CN108761406A - 天气雷达的性能优化评估仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种天气雷达的性能优化评估仿真系统，该系统包括：雷达仿真平台和仿真模块；仿真模块包括用于对仿真的雷达系统进行性能优化评估仿真，将仿真结果提供给用户的性能优化评估仿真子模块；性能优化评估仿真子模块包括：天线优化评估单元，用于根据雷达计算参数的精度和雷达探测性能，对天线分机的第一系统性能指标参数进行优化评估；发射机优化评估单元，用于根据雷达参数计算精度和雷达探测性能，对发射机分机的第二系统性能指标参数进行优化评估；接收机优化评估单元，用于根据雷达计算参数的精度和雷达探测性能，对接收机分机的第三系统性能指标参数进行优化评估。

Description

天气雷达的性能优化评估仿真系统

技术领域

本发明涉及雷达仿真技术领域，特别是涉及一种天气雷达的性能优化评估仿真系统。

背景技术

随着日益增长的气象服务需要，新一代天气雷达已然成为灾害性天气监测和预警预报的重要工具，目前，全国拥有198部新一代天气雷达组成的观测网络，这些雷达网全天候24小时不间断地运行，实时采集和传输各种气象观测资料，在防灾减灾工作中发挥了巨大的社会经济效益。

而在实际应用中，随着天气探测的需求和精度的不断提高，天气雷达设备精密度复杂度的提升，造成天气雷达设备的新技术开发、升级等成本较高，且研究时间和升级周期较长。

由于天气雷达采用相干接收体制，结构复杂，那么在给天气雷达进行升级时，需要由业务人员分析天气雷达系统中复杂的参数关系，确定待优化评估的参数，以及评估量。此过程中不仅人工工作量大，而且无法做到准确的参数评估，从而给天气雷达的升级带来了很大的困难。

发明内容

本发明提供了一种天气雷达的性能优化评估仿真系统，以解决天气雷达升级时所存在的人工工作量大，参数评估难度高、准确度低的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明公开了一种天气雷达的性能优化评估仿真系统，包括：

雷达仿真平台和仿真模块；

所述雷达仿真平台，用于对不同型号的雷达系统的硬件进行搭建，供所述仿真模块运行；

其中，所述雷达仿真平台管理的硬件包括雷达组件、雷达分机和雷达系统；

其中，多个雷达组件构成雷达分机；多个雷达分机构成雷达系统；

其中，所述雷达分机包括：

发射机分机、接收机分机、天线分机；

多个雷达组件的不同组合构成不同的雷达分机，多个雷达分机的不同组合构成不同型号的雷达系统；

所述雷达系统、雷达分机、雷达组件能够在软件界面上展示给用户，供用户选择搭建；

所述仿真模块，用于对所述雷达仿真平台搭建的雷达系统进行不同功能的仿真，将仿真结果提供给用户；

所述仿真模块包括性能优化评估仿真子模块；

所述性能优化评估仿真子模块，用于对仿真的所述雷达系统进行性能优化评估仿真，将仿真结果提供给用户；

所述性能优化评估仿真子模块包括：

天线优化评估单元，用于根据雷达计算参数的精度和雷达探测性能，对所述天线分机的第一系统性能指标参数进行优化评估；

发射机优化评估单元，用于根据雷达参数计算精度和雷达探测性能，对所述发射机分机的第二系统性能指标参数进行优化评估；

接收机优化评估单元，用于根据雷达计算参数的精度和雷达探测性能，对所述接收机分机的第三系统性能指标参数进行优化评估。

与现有技术相比，本发明包括以下优点：

本发明的天气雷达的性能优化评估仿真系统能够对不同型号的天气雷达系统进行仿真，从而能够节约天气雷达设备的技术开发和升级费用，降低开发和升级成本；此外，通过对仿真的各种型号的雷达系统进行性能优化评估的仿真，天气雷达的仿真系统进行系统性能优化评估的仿真，可以减少人工升级天气雷达实体设备时的人工工作量，并降低了参数优化评估难度以及提高了性能优化评估参数准确度。

