頻譜分布和改善因子；接收機(jī)性能指標(biāo)包含靈敏度、噪聲系數(shù)和動(dòng)態(tài)范圍等，由機(jī)外射頻信號(hào)源向低噪聲放大器(LNA)注入已知功率的射頻信號(hào)，在中頻輸出端用頻譜儀測(cè)試，計(jì)算出接收機(jī)靈敏度以及動(dòng)態(tài)范圍值，用固態(tài)噪聲源向LNA注入寬帶白噪聲，在中頻輸出端用噪聲系數(shù)表讀出接收機(jī)噪聲系數(shù)和增益?，F(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)1、全人工操作，對(duì)技術(shù)人員要求較高；2、需要多個(gè)儀表支持，成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；3、不能直接生成報(bào)告，測(cè)試結(jié)果需要人工計(jì)算；4、不能指導(dǎo)操作人員對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行檢修。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種天氣雷達(dá)測(cè)試及故障檢測(cè)裝置，其構(gòu)建了一個(gè)自動(dòng)、快捷的檢測(cè)系統(tǒng)，無需其他儀器輔助，大大降低了硬件成本和人員技能需求，提供的自動(dòng)報(bào)告打印、故障修復(fù)指導(dǎo)技術(shù)更是豐富了雷達(dá)檢測(cè)和維修手段，能有效的解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型解決技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是提供一種天氣雷達(dá)測(cè)試及故障檢測(cè)裝置，其包括發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、定向耦合器、雷達(dá)系統(tǒng)現(xiàn)有信號(hào)處理系統(tǒng)、可調(diào)射頻測(cè)試源、采集卡A、采集卡B、數(shù)據(jù)處理卡和VPX總線(VPX為交叉連接設(shè)備)， 發(fā)射機(jī)的輸出端與定向耦合器的輸入端相連，定向耦合器的輸出端與采集卡A的輸入端相
3連，采集卡A的輸出端與VPX總線的輸入端相連，VPX總線的輸出端與可調(diào)射頻測(cè)試源的輸入端相連，可調(diào)射頻測(cè)試源的輸出端與接收機(jī)的輸入端相連，接收機(jī)的輸出端與采集卡B 的輸入端相連，采集卡B的輸出端與VPX總線的輸入端相連；雷達(dá)系統(tǒng)現(xiàn)有信號(hào)處理系統(tǒng)的輸出端與數(shù)據(jù)處理卡的輸入端相連。作為一種優(yōu)選方式，其中可調(diào)射頻測(cè)試源的輸出端與接收機(jī)中低噪放大器的耦合端相連。作為一種優(yōu)選方式，其中可調(diào)射頻測(cè)試源、采集卡A、采集卡B和數(shù)據(jù)處理卡集成于基于VPX總線的VPX總線便攜式機(jī)箱中。更進(jìn)一步地，VPX總線便攜式機(jī)箱中還集成有220V的電源。進(jìn)一步地，可調(diào)射頻測(cè)試源的輸出頻率范圍為IOMHz 6GHz、最大輸出幅度為 15dBm、板載的IdB步進(jìn)數(shù)控衰減器最大衰減量96dB、衰減誤差0. 2dB。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型帶來的有益效果為該實(shí)用新型天氣雷達(dá)測(cè)試及故障檢測(cè)裝置采用基于VPX總線的一體式機(jī)箱結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了一個(gè)自動(dòng)、快捷的檢測(cè)系統(tǒng)，無需其他儀器輔助，大大降低了硬件成本和人員技能需求，提供的自動(dòng)報(bào)告打印、故障修復(fù)指導(dǎo)技術(shù)更是豐富了雷達(dá)檢測(cè)和維修手段，有效提高了工作效率。

