CN106970365B - 一种天气雷达机外有源标定设备及标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天气雷达机外有源标定设备及标定方法，所述天气雷达机外标定设备包括：天馈模块：完成对信号的接收、发射功能；主机：包含收发模块、信号处理模块、定位通信模块和电源模块，用于获取标定设备架设点地理信息的采集、提取天气雷达信号的参数信息、产生模拟天气雷达的目标回波信号；显控终端：完成人机交互操作；所述天馈模块连接主机；所述主机连接显控终端。本发明的标定设备及标定方法能有效的解决当前传统机内标定技术所面临的标定设备和标定源本身存在的不稳定性造成的标定误差、对接收机前端链路损耗评估不准确造成的标定误差等问题。

Description

一种天气雷达机外有源标定设备及标定方法

技术领域

本发明涉及天气雷达标定，具体涉及一种天气雷达机外有源标定设备及标定方法。

背景技术

目前，天气雷达的标定直接影响到天气雷达的探测准确度和探测精度，是新一代天气雷达组网定量测量和天气精细化探测的基础，是提高天气雷达探测精度的重要手段。

近年来，国内对天气雷达的标定也有一些相关的技术研究：中国气象科学院的张沛源等人讨论了数字化天气雷达定标中应注意的一些问题；河南气象局的潘新民等人给出了CINRAD/SA雷达回波强度定标和调校方法；中国气象局探测中心的柴秀梅等人研究了新一代天气雷达的自动标定技术；中国气象局的王志武等人对CINRAD/SA定标常见问题进行了分析。

目前天气雷达常用的标定方法：机内标定和机外无源金属球标定两种标定方法，但都存在一些问题。

机内标定方法存在以下问题：

(1)不同型号雷达由于其定位、用途存在差异，对标定的要求和理解也各不相同，因此机内标定系统的设计难以做到统一规范，造成其功能、性能、指标都存在显著差别。

(2)作为雷达系统的组成部分，机内标定系统与其它系统一样，本身也不可避免地存在不稳定性，如果要保证标定系统稳定可靠工作，仍必须定期用机外设备进行校准。

(3)机内标定系统一般只能从天馈线的适当位置，进行标定信号的耦合和注入，完整的天线和馈线系统损耗、天线罩的双程损耗等参数，在现场安装过程后难以实际测量，使用中更无法进行实际标定，其参数只能通过分段估算相加的方式获得，因此机内不可能做到系统的完整标定。

(4)不同型号雷达机内标定系统的工作模式很难统一规范，标定结果如何用于回波数据的修正也各不相同，使得雷达标定的准确度受到影响。

机外无源金属球标定存在以下问题：

(1)受限于挂载平台的载荷能力，金属球体积有限，造成其RCS偏小。

(2)金属球属于无源目标，回波功率小，难以实现较远距离的精确标定。

(3)由于金属球的目标特性与气象回波差异较大，天气雷达需要对金属球的回波信号进行目标识别。

(4)搭载在运动载体上的金属球空中位置较难控制，容易引起波束失配，对标定时的环境要求很高。

(5)除Z参数外，需要借助挂载平台的运动，才能进行距离、速度等参数的标定。

(6)整个标定过程都需人工操作参与，无法实现自动标定，而且对操作水平有较高要求。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种天气雷达机外有源标定设备，包括：