附图说明

图1是本发明的一种天气雷达的性能优化评估仿真系统实施例的系统框图；

图2是本发明的一种创建雷达组件/分机/系统实施例的示意图；

图3是本发明的一种由雷达分机创建雷达系统实施例的示意图；

图4是本发明的一种雷达库实施例的示意图；

图5是本发明的一种发射机分机的组件库实施例的示意图；

图6是本发明的一种接收机分机的组件库实施例的示意图；

图7是本发明的一种天馈线组件库的实施例的示意图；

图8是本发明的一种信号处理分机的组件库的实施例的示意图；

图9是本发明的一种目标环境模拟分机的组件库的实施例的示意图；

图10是本发明的一种数据显示终端的组件库的实施例的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1，示出了本发明的一种天气雷达的性能优化评估仿真系统实施例的结构框图。

该天气雷达的性能优化评估仿真系统包括雷达仿真平台11和仿真模块12(即功能模块)。

雷达仿真平台11，用于对不同型号的雷达系统的硬件进行搭建，供所述仿真模块12运行，即实现对应天气雷达系统硬件中的各雷达组件、雷达分机及雷达系统的搭建，是仿真模块12运行的基础。

仿真模块12，用于对所述雷达仿真平台11搭建的雷达系统进行不同功能的仿真，将仿真结果提供给用户。其中，可以以用户界面和文件输出等方式来提供给用户所需要的仿真结果。

所述仿真模块12，还用于根据用户对目标型号的雷达系统的选择操作，调用所述雷达仿真平台11搭建的目标型号的雷达系统，显示所述目标型号的雷达系统的系统参数。

雷达仿真平台11，用于对雷达组件、雷达分机、雷达系统库的建模与设计，雷达库的管理，以及雷达新组件的创建与管理。

雷达仿真平台11所管理的硬件从大到小分为三级：雷达系统，雷达分机、雷达组件。构建关系是多个雷达组件构成雷达分机，多个雷达分机构成雷达系统。并且，多个雷达组件的不同组合构成不同的雷达分机，多个雷达分机的不同组合构成不同型号的雷达系统；

所述雷达仿真平台11，还用于管理雷达库，所述雷达库包括雷达组件库和对应不同型号的雷达系统的多个雷达分机库；

其中，所述雷达组件库包括多个雷达组件；

每个所述雷达分机库包括构成相应型号的雷达系统的多个雷达分机。

其中，雷达组件库是基础，雷达组件库中的雷达组件数量有几百个。但由于雷达组件构成雷达分机相对比较复杂，涉及的雷达组件及设置的参数较多。所以，可以在本发明实施例的软件中按照不同型号的雷达系统的雷达分机组成，分别构建对应型号的雷达分机系统，以雷达分机库的形式存储，如CINRAD/SA雷达系统的发射机分机库。用户可以直接调用雷达分机库进行分机性能分析。

另外，本发明实例的雷达仿真平台11预先配置有组件创建接口和组件封装接口；

其中，所述组件创建接口，用于新建雷达组件；

所述组件封装接口，用于根据用户对所述雷达仿真平台11的操作对多个雷达组件进行封装，得到雷达分机。

在软件界面上，雷达系统、分机、组件可对用户展现和开放，供用户选择搭建。

按照功能要求，本发明实施例构建的不同型号的雷达系统主要包括CINRAD/SA雷达系统，CINRAD/CA雷达系统，此外，本发明实施例还可以构建其他已知雷达系统，这里不再赘述。

根据雷达系统各主要硬件部件，本发明实施例构建的雷达分机主要可以包括：发射机分机、接收机分机、天伺分机(包括天线分机和伺服分机)、信号处理分机、数据显示终端和目标环境模拟分机等六大部分。

其中，目标环境模拟分机，用于模拟的环境包括以下至少之一：天气回波、杂波、异常回波、电磁波散射、电磁波衰减。其中，该目标环境模拟分机虽然不是硬件分机，但本发明实施例的性能优化评估仿真系统软件可以将它当作分机来处理。

而雷达组件是根据四大雷达系统对应雷达分机的组成不同，分别构建不同组件。如CINRAD/SA雷达系统的接收机分机的雷达组件，至少可以包含接收机收发开关、接收机保护器、低噪声放大器、预选滤波器、混频前中、匹配滤波器、ADC、数字中频等。

上述雷达仿真平台11提供雷达系统、雷达分机、雷达组件的基础上，仿真模块12，则用于细化性能优化评估仿真系统的功能。

那么借助于雷达仿真平台和仿真模块就可以实现不同型号的雷达系统的仿真，而为了解决天气雷达升级优化评估时所存在的人工工作量大，参数优化评估难度高、准确度低的问题，这里则需要对仿真的雷达系统进行性能优化评估的仿真，因此，所述仿真模块12包括性能优化评估仿真子模块121；