由以下本實(shí)用新型中較佳具體實(shí)施例的細(xì)節(jié)描述，可以對(duì)本實(shí)用新型的目的、觀點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)有更清楚的理解，同時(shí)參考下列本實(shí)用新型的附圖加以說明圖1為現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型的集成示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案及其優(yōu)點(diǎn)，不難從下述所選實(shí)施例的詳細(xì)說明與附圖中，獲得深入了解。如圖2、圖3所示，實(shí)施例，該天氣雷達(dá)測(cè)試及故障檢測(cè)裝置包括發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和雷達(dá)系統(tǒng)現(xiàn)有信號(hào)處理系統(tǒng)、可調(diào)射頻測(cè)試源、采集卡、數(shù)據(jù)處理卡和終端軟件單元，發(fā)射機(jī)的輸出端與定向耦合器的輸入端相連，定向耦合器的輸出端與采集卡A的輸入端相連， 采集卡A的輸出端與VPX總線的輸入端相連，VPX總線的輸出端與可調(diào)射頻測(cè)試源的輸入端相連，可調(diào)射頻測(cè)試源的輸出端與接收機(jī)中低噪放大器的耦合端相連，接收機(jī)的輸出端與采集卡B的輸入端相連，采集卡B的輸出端與VPX總線的輸入端相連，VPX總線與終端軟件單元相連；雷達(dá)系統(tǒng)現(xiàn)有信號(hào)處理系統(tǒng)的輸出端與數(shù)據(jù)處理卡的輸入端相連，數(shù)據(jù)處理卡的輸出端與終端軟件單元的擴(kuò)展接口相連。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)可以得出其信號(hào)流程為在測(cè)試?yán)走_(dá)發(fā)射機(jī)性能指標(biāo)時(shí)，發(fā)射機(jī)功率經(jīng)定向耦合器正向耦合端輸出，通過低損射頻電纜連接至本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集板卡A，后者對(duì)其包絡(luò)檢波后得到直流信號(hào)送入ADC實(shí)時(shí)采樣，并由板載的高性能并行處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得出發(fā)射機(jī)包絡(luò)特性，該處理器同時(shí)還根據(jù)包絡(luò)幅度計(jì)算出發(fā)射機(jī)瞬時(shí)峰值功率，經(jīng) VPX總線提交至終端；在測(cè)試接收機(jī)性能指標(biāo)時(shí)，終端軟件控制可調(diào)射頻測(cè)試源輸出射頻連續(xù)波信號(hào)注入接收機(jī)低噪聲放大器耦合端，將接收機(jī)中頻輸出連接至數(shù)據(jù)采集卡B，步進(jìn)衰減射頻源輸出信號(hào)功率，以考察接收機(jī)線性動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度；數(shù)據(jù)處理卡用以連接雷達(dá)系統(tǒng)現(xiàn)有信號(hào)處理系統(tǒng)，將本系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果通過擴(kuò)展接口發(fā)送至雷達(dá)終端，使雷達(dá)終端也可獲取測(cè)試結(jié)果，提高本系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值。如圖3所示可調(diào)射頻測(cè)試源、采集卡A、采集卡B、220V的電源和數(shù)據(jù)處理卡集成于基于VPX總線的VPX總線便攜式機(jī)箱中。本實(shí)用新型天氣雷達(dá)測(cè)試及故障檢測(cè)裝置的工作原理為射頻源用以產(chǎn)生射頻連續(xù)波測(cè)試信號(hào)，其輸出頻率范圍為IOMHz 6GHz，最大輸出幅度為15dBm，板載的IdB步進(jìn)數(shù)控衰減器最大衰減量96dB，衰減誤差0. 2dB，在終端軟件的控制下輸出連續(xù)遞減的測(cè)試信號(hào)，以測(cè)試接收機(jī)的線性動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度。數(shù)據(jù)采集卡A用于測(cè)試發(fā)射機(jī)性能指標(biāo)，板載的包絡(luò)檢波器將射頻脈沖包絡(luò)轉(zhuǎn)化為直流信號(hào)，10位并行ADC芯片AD7813將該直流信號(hào)量化為數(shù)字信號(hào)，由大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)可編程陣列(FPGA)EP2S30實(shí)時(shí)計(jì)算該包絡(luò)的各項(xiàng)特性，包括脈沖寬度、脈沖幅度、脈沖頂降、上升沿時(shí)間、下降沿時(shí)間等，同時(shí)采用補(bǔ)償和查表算法計(jì)算出發(fā)射機(jī)瞬時(shí)峰值功率，并按終端要求進(jìn)行多次平均，最終將結(jié)果經(jīng)VPX總線傳送至終端軟件。