CN107843896A - 多功能气象雷达及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多功能气象雷达，包括：闪电脉冲接收天线收雷电电磁脉冲；选频放大器放大雷电电磁脉冲；GPS授时模块标准时间接入工业计算机，模数转换器将放大后的雷电电磁脉冲转为数字信号并输入工业计算机；功率放大器放大雷达信号，然后输出给雷达天线；开关模块接收工业计算机输出的控制信号雷达天线模式；天线转动装置接收工业计算机输出控制信号，控制雷达天线转动；接收机接收雷达天线获取的雷达回波信号，将雷达回波信号转换为数字信号后输入到工业计算机；工业计算机，依据雷达回波信号获取风速和降雨回波值；将风速、降雨回波值和接收到的雷电电磁脉冲加上GPS授时的标准时间和本地雷达ID，通过4G网络模块发送到远程中心服务器。

Description

多功能气象雷达及其控制方法
技术领域
本发明涉及气象预警技术领域，特别是涉及一种多功能气象雷达及其控制方法。
背景技术
目前气象系统使用的多普勒气象雷达监测突发“风暴”，是最有效的方法，目前使用的大型多普勒雷达有几方面问题：
(1)延时
大型多普勒气象雷达扫描半径230公里甚至更远，高度从0.5公里到10公里立体扫描，扫描一次需要6分钟，再加上3分钟左右的数据处理，因此，看到的数据或雷达图有大约9分钟延时，9分钟的数据延时，给预报预警带来较大的误差。主要体现：
1)比如，在快速多变的强对流天气下，9分钟内一次强雷暴从生成到结束过程就完成了，本地正在“狂风暴雨”，因为数据延时，雷达图上没有任何回波显示，之前也没有暴雨向本地漂移过来，等9分钟后雷达图上有很强的回波时，本地已经阳光灿烂了，给企业和个人带来很大的错觉。企业和个人在没有任何准备时就遇到了暴雨，可能引发重大气象灾害事故。
2)在多变的天气下，用连续两张图来计算暴雨移动的速度和方向，相当于用15分钟前的数据，此时得出的数据准确性不高，据此做出的预报预警误报率高。
发明内容
本发明的目的是提供一种多功能气象雷达及其控制方法，可以提高雷雨预警的实时性。
一种多功能气象雷达，包括：
闪电脉冲接收天线，用于接收雷电电磁脉冲；
选频放大器，用于放大闪电脉冲接收天线接收到的雷电电磁脉冲；
GPS授时模块，用于将GPS授时的标准时间接入工业计算机；
模数转换器，用于将放大后的雷电电磁脉冲转为数字信号并输入工业计算机；
功率放大器，用于放大工业计算机输出的雷达信号，然后输出给雷达天线；
开关模块，用于接收工业计算机输出的控制信号，以切换雷达天线的工作模式；
天线转动装置，用于接收工业计算机输出控制信号，控制雷达天线转动；
雷达天线，用于发射所述雷达信号，以及接收雷达回波信号；
接收机，用于接收雷达天线获取的雷达回波信号，将雷达回波信号转换为数字信号后输入到工业计算机；
工业计算机，依据雷达回波信号获取风速和降雨回波值；将风速、降雨回波值和接收到的雷电电磁脉冲加上GPS授时的标准时间和本地雷达ID，通过4G网络模块发送到远程中心服务器。
以及提出一种多功能气象雷达控制方法，包括步骤：
接收雷电电磁脉冲；
放大所述雷电电磁脉冲；
将放大后的雷电电磁脉冲转为数字信号并输入工业计算机，
接收并放大工业计算机输出的雷达信号，然后输出给雷达天线；
接收工业计算机输出的控制信号，以切换雷达天线的工作模式；
接收工业计算机输出控制信号，控制雷达天线转动；
发射所述雷达信号，以及接收雷达回波信号；
将雷达回波信号转换为数字信号后输入到工业计算机；
依据雷达回波信号获取风速和降雨回波值；将风速、降雨回波值和接收到的雷电电磁脉冲加上GPS授时的标准时间和本地雷达ID，通过4G网络发送到远程中心服务器。
在本发明中，由工业计算机控制雷达天线全向快速扫描，并且边扫描边计算产生风速和降雨回波值等数据，通过4G网络在线传输这些数据到远程中心服务器，这样总耗时约50秒，相比传统的雷达可以大大降低延时，并且通过工业计算机完成标准信号输出、控制信号输出、数据计算分析等功能，代替了振荡器、混频器、锁相器、脉冲控制器、同步脉冲发生器等硬件，省去了将近35％的硬件材料，成本大大降低。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并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，但不应构成对本发明的限制。在附图中，
图1为多功能气象雷达的结构示意图；
图2为多功能气象雷达控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、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的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