所述性能优化评估仿真子模块121，用于对雷达仿真平台11构建并由仿真模块12仿真得到的各种型号的雷达系统进行性能优化评估仿真，并将仿真结果提供给用户，从而可以减少人工升级天气雷达实体设备时的人工工作量，并降低了参数优化评估难度以及提高了性能优化评估参数准确度。

针对CINRAD/SA雷达系统、CINRAD/CA雷达系统进行性能优化评估仿真时，该性能优化评估仿真子模块主要包括技术参数计算优化评估模块和技术指标精度分析模块两部分，其中，技术参数计算优化评估模块能够为天气雷达系统研究和升级提供支撑，基于天气雷达系统的系统参数对天气雷达信噪比、反射率误差、径向速度误差、谱宽误差等参数进行优化评估计算，反映系统的整体性能；技术指标精度分析模块能够为天气雷达技术指标的制定及功能规格需求书撰写提供依据，根据关键指标的要求，分析如：发射机功率、脉宽、信号累加个数、扫描速度、重复频率等天气雷达发射、接收、信号处理系统的主要参数的精度需求，给出系统指标和各个分系统指标精度要求。

本发明实施例的天气雷达的性能优化评估仿真系统主要对天线分机、发射机分机、接收机分机三大雷达分机的系统性能指标进行优化评估。

在一个实施例中，所述性能优化评估仿真子模块121可以包括天线优化评估单元、发射机优化评估单元和接收机优化评估单元。

天线优化评估单元，用于根据雷达计算参数的精度和雷达探测性能，对所述天线分机的第一系统性能指标参数进行优化评估；

其中，所述第一系统性能指标参数至少包括以下之一：

波束宽度、天线增益、第一副瓣电平、扫描速度；

发射机优化评估单元，用于根据雷达参数计算精度和雷达探测性能，对所述发射机分机的第二系统性能指标参数进行优化评估；

其中，所述第二系统性能指标参数至少包括以下之一：

工作频率，发射功率、脉冲宽度、重复频率；

接收机优化评估单元，用于根据雷达计算参数的精度和雷达探测性能，对所述接收机分机的第三系统性能指标参数进行优化评估。

其中，所述第三系统性能指标参数至少包括以下之一：

噪声系数、动态范围、相位噪声及中频带宽。

因此，天线分机优化评估指标参数主要为波束宽度、天线增益、第一副瓣电平、扫描速度；发射机分机优化评估指标参数主要有工作频率，发射功率、脉冲宽度、重复频率；接收机分机优化评估指标主要有噪声系数、动态范围、相位噪声及中频带宽。

指标优化评估主要从技术参数计算精度和技术指标精度分析两方面来评价。技术参数计算精度主要指通过雷达系统指标参数优化评估，对雷达技术参数计算有何影响。如对天气雷达信噪比、反射率因子、径向速度、及谱宽的计算误差有何影响。技术指标精度分析评价雷达分机指标变化对雷达探测性能有何影响，如强、弱回波探测，雷达精细程度(距离和方位分辨率)，数据质量(地物杂波、速度和距离折叠)等。

优化评估目标评价主要从回波的定性和定量两个角度来分析，定性分析主要从反射率因子、速度及谱宽的显示回波图进行人为观测，评判系统指标参数优化评估对参数计算精度和探测性能分析。如弱回波探测面积变小、强回波值被平滑等。定量分析主要用具体数值来表示系统指标优化评估对参数计算精度和探测性能的影响。如弱回波探测的探测灵敏度、弱回波面积、回波点数等，或反射率因子计算精度为多少dBZ，径向速度精度为多少m/s。

在界面上显示天气雷达目标环境、雷达天馈线、发射机、接收机、信号处理分机及显示终端连接图。

这里对天线分机、发射机分机、接收机分机的性能优化评估仿真流程作简要介绍：

该性能优化评估仿真系统的输入为：设置目标环境为带有地物杂波的典型层状云降水，仿真以信号形式，通过天气雷达系统中发射机分机、天馈线分机、接收机分机，在信号处理分机对I/Q信号计算基数据，并在数据终端PPI显示计算结果：反射率因子、速度及谱宽。