數(shù)據(jù)采集卡B用于測(cè)試接收機(jī)性能指標(biāo)，其需要與射頻源協(xié)同工作，終端軟件先控制射頻源輸出某個(gè)衰減量的射頻連續(xù)波信號(hào)注入接收機(jī)低噪聲放大器耦合端，該信號(hào)被接收機(jī)放大并混頻至中頻，經(jīng)帶通濾波后接入本采集卡。采集卡上集成了高速高精度ADC， 直接對(duì)中頻信號(hào)實(shí)時(shí)采樣，基于FPGA的數(shù)字下變頻和濾波處理后得到基帶IQ信號(hào)，終端軟件通過VPX總線獲取該信號(hào)后經(jīng)過多次平均和FFT變換，計(jì)算出該信號(hào)的功率值、頻譜分布等信息，再次調(diào)整射頻源輸出幅度，如此反復(fù)直到測(cè)試結(jié)束。數(shù)據(jù)處理卡作為本系統(tǒng)的擴(kuò)展板卡，主要用于與雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)接，將測(cè)試結(jié)果通過擴(kuò)展接口輸出至雷達(dá)終端。數(shù)據(jù)處理卡首先從VPX總線上獲取終端軟件的計(jì)算結(jié)果，并將其緩存于板載存儲(chǔ)器中。為了滿足與雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)接，接口電平和接口協(xié)議均需滿足雷達(dá)系統(tǒng)要求，考慮到傳輸?shù)姆€(wěn)定性和抗干擾性，接口電平采用RS422標(biāo)準(zhǔn)，接口協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn) UART，每分鐘傳輸一次計(jì)算結(jié)果。本系統(tǒng)采用交流220V/50HZ供電，電源模塊先將輸入的交流電進(jìn)行EMI濾波，然后進(jìn)行AC-DC轉(zhuǎn)換，得到12V直流電源作為系統(tǒng)主電源，各板卡上還需對(duì)該電源進(jìn)行瞬態(tài)抑制和濾波處理，并按具體要求做DC-DC降壓處理，對(duì)于數(shù)據(jù)采集板A和B中的ADC供電需由 LD0(LT1963系列電源芯片)實(shí)現(xiàn)降壓，以降低電源噪聲，提高性能。本系統(tǒng)終端軟件基于嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)，以NI公司虛擬儀器LABVIEW為基礎(chǔ)編制的人性化操作軟件，提供了開放式的參數(shù)接口，可靈活調(diào)整射頻源輸出幅度、數(shù)據(jù)采集卡采樣率、脈沖門限閥值等參數(shù)；該軟件還設(shè)計(jì)了自動(dòng)測(cè)試、自動(dòng)報(bào)告打印、自動(dòng)結(jié)果分析、故障修復(fù)指導(dǎo)等多項(xiàng)人性化服務(wù)，方便使用者在不精通雷達(dá)結(jié)構(gòu)的情況下也能快速檢測(cè)、維護(hù)雷達(dá)系統(tǒng)。能夠?qū)崿F(xiàn)主要技術(shù)指標(biāo)如下1、射頻源輸出頻率10MHz 6GHz，輸出功率最大15dBm ；2、脈沖寬度檢測(cè)誤差I(lǐng)OOns ；3、瞬時(shí)峰值功率檢測(cè)誤差彡IOKff ；[0036]4、動(dòng)態(tài)范圍檢測(cè)誤差彡2dB ；5、靈敏度檢測(cè)誤差< 2dB。因此，本實(shí)用新型天氣雷達(dá)測(cè)試及故障檢測(cè)裝置具備以下有益效果1、基于VPX總線的一體式機(jī)箱結(jié)構(gòu)。集成了可調(diào)射頻測(cè)試源、發(fā)射機(jī)性能測(cè)試板卡(既采集卡A)、接收機(jī)性能測(cè)試板卡(既采集卡B)和數(shù)據(jù)處理卡，通過VPX總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，由終端軟件協(xié)調(diào)控制；2、以NI公司成熟的嵌入式系統(tǒng)和LABVIEW為平臺(tái)的軟件架構(gòu)；3、無需借助其他輔助儀器的全自動(dòng)雷達(dá)檢測(cè)，只需點(diǎn)擊終端軟件測(cè)試按鈕，后者自動(dòng)控制射頻測(cè)試源輸出相應(yīng)幅度和頻點(diǎn)的測(cè)試信號(hào)，并啟動(dòng)相關(guān)數(shù)據(jù)采集和分析模塊， 生成測(cè)試結(jié)果；4、自動(dòng)報(bào)告打印，一目了然的結(jié)果分析；5、故障修復(fù)指導(dǎo)，全新的服務(wù)模式，無需操作人員掌握大量專業(yè)技能。