天馈模块：完成对信号的接收、发射功能；

主机：包含收发模块、信号处理模块、定位通信模块和电源模块，用于获取标定设备架设点地理信息的采集、提取天气雷达信号的参数信息、产生模拟天气雷达的目标回波信号；

显控终端：完成人机交互操作；

所述天馈模块通过射频线缆连接主机；所述主机通过以太网连接显控终端；

所述收发模块连接信号处理模块；所述信号处理模块连接定位通信模块；所述电源模块分别连接收发模块、信号处理模块、定位通信模块。

进一步地，所述天气雷达机外有源标定设备的标定方法，包括以下步骤：

S1，将标定设备架设在距离天气雷达1km～10km范围内，被标雷达运行标定软件；

S2，利用标定设备上的GPS系统获取标定设备地理位置信息，同时将被标雷达的地理位置信息输入标定设备，完成初始化；

S3，被标雷达按标定模式扫描工作，进行预置的信号发射；

S4，标定设备接收到被标雷达信号，检测出的信号功率、脉宽和重复频率，在标定设备上同时显示理论值和测试值，进行对比分析，完成发射标定，并输出标定数据；

S5，标定设备根据接收到信号的重复频率，实现与被标雷达的同步；

S6，以同步信号为基准，标定设备将接收到的发射信号进行处理，包括功率控制、多普勒频率调制和时间延迟，生成带有强度、速度和距离特性的标定回波信号，并通过天线向雷达辐射；

S7，被标雷达接收到标定回波信号，经接收通道后到达信号处理，进行信号的Z、V、W和距离信息提取，在终端上同时显示理论值和测试值，进行对比分析，完成接收标定，并输出标定数据；

S8，将来自标定设备和被标雷达的标定数据，导入到计算机，利用专业软件进行数据分析，给出最终的标定结果，并生成标定报告。

本发明的优点：

本发明的天气雷达机外有源标定设备及标定方法能有效的解决当前传统机内标定技术所面临的标定设备和标定源本身存在的不稳定性造成的标定误差、对接收机前端链路损耗评估不准确造成的标定误差等问题；此外，本发明的天气雷达机外有源标定设备及标定方法可解决采用机外无源金属球标定所带来的金属球的RCS偏小、标定回波功率小和需要搭载运动载体标定操作复杂等问题。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明的一种天气雷达机外有源标定设备原理框图；

图2是本发明的一种天气雷达机外有源标定设备应用的结构图；

图3是本发明的一种天气雷达机外有源标定设备标定方法流程图。

附图标记：

1为天馈模块、2为主机、3为显控终端、4为收发模块、5为信号处理模块、6为定位通信模块、7为电源模块、8为射频线缆、9为以太网、21为被标天气雷达、22为升降支架、23为天线、24为线缆、25为天气雷达机外有源标定设备主机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参考图1和图2，如图1和图2所示的一种天气雷达机外有源标定设备，包括：

天馈模块：完成对信号的接收、发射功能；

主机：包含收发模块、信号处理模块、定位通信模块和电源模块，用于获取标定设备架设点地理信息的采集、提取天气雷达信号的参数信息、产生模拟天气雷达的目标回波信号；

显控终端：完成人机交互操作；

所述天馈模块通过射频线缆连接主机；所述主机通过以太网连接显控终端；

所述收发模块连接信号处理模块；所述信号处理模块连接定位通信模块；所述电源模块分别连接收发模块、信号处理模块、定位通信模块。

参考图3，如图3所示，所述天气雷达机外有源标定设备的标定方法，包括以下步骤：

S1，将标定设备架设在距离天气雷达1km～10km范围内，被标雷达运行标定软件；

S2，利用标定设备上的GPS系统获取标定设备地理位置信息，同时将被标雷达的地理位置信息输入标定设备，完成初始化；

S3，被标雷达按标定模式扫描工作，进行预置的信号发射；

S4，标定设备接收到被标雷达信号，检测出的信号功率、脉宽和重复频率，在标定设备上同时显示理论值和测试值，进行对比分析，完成发射标定，并输出标定数据；

S5，标定设备根据接收到信号的重复频率，实现与被标雷达的同步；

S6，以同步信号为基准，标定设备将接收到的发射信号进行处理，包括功率控制、多普勒频率调制和时间延迟，生成带有强度、速度和距离特性的标定回波信号，并通过天线向雷达辐射；

S7，被标雷达接收到标定回波信号，经接收通道后到达信号处理，进行信号的Z、V、W和距离信息提取，在终端上同时显示理论值和测试值，进行对比分析，完成接收标定，并输出标定数据；