在终端界面上设置天线优化评估参数(波束宽度、天线增益、第一副瓣电平、扫描速度)，发射机优化评估参数(工作频率，发射功率、脉冲宽度、重复频率)，接收机优化评估参数(噪声系数、动态范围、相位噪声及中频带宽)。然后上层界面软件传递对应参数到底层systemvue底层仿真系统，修改对应的硬件仿真模块参数，如修改波束宽度或天线增益，则systemvue仿真的天线对应修改其波束函数的波束宽度和增益值。如果修改噪声系数，则底层systemvue实现的低噪声放大器修改其噪声系数以达到设置的要求。然后运行整个天气雷达的仿真系统。由发射机输出射频信号，由天馈线发射，射频信号再经过目标环境模块，返回与目标信息相关的回波信号，回波信号再通过接收机解调输出I/Q信号，再到信号处理器分机处理成基数据，基数据输出到数据终端进行显示。

优化评估参数值可以设置固定值变化，也可以设置在一定范围以一定步进值变化。固定值变化可以直接观察参数变化的影响；一定范围的步进变化，可以观察和分析参数变化带来的性能变化曲线。每次设置参数后，整个流程将重新运行一次，获得对应新的数据结果。

该性能优化评估仿真系统的输出为：

(1)基数据R、V、W的PPI显示与文件保存；

(2)优化评估曲线显示与文件保存：

a:反射率因子、速度及谱宽计算精度变化曲线。该精度为反射率因子大于一定阈值(可设置)，仿真回波所有数据结果的均值和方差。适合天线增益、发射功率、噪声系数、动态范围，相位噪声系数优化评估。

b.强、弱回波有效数变化曲线。设置同一强、弱回波阈值，参数优化评估后，统计大于强回波阈值的有效强回波距离库数，得到总的强回波数。统计小于弱回波阈值的有效弱回波距离数，统计得到总的弱回波数。

c.地物杂波抑制度变化曲线。选取地物杂波强度大于50dBZ的区域(新一代天气雷达抑制比为50dB)，在相位噪声等参数优化评估后，计算优化评估后的地物杂波抑制度，统计均值。

参数优化评估评价：按照新一代天气雷达的标准系统参数设置天气雷达仿真系统，以其输出R、V、W为参考，来评价各个分机参数优化评估前后的性能优劣。

系统指标变化调整方案，是指保持其他指标不变，只改变所指定的一个系统指标，来分析其对参数计算精度和探测性能的影响。

其中，雷达分机可以包括天线分机。

天线分机的优化评估：

天线的优化评估主要从波束宽度、天线增益、第一副瓣电平三个技术指标来分析。

(1)波束宽度(天线尺寸)影响分析

天线波束宽度改变将会对天气雷达探测性能造成一些影响，具体为：

A:对天气雷达的方位分辨率产生影响，即当天线波束宽度变大时，方位分辨率变差；反之，则方位分辨率变高。尤其是远距离探测时，波束宽度变大，方位可分辨距离变差。方位分辨率的高低将直接导致天气雷达回波细节信息的探测，表现为回波结构的清晰与模糊。

B:当天线转速和PRF一定时，天线波束宽度的改变将影响信号处理环节的相参积累的脉冲个数，即当天线波束宽度变大时，可用的相参积累脉冲个数将变大，反之，可用的相参积累脉冲个数将变小。相参积累脉冲个数的改变将会对输出信号的SNR产生影响。技术参数计算精度分析有：因波束宽度导致脉冲积累数的变化，定量分析对反射率因子、速度、谱宽的计算误差影响。

技术指标精度分析有：定性和定量分析波束宽度对的回波结构、强回波平滑方面的影响。

波束宽度调整的实施方案：对天线尺寸进行调整，因为天线尺寸与波束宽度存在一一对应关系。对波束宽度的指标优化评估同时也为天线尺寸的优化评估分析。

(2)天线增益影响分析

天线增益的改变将会对天气雷达的探测性能产生一些影响，具体为：

天线增益变大意味着天线对所发射能量聚集在一个窄的角度范围内的能力变强，将直接导致弱天气目标的回波功率变大，即增强天气雷达对弱回波的探测能力，天气雷达回波图中的面积增大；反之，则削弱了天气雷达对弱回波的探测能力，雷达回波图的面积减小。

