CN107064936A - 气象雷达 - Google Patents

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宋琪
舒航
王威
邓禹
张家巍
宋旋
徐盼盼
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    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/95—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for meteorological use
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Abstract

本发明公开气象雷达，该气象雷达包括控制中心以及与控制中心相耦接的以下子系统：雷达数据采集系统、雷达产品生成子系统、主用户处理系统和控制中心，控制中心控制子系统的工作；其中，雷达数据采集系统、雷达产品生成子系统和主用户处理系统依次连接；雷达数据采集系统产生和发射电磁波，接收目标物对电磁波的散热能量，并产生标效信号形成数字化的基数据；雷达产品生成子系统采集基数据以进行质量控制和预处理以形成原始数据文件，并生成导出产品；主用户处理系统获取、存贮和显示导出产品，并以预设形式进行显示。该气象雷达克服了现有技术中的雷达系统没有统一的管理，无法实现标效的问题，实现了气象雷达的管理和标效。

Description

气象雷达
技术领域
本发明涉及雷达领域，具体地，涉及气象雷达。
背景技术
天气雷达作为气象观测的一种重要探测手段，其回波强度Z对局部突发性灾害性的天气预报、预警发挥着重要作用，同样回波强度的稳定性对精确降水预报也至关重要的，尤其是在双偏振雷达中，对Zdr影响更大。
现有技术中的雷达系统没有统一的管理，无法实现标效，如何实现管理和标效成为一种亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种气象雷达，该气象雷达克服了现有技术中的雷达系统没有统一的管理，无法实现标效的问题，实现了气象雷达的管理和标效。
为了实现上述目的，本发明提供了一种气象雷达，该气象雷达包括控制中心以及与所述控制中心相耦接的以下子系统：雷达数据采集系统、雷达产品生成子系统、主用户处理系统和控制中心，所述控制中心控制子系统的工作；其中，所述雷达数据采集系统、雷达产品生成子系统和主用户处理系统依次连接；所述雷达数据采集系统产生和发射电磁波，接收目标物对电磁波的散热能量，并产生标效信号形成数字化的基数据；所述雷达产品生成子系统采集基数据以进行质量控制和预处理以形成原始数据文件，并生成导出产品；所述主用户处理系统获取、存贮和显示所述导出产品，并以预设形式进行显示。
优选地，所述雷达数据采集系统包括依次连接的以下装置：发射机、天线、接收机和标效模块；所述发射机产生电磁波信号，并通过所述天线以波束的形式送至大气；在所述天线接收到所述电磁波信号的情况下，所述天线将电磁波信号传送给接收机，所述接收机放大所述电磁波信号；所述标效模块对该放大的电磁波信号进行标效，并产生高时空精度的数字化的基数据。
优选地，所述标效模块包括：接收机组件、信号处理模块和存储模块；其中，所述接收机组件接收所述接收器的电磁波信号，并对所述电磁波信号进行AD采样处理得到采样信号；所述信号处理模块被配置成连接于所述接收机组件和所述存储模块，以处理所述采样信号并将得到发射频谱特征发送至所述存储模块进行存储；所述信号处理模块根据接收指令配置触发延时时间，并产生预设脉宽的标效信号，所述标效信号与所述雷达信号的脉冲重复频率同步，并在所述雷达的下一个采样时间点前的预设脉宽处开启。
优选地，所述接收机组件、信号处理模块和存储模块电连接于所述接收器和发射器的电源，以接收所述电源的工作电流。