S8，将来自标定设备和被标雷达的标定数据，导入到计算机，利用专业软件进行数据分析，给出最终的标定结果，并生成标定报告。

天气雷达机外有源标定设备的工作原理：

标定设备按照标定条件进行架设，被标雷达按照标定模式进行工作。

标定设备自带GPS定位功能，将被标雷达的地理坐标信息输入标定设备，由于被标雷达的型号已知，标定设备可以根据工作频率、发射功率等参数对系统进行初始化。

被标雷达在标定模式下发射信号，标定设备接收到被标雷达信号，对信号的功率、脉宽和重复频率等信息进行提取，标定设备将这些数据与理论值进行对比和分析，计算被标雷达发射指标，完成对被标雷达发射信号的单程标定，并按规定格式输出标定数据。

与此同时，标定设备提取发射信号的重复频率，建立与被标雷达的同步关系，再将接收到的发射信号进行功率控制、多普勒频率调制和时间延迟后，作为标定回波通过天线向被标雷达辐射。

被标雷达在标定模式下，接收到标定设备发射的标定回波，并进行处理，标定软件将这些数据与理论值进行对比和分析，计算被标雷达接收指标，完成对被标雷达接收通道的单程标定，并按规定格式输出标定数据。

将标定设备与被标雷达输出的标定数据，一起输入计算机，利用软件进行分析处理，对雷达的状态进行判定，并生成标定报告。

机外有源标定设备通过接收被标天气雷达的发射信号，并对信号进行相关处理，产生被标天气雷达的标定回波信号，再将该信号发送到被标天气雷达，实现对天气雷达的机外有源标定。

可以解决如下的技术问题：

(1)采用机外标定的方法，可以对包括天馈线、天线罩在内的整个雷达系统，进行完整的标定，避免了很多参数的理论估值，使得标定结果准确可靠，这是机内标定是无法实现的。

(2)属于有源标定系统，标定回波功率可控，可实现远距离的精确标定。

(3)回波可以方便地进行各种调制，不需要借助其它载体，就能模拟出目标的强度、速度、距离等各种特性，实现雷达参数的完整标定。

(4)标定时设备固定架设，容易实现的波束匹配，整个标定过程受环境影响小、人工干预少，操作简单方便，自动化程度高。

(5)标定设备独立于雷达系统，通过对设备的实验室校准，方便进行标准的溯源和量值的传递。

(6)自动生成标定报告，并对标定结果进行有效的档案管理。

(7)通过模块的即插即用，实现天气雷达S、C、X波段全覆盖。

本发明的天气雷达机外有源标定设备及标定方法能有效的解决当前传统机内标定技术所面临的标定设备和标定源本身存在的不稳定性造成的标定误差、对接收机前端链路损耗评估不准确造成的标定误差等问题；此外，本发明的天气雷达机外有源标定设备及标定方法可解决采用机外无源金属球标定所带来的金属球的RCS偏小、标定回波功率小和需要搭载运动载体标定操作复杂等问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种天气雷达机外有源标定设备的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将标定设备架设在距离天气雷达1km～10km范围内，被标雷达运行标定软件；

S2，利用标定设备上的GPS系统获取标定设备地理位置信息，同时将被标雷达的地理位置信息输入标定设备，完成初始化；

S3，被标雷达按标定模式扫描工作，进行预置的信号发射；

S4，标定设备接收到被标雷达信号，检测出的信号功率、脉宽和重复频率，在标定设备上同时显示理论值和测试值，进行对比分析，完成发射标定，并输出标定数据；

S5，标定设备根据接收到信号的重复频率，实现与被标雷达的同步；

S6，以同步信号为基准，标定设备将接收到的发射信号进行处理，包括功率控制、多普勒频率调制和时间延迟，生成带有强度、速度和距离特性的标定回波信号，并通过天线向雷达辐射；

S7，被标雷达接收到标定回波信号，经接收通道后到达信号处理，进行信号的Z、V、W和距离信息提取，在终端上同时显示理论值和测试值，进行对比分析，完成接收标定，并输出标定数据；

S8，将来自标定设备和被标雷达的标定数据，导入到计算机，利用专业软件进行数据分析，给出最终的标定结果，并生成标定报告。