技术指标精度分析有：主要分析天线增益对弱回波探测性能的影响，定性和定量分析天线增益的弱回波探测强度和弱回波探测面积变化。

天线增益调整的实施方案：直接对天线增益值进行调整。

(3)第一副瓣电平影响分析

第一副瓣电平的改变将会对天气雷达探测性能产生一些影响，具体为：

A:天线第一副瓣电平的提高将会导致天线在0.5度仰角扫描时地物杂波干扰程度增大，可能导致天气雷达回波面积增大。

B:过高的天线第一副瓣电平将会淹没强天气目标旁边弱天气目标的回波，同时也会产生虚假的强天气目标，这种情况将会减弱雷达对强天气目标旁边弱天气目标探测的能力，使回波图中的强目标区域面积增大，弱天气目标信息丢失。

技术指标精度分析有：主要分析天线第一副瓣电平对低仰角地物杂波面积和强回波附近弱回波探测的影响，定性和定量分析天线增益的低仰角地物杂波面积和强回波附近弱回波探测的变化。

第一副瓣电平调整的实施方案：改变天线波束函数中的第一副瓣电平。

发射机分机的优化评估：

(1)工作频率影响分析

工作频率的改变将会对天气雷达的探测性能产生一些影响，具体为：

工作频率的改变分为中心频率的偏移和中心频率稳定度的变化，两者均会造成回波信号在通过接收机内预先滤波器后输出信号能量的变化，也会造成多普勒频率计算时偏差的增大，最终会降低雷达回波反射率强度和平均径向速度估算的准确性。

技术参数计算精度分析有：定量分析对反射率因子、速度、谱宽的计算误差影响。

工作频率调整的实施方案：调整接收机频率综合器频率稳定度和频率偏移。

(2)发射功率影响

输出功率的改变将会对天气雷达的探测性能产生一些影响，具体为：

输出功率的改变，即在脉冲宽度一定的条件下，所发射电磁波能量将会变化。当输出功率降低时，弱的天气目标回波的返回到天线端的功率将降低，若此功率低于接收机的灵敏度，则天气雷达将无法探测到此目标，即降低了天气雷达对弱天气目标的探测能力，回波边缘处的弱天气目标的面积将变小；反之，若输出功率变大，则天气雷达对弱天气目标的探测能力将变强，回波边缘处的弱天气目标将会显现出来，回波面积增大。

技术参数计算精度分析有：因发射功率变化导致雷达回波信号SNR变化，定量分析对反射率因子、速度、谱宽的计算误差影响。

技术指标精度分析有：定性和定量分析发射功率变化导致的弱回波探测强度和弱回波探测面积变化。

发射功率调整的实施方案：改变发射机中速调管增益、脉冲宽度、脉冲调制器调制电压等。

(3)重复频率影响分析

重复频率(PRF)改变将会对天气雷达的探测性能产生一些影响，具体为：

A:PRF的改变将对雷达的最大不模糊距离和最大不模糊速度范围产生影响。即当PRF变大时，最大不模糊距离变小，而最大不模糊速度范围变大。在回波图中体现为远距离的距离折叠现象严重，而速度模糊现象减轻；反之，若PRF变小时，距离折叠现象减轻，而速度模糊现象变严重。

B:PRF的改变也会影响相参积累脉冲的个数，即当PRF变大时，在波束宽度、天线的转速一定时，可用于积累的脉冲个数将变大。若相参积累个数增大，则输出信号的SNR将变大，回波图的面积变大，弱天气目标将会显现出来；反之，PRF变小，相参积累个数变小，回波面积可能会变小，弱天气目标信息将会丢失。

技术参数计算精度分析有：因重复频率变化导致雷达信号处理脉冲积累个数变化，定量分析对反射率因子、速度、谱宽的计算误差影响。

技术指标精度分析有：定性和定量分析重复频率变化导致的距离和速度折叠现象。

PRF调整的实施方案：改变定时器输出的重复频率。

接收机分机的优化评估：

(1)噪声系数影响分析噪声系数的改变将会对天气雷达的探测性能产生一些影响，具体为：

A:噪声系数的改变将会引起接收机灵敏度的降低；

B:噪声系数的改变也将引起输出信号SNR的降低；

两者将会导致回波图中噪声点的增多，降低雷达对弱天气目标的检测。

技术参数计算精度分析有：因噪声系数变化导致回波信号SNR降低，定量分析对反射率因子、速度、谱宽的计算误差影响。

技术指标精度分析有：定性和定量分析发射功率变化导致的弱回波探测强度和弱回波探测面积变化。

噪声系数的调整实施方案：低噪声放大器的噪声系数。

(2)动态范围影响分析

动态范围的改变将会对天气雷达的探测性能产生一些影响，具体为：

A:动态范围的改变，是接收机从弱信号到强信号线性接收能力。若是接收机的弱信号接收能力变差引起的线性动态范围变差，则此时该情况下动态范围的变化就影响弱信号的检测能力。若是接收机对强信号的饱和幅度变小，则将会动态范围的改变将影响雷达对强信号的线性检测能力。