优选地，所述天线通过天线罩将电磁波信号以波束的形式送至大气，并在所述天线接收到所述电磁波信号的情况下，所述天线将电磁波信号传送给接收机。
优选地，所述基数据包括：反射率因子、径向速度和速度谱宽。
优选地，所述主用户处理系统包括：连接于所述雷达产品生成子系统的显示器和存贮器；其中，所述显示器显示所述导出产品，且所述存贮器将所述导出产品进行存储。
通过上述的实施方式，本发明的雷达可以实现整体的控制管理，实现了整个雷达信号的管理、接收和发送，且将标效信号应用在雷达的领域，通过独特的动态标效方法，实现全链路实时标效。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是说明本发明的一种优选实施方式的气象雷达模块连接图；
图2是说明本发明的一种优选实施方式的标效模块的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指如图1所示的上下左右。“内、外”是指具体轮廓上的内与外。“远、近”是指相对于某个部件的远与近。
本发明提供一种气象雷达，该气象雷达包括控制中心以及与所述控制中心相耦接的以下子系统：雷达数据采集系统、雷达产品生成子系统、主用户处理系统和控制中心，所述控制中心控制子系统的工作；其中，所述雷达数据采集系统、雷达产品生成子系统和主用户处理系统依次连接；所述雷达数据采集系统产生和发射电磁波，接收目标物对电磁波的散热能量，并产生标效信号形成数字化的基数据；所述雷达产品生成子系统采集基数据以进行质量控制和预处理以形成原始数据文件，并生成导出产品；所述主用户处理系统获取、存贮和显示所述导出产品，并以预设形式进行显示。
通过上述的实施方式，本发明的雷达可以实现整体的控制管理，实现了整个雷达信号的管理、接收和发送，且将标效信号应用在雷达的领域，通过独特的动态标效方法，实现全链路实时标效。
以下结合附图1对本发明进行进一步的说明，在本发明中，为了提高本发明的适用范围，特别使用下述的具体实施方式来实现。
在本发明的一种具体实施方式中，所述雷达数据采集系统包括依次连接的以下装置：发射机、天线、接收机和标效模块；所述发射机产生电磁波信号，并通过所述天线以波束的形式送至大气；在所述天线接收到所述电磁波信号的情况下，所述天线将电磁波信号传送给接收机，所述接收机放大所述电磁波信号；所述标效模块对该放大的电磁波信号进行标效，并产生高时空精度的数字化的基数据。
通过上述的方式，可以实现电磁波信号的标效，实现了信号的转换处理，由于在天线端口进行采样发射机和发送标效信号，即包含了从发射机输出端口、波导传输网络、方位俯仰旋转关节以及喇叭馈源等所有发射链路特性；同样发送标效信号经过喇叭馈源、方位俯仰旋转关节、波导传输网络以及接收机等所有接收通道特性，因而具有发射、接收全链路标效特性，提高雷达探测精度
在该种实施方式中，所述标效模块可以包括：接收机组件、信号处理模块和存储模块；其中，所述接收机组件接收所述接收器的电磁波信号，并对所述电磁波信号进行AD采样处理得到采样信号；所述信号处理模块被配置成连接于所述接收机组件和所述存储模块，以处理所述采样信号并将得到发射频谱特征发送至所述存储模块进行存储；所述信号处理模块根据接收指令配置触发延时时间，并产生预设脉宽的标效信号，所述标效信号与所述雷达信号的脉冲重复频率同步，并在所述雷达的下一个采样时间点前的预设脉宽处开启。
通过上述的实施方式，即在雷达正常工作情况下，通过采样雷达发射脉冲信号，进行数字存储，经过一定延迟并PRF截至前，发送已存储的频谱信号(即标效信号)，因而具有实时性和相干性；发送的标效信号经过喇叭馈源、方位俯仰旋转关节3、波导传输网络以及接收机等所有接收通道特性，因而具有发射、接收全链路标效特性，提高雷达探测精度。
在该种实施方式中，所述接收机组件、信号处理模块和存储模块电连接于所述接收器和发射器的电源，以接收所述电源的工作电流。
该标效系统，除了供电以外，与雷达没有任何牵连，操作简便，因而具有较强的操作、实用性，有着广阔的使用前景。