图1为多功能气象雷达的结构示意图，包括：闪电脉冲接收天线，用于接收雷电电磁脉冲，其接收频率在10K～10MHZ之间；选频放大器，用于放大闪电脉冲接收天线接收到的雷电电磁脉冲；GPS授时模块，用于将GPS授时的标准时间接入工业计算机；模数转换器，用于将放大后的雷电电磁脉冲转为数字信号并输入工业计算机；功率放大器，用于放大工业计算机输出的雷达信号，具体的，可以是3GHZ脉冲信号；然后输出给雷达天线；开关模块，用于接收工业计算机输出的控制信号，以切换雷达天线的工作模式(发射信号、接收信号)；天线转动装置，用于接收工业计算机输出控制信号，控制雷达天线转动；雷达天线，用于发射所述雷达信号，以及接收雷达回波信号；接收机，用于接收雷达天线获取的雷达回波信号，将雷达回波信号转换为数字信号后输入到工业计算机；工业计算机，依据雷达回波信号获取风速和降雨回波值；将风速、降雨回波值和接收到的雷电电磁脉冲加上GPS授时的标准时间和本地雷达ID(可预先存储在工业计算机中)，通过4G网络模块发送到远程中心服务器。
其中，工业计算机还包括若干预留标准接口。通过预留标准接口接收风、降雨量、湿度、温度等数据。
本发明还提出一种多功能气象雷达控制方法，其流程参考图2，包括步骤：
S1、接收雷电电磁脉冲；
S2、放大所述雷电电磁脉冲；
S3、将放大后的雷电电磁脉冲转为数字信号并输入工业计算机；
S4、接收并放大工业计算机输出的雷达信号，然后输出给雷达天线；
S5、接收工业计算机输出的控制信号，以切换雷达天线的工作模式；
具体的，工业控制计算机输出一个3GHZ是发射的雷达信号，同时输出一个同步脉冲信号，雷达信号送到功率放大器放大后再送到雷达天线，同步信号直接送到雷达天线，同步信号通过控制开关模块来控制雷达天线的状态，即工业控制计算机发出3GHZ信号时，同步信号控制雷达天线处于发射状态，向天空发射雷达信号，发射完后同步信号控制雷达天线处于接收状态，接收雷达信号被天空反射回来的回波信号。如此反复。
S6、接收工业计算机输出控制信号，控制雷达天线转动；
S7、发射所述雷达信号，以及接收雷达回波信号；
S8、将雷达回波信号转换为数字信号后输入到工业计算机；
S9、依据雷达回波信号获取风速和降雨回波值；将风速、降雨回波值和接收到的雷电电磁脉冲加上GPS授时的标准时间和本地雷达ID，通过4G网络发送到远程中心服务器。
其中，在依据雷达回波信号获取风速和降雨回波值的步骤中，先剔除雷达回波强度小于5db的雷达回波信号，然后再获取风速和降雨回波值。以去除干扰，提高准确度。
具体的，在通过4G网络发送到远程中心服务器时，每30秒发送一组数据。
在本发明中，由工业计算机控制雷达天线全向快速扫描，并且边扫描边计算产生风速和降雨回波值等数据，通过4G网络在线传输这些数据到远程中心服务器，这样总耗时约50秒，相比传统的雷达可以大大降低延时，并且通过工业计算机完成标准信号输出、控制信号输出、数据计算分析等功能，代替了振荡器、混频器、锁相器、脉冲控制器、同步脉冲发生器等硬件，省去了将近35％的硬件材料，成本大大降低。
只要不违背本发明创造的思想，对本发明的各种不同实施例进行任意组合，均应当视为本发明公开的内容；在本发明的技术构思范围内，对技术方案进行多种简单的变型及不同实施例进行的不违背本发明创造的思想的任意组合，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多功能气象雷达，其特征在于，包括：
闪电脉冲接收天线，用于接收雷电电磁脉冲；
选频放大器，用于放大闪电脉冲接收天线接收到的雷电电磁脉冲；
GPS授时模块，用于将GPS授时的标准时间接入工业计算机；
模数转换器，用于将放大后的雷电电磁脉冲转为数字信号并输入工业计算机；
功率放大器，用于放大工业计算机输出的雷达信号，然后输出给雷达天线；
开关模块，用于接收工业计算机输出的控制信号，以切换雷达天线的工作模式；
天线转动装置，用于接收工业计算机输出控制信号，控制雷达天线转动；
雷达天线，用于发射所述雷达信号，以及接收雷达回波信号；
接收机，用于接收雷达天线获取的雷达回波信号，将雷达回波信号转换为数字信号后输入到工业计算机；
工业计算机，依据雷达回波信号获取风速和降雨回波值；将风速、降雨回波值和接收到的雷电电磁脉冲加上GPS授时的标准时间和本地雷达ID，通过4G网络模块发送到远程中心服务器。
2.如权利要求1所述的多功能气象雷达，其特征在于，工业计算机还包括若干预留标准接口。
3.一种多功能气象雷达控制方法，其特征在于，包括步骤：
接收雷电电磁脉冲；
放大所述雷电电磁脉冲；
将放大后的雷电电磁脉冲转为数字信号并输入工业计算机；
接收并放大工业计算机输出的雷达信号，然后输出给雷达天线；
接收工业计算机输出的控制信号，以切换雷达天线的工作模式；
接收工业计算机输出控制信号，控制雷达天线转动；
发射所述雷达信号，以及接收雷达回波信号；
将雷达回波信号转换为数字信号后输入到工业计算机；
依据雷达回波信号获取风速和降雨回波值；将风速、降雨回波值和接收到的雷电电磁脉冲加上GPS授时的标准时间和本地雷达ID，通过4G网络发送到远程中心服务器。
4.如权利要求3所述的多功能气象雷达控制方法，其特征在于，在所述依据雷达回波信号获取风速和降雨回波值的步骤中，先剔除雷达回波强度小于5db的雷达回波信号，然后再获取风速和降雨回波值。
5.如权利要求3或4所述的多功能气象雷达控制方法，其特征在于，在通过4G网络发送到远程中心服务器时，每30秒发送一组数据。
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