終端軟件對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，自動(dòng)判斷不合格項(xiàng)，結(jié)合大量雷達(dá)設(shè)計(jì)、維護(hù)人員經(jīng)驗(yàn)，給出故障修復(fù)指導(dǎo)建議，從而免除用戶因相關(guān)專業(yè)技能欠缺而無法快速定位和檢修雷達(dá)系統(tǒng)的煩惱。如熟悉此技術(shù)的人員所了解的，以上所述本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例僅用于幫助了解本實(shí)用新型的實(shí)施，本實(shí)用新型不限于上述實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所做出的對(duì)上述實(shí)施方式任何顯而易見的改進(jìn)或變更，都不會(huì)超出本實(shí)用新型的構(gòu)思和所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種天氣雷達(dá)測(cè)試及故障檢測(cè)裝置，包括發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、定向耦合器和雷達(dá)系統(tǒng)現(xiàn)有信號(hào)處理系統(tǒng)，其特征在于還包括可調(diào)射頻測(cè)試源、采集卡A、采集卡B、數(shù)據(jù)處理卡和 VPX總線，發(fā)射機(jī)的輸出端與定向耦合器的輸入端相連，定向耦合器的輸出端與采集卡A的輸入端相連，采集卡A的輸出端與VPX總線的輸入端相連，VPX總線的輸出端與可調(diào)射頻測(cè)試源的輸入端相連，可調(diào)射頻測(cè)試源的輸出端與接收機(jī)的輸入端相連，接收機(jī)的輸出端與采集卡B的輸入端相連，采集卡B的輸出端與VPX總線的輸入端相連；雷達(dá)系統(tǒng)現(xiàn)有信號(hào)處理系統(tǒng)的輸出端與數(shù)據(jù)處理卡的輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天氣雷達(dá)測(cè)試及故障檢測(cè)裝置，其特征在于可調(diào)射頻測(cè)試源的輸出端與接收機(jī)中低噪放大器的耦合端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天氣雷達(dá)測(cè)試及故障檢測(cè)裝置，其特征在于可調(diào)射頻測(cè)試源、采集卡A、采集卡B和數(shù)據(jù)處理卡集成于基于VPX總線的VPX總線便攜式機(jī)箱中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種天氣雷達(dá)測(cè)試及故障檢測(cè)裝置，其特征在于VPX總線便攜式機(jī)箱中還集成有220V的電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天氣雷達(dá)測(cè)試及故障檢測(cè)裝置，其特征在于可調(diào)射頻測(cè)試源的輸出頻率范圍為IOMHz 6GHz、最大輸出幅度為15dBm、板載的IdB步進(jìn)數(shù)控衰減器最大衰減量96dB、衰減誤差0. 2dB。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種天氣雷達(dá)測(cè)試及故障檢測(cè)裝置，發(fā)射機(jī)的輸出端與定向耦合器的輸入端相連，定向耦合器的輸出端與采集卡A的輸入端相連，采集卡A的輸出端與VPX總線的輸入端相連，VPX總線的輸出端與可調(diào)射頻測(cè)試源的輸入端相連，可調(diào)射頻測(cè)試源的輸出端與接收機(jī)的輸入端相連，接收機(jī)的輸出端與采集卡B的輸入端相連，采集卡B的輸出端與VPX總線的輸入端相連；雷達(dá)系統(tǒng)現(xiàn)有信號(hào)處理系統(tǒng)的輸出端與數(shù)據(jù)處理卡的輸入端相連。本實(shí)用新型構(gòu)建了一個(gè)自動(dòng)、快捷的檢測(cè)系統(tǒng)，無需其他儀器輔助，大大降低了硬件成本和人員技能需求。
文檔編號(hào)G01S7/40GK202210154SQ20112021347
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者何建新 申請(qǐng)人:何建新, 成都信息工程學(xué)院, 成都遠(yuǎn)望科技有限責(zé)任公司