在该种实施方式中，为了使得信号传输的更加稳定，增加信号的稳定性，所述天线通过天线罩将电磁波信号以波束的形式送至大气，并在所述天线接收到所述电磁波信号的情况下，所述天线将电磁波信号传送给接收机。
在该种实施方式中，所述基数据包括：反射率因子、径向速度和速度谱宽。
在该种实施方式中，所述主用户处理系统可以包括：连接于所述雷达产品生成子系统的显示器和存贮器；其中，所述显示器显示所述导出产品，且所述存贮器将所述导出产品进行存储。
由接收机送来的中频信号，经高速AD采样，再进行FPGA处理，即可得到发射链路的发射信号频谱特征(信号频率、发射功率、脉冲宽度等)，同时将该采样的特征信号频谱进行阵列存储，即DRFM数字存储技术，FPGA处理器根据通信指令，通过上变频配置标效源频率，与发射信号频率一致，并产生一个相对延时t的脉冲信号，脉宽10us，这样在一个PRF周期内，前面为探测回波信号，后面PRF结尾前10us为标效信号，并一同进入接收机链路通过变频和信号处理，得到该PPI(RHI)末端距离库中标效信号值。
在本发明中，由于标效信号源的强度与采样到的发射链路幅度相关联的，因此，标效信号幅度的变化，就是反映了发射链路和接收链路特性的变化，因而，可以在同一方位角上直接修正各距离库的回波强度，从而实现了天气雷达信号的强度的动态标定。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.一种气象雷达，其特征在于，该气象雷达包括控制中心以及与所述控制中心相耦接的以下子系统：雷达数据采集系统、雷达产品生成子系统、主用户处理系统和控制中心，所述控制中心控制子系统的工作；其中，所述雷达数据采集系统、雷达产品生成子系统和主用户处理系统依次连接；所述雷达数据采集系统产生和发射电磁波，接收目标物对电磁波的散热能量，并产生标效信号形成数字化的基数据；所述雷达产品生成子系统采集基数据以进行质量控制和预处理以形成原始数据文件，并生成导出产品；所述主用户处理系统获取、存贮和显示所述导出产品，并以预设形式进行显示。
2.根据权利要求1所述的气象雷达，其特征在于，所述雷达数据采集系统包括依次连接的以下装置：发射机、天线、接收机和标效模块；所述发射机产生电磁波信号，并通过所述天线以波束的形式送至大气；在所述天线接收到所述电磁波信号的情况下，所述天线将电磁波信号传送给接收机，所述接收机放大所述电磁波信号；所述标效模块对该放大的电磁波信号进行标效，并产生高时空精度的数字化的基数据。
3.根据权利要求2所述的气象雷达，其特征在于，所述标效模块包括：接收机组件、信号处理模块和存储模块；其中，所述接收机组件接收所述接收器的电磁波信号，并对所述电磁波信号进行AD采样处理得到采样信号；所述信号处理模块被配置成连接于所述接收机组件和所述存储模块，以处理所述采样信号并将得到发射频谱特征发送至所述存储模块进行存储；所述信号处理模块根据接收指令配置触发延时时间，并产生预设脉宽的标效信号，所述标效信号与所述雷达信号的脉冲重复频率同步，并在所述雷达的下一个采样时间点前的预设脉宽处开启。
4.根据权利要求3所述的气象雷达，其特征在于，所述接收机组件、信号处理模块和存储模块电连接于所述接收器和发射器的电源，以接收所述电源的工作电流。
5.根据权利要求2所述的气象雷达，其特征在于，所述天线通过天线罩将电磁波信号以波束的形式送至大气，并在所述天线接收到所述电磁波信号的情况下，所述天线将电磁波信号传送给接收机。
6.根据权利要求2所述的气象雷达，其特征在于，所述基数据包括：反射率因子、径向速度和速度谱宽。
7.根据权利要求2所述的气象雷达，其特征在于，所述主用户处理系统包括：连接于所述雷达产品生成子系统的显示器和存贮器；其中，所述显示器显示所述导出产品，且所述存贮器将所述导出产品进行存储。
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