技术参数计算精度分析有：因动态范围低端和高端变化导致回波弱回波和强回波探测能力变化，定量分析对反射率因子、速度、谱宽的计算误差影响。

技术指标精度分析有：因动态范围低端和高端变化导致回波弱回波和强回波探测能力变化，定性和定量分析发射功率变化导致的强、弱回波探测强度和弱回波探测面积变化。

动态范围调整的实施方案：改变LNA噪声系数使动态范围的低端变化、降低混频器、中频放大器输出饱和电平等。

(3)相位噪声影响分析

相位噪声的改变将会对天气雷达的探测性能产生一些影响，具体为：本振相位噪声差时，混频后中频信号被混频后的干扰信号所淹没，如果本振相位噪声好则信号就能显露出来，只需有一个好的窄带滤波器既可有效的滤出信号。如果本振相位噪声差，即使中频滤波器能够滤除强干扰中频信号，强干扰中频信号的噪声边带仍然淹没了有用信号，使接收机无法接收到弱小信号，尤其对大动态、高选择性的接收机，这种现象很明显。相位噪声的增大将会降低回波强度、平均径向速度探测的准确性和地表杂波抑制效果。

技术参数计算精度分析有：定量分析对反射率因子、速度、谱宽的计算误差影响。

技术指标精度分析有：定性和定量分析发射功率变化导致的弱回波探测强度和弱回波探测面积变化。

相位噪声调整的实施方案：调整频率源本振信号的相位噪声。

此外，所述仿真模块12不仅可以包括用于对仿真的雷达系统(即根据所述雷达仿真平台11搭建的雷达系统)进行性能优化评估的性能优化评估仿真子模块121，还可以包括IQ信号仿真子模块和/或基数据生成子模块；

其中，IQ信号仿真子模块，用于根据所述雷达仿真平台11搭建的雷达系统进行端到端IQ信号仿真，并将仿真结果提供给用户。

基数据生成子模块，用于根据所述雷达仿真平台11搭建的雷达系统进行基数据生成，并将仿真结果提供给用户。

在具体实现时，用户在打开进入性能优化评估仿真系统后，可以显示天气雷达系统性能优化评估仿真，端到端IQ信号仿真和基数据生成三大功能模块界面与功能实现部分。

雷达仿真平台11创建雷达组件、雷达分机和雷达系统过程如图2所示，最小可见单位为组件，该组件对应雷达系统国家级可更换单元，这组件在实现时由更小电路或行为级模块，但不可见。雷达分机由雷达组件按照组件到分机连接框图构建，雷达系统再由分机系统构建。

由天气雷达分机到天气雷达系统：

天气雷达分机主要包含雷达发射机分机、雷达天馈线及伺服(包括天线分机、馈线分机、伺服分机)、目标环境、雷达接收机分机、信号处理分机及数据显示终端。本发明实施例的雷达仿真平台由雷达分机组成天气雷达系统的过程如图3所示。其中，目标环境不对应硬件系统单位，但在软件中，其对应一个分机单元。

在本发明实施例的系统软件界面上，当雷达型号确定后，将显示各个雷达分机连接到雷达系统的示意图。并且，可以对雷达分机的主要参数指标进行更改和设置。用户可以点击雷达分机对应的图标，进入雷达分机内部雷达组件的分析与信号跟踪。

由天气雷达组件到天气雷达分机：

本发明实施例的雷达仿真平台可以使用雷达组件构建本发明实施例的发射机分机，其中，构建的发射机分机可以为CINRAD/SA雷达系统的发射机分机、CINRAD/CA雷达系统的发射机分机。

本发明实施例的每个雷达组件对应国家级可更换单元。在发射机分机组建完成后，当在软件界面点击发射机分机时，软件呈现发射机分机中所包括的各个雷达组件的连接图。

其中，由于发射机所包括的硬件以及功能都是已知技术，而本发明实施例的方法则是利用雷达组件来对发射机的已知结构和功能进行模拟，从而构建能够实现不同雷达系统的发射机功能的发射机分机。

本发明实施例的雷达仿真平台可以使用雷达组件构建本发明实施例的接收机分机，其中，构建的接收机分机可以为CINRAD/SA雷达系统的接收机分机、CINRAD/CA雷达系统的接收机分机。

其中，由于接收机所包括的硬件以及功能都是已知技术，而本发明实施例的方法则是利用雷达组件来对接收机的已知结构和功能进行模拟，从而构建能够实现不同雷达系统的接收机功能的接收机分机。

本发明实施例的雷达仿真平台还可以使用雷达组件构建本发明实施例的天馈线，该天馈线可以为CINRAD/SA雷达系统的天馈线分机、CINRAD/CA雷达系统的天馈线分机。

在天馈线分机组建完成后，当在软件界面点击CINRAD/SA雷达系统的天馈线分机时，软件呈现CINRAD/SA雷达系统的天馈线分机中其所包括的各个雷达组件的连接图；当在软件界面点击CINRAD/CA雷达系统的天馈线分机后，软件呈现CINRAD/CA雷达系统的天馈线分机中其所包括的各个雷达组件的连接图。

其中，由于天馈线所包括的硬件以及功能都是已知技术，而本发明实施例的方法则是利用雷达组件来对天馈线的已知结构和功能进行模拟，从而构建能够实现不同雷达系统的天馈线功能的天馈线分机。

雷达分机可以以雷达分机库的形式存储，如CINRAD/SA雷达系统的发射机分机库。本发明实施例可以由雷达组件库组成CINRAD/SA,CINRAD/CA,的各个分机系统。因为雷达型号固定，雷达分机组成也固定，软件把这些分机当作固定库保存在库，当雷达型号选择后，软件直接调用这些分机库，再由这些分机组成对应型号和体制的雷达系统，在一个实施例中，图4示出了本发明实施例的雷达库的组成成分的示意图。

图5示出了本发明实施例的发射机分机的组件库，包括放大链组件库1001、电源组件库1002、调制器组件库1003、其他组件库1004；其中，每个组件库中所包含的组件如图5所示，这里不再赘述。

其中，调制器组件库1003中的雷达组件使用ADS进行电路级仿真，其他发射机分机的组件库中的雷达组件都为行为级仿真。

图6示出了本发明实施例的接收机分机的组件库，包括主信号通道组件库1101和测试通道组件库1102；其中，每个组件库中所包含的组件如图6所示，这里不再赘述。其中，低噪声放大器组件使用ADS进行电路级仿真，接收机分机的组件库中其他示出的雷达组件都为行为级仿真。

图7示出了本发明实施例的天馈线组件库，包括天线组件库1201和馈线组件库1202；其中，每个组件库中所包含的组件如图7所示，这里不再赘述。其中，天馈线组件库中每个组件都为行为级仿真。

图8示出了本发明实施例的信号处理分机的组件库，包括质量控制组件库1301、脉冲压缩组件库1302和基数据生成组件库1303；其中，每个组件库中所包含的组件如图8所示，这里不再赘述。

图9示出了本发明一个实施例的目标环境模拟分机的组件库，包括发射信号库1401、杂波组件库1402、目标模型组件库1403和传输损耗模块组件库1404；其中，每个组件库中所包含的组件如图9所示，这里不再赘述。

目标环境模拟分机的组件库主要实现脉冲调制信号、双PRF信号、地物杂波、超折射杂波、层状云降水模型、对流云降水模型、降雨衰减模型及双程大气衰减模型。

图10示出了本发明实施例的数据显示终端的组件库，包括雷达显示组件库1501和数据转换组件库1502；其中，每个组件库中所包含的组件如图10所示，这里不再赘述。

本发明实施例的性能优化评估仿真系统的软件在Windows系统下开发，支持Windows各个版本。选用Microsoft公司的Visual C++、安捷伦公司的SystemVue和射频电路级仿真软件ADS共同开发。

使用Visual C++开发软件实现上述仿真平台和功能界面；使用systemVue实现雷达组件、分机及系统仿真的行为级仿真，使用ADS软件实现发射机调制器、接收机低噪声放大器的电路级仿真。

SystemVue与Visual C++提供相互调用或控制接口，由Visual C++作为主控软件，对整个仿真流程进行控制、调度和关键参数传递。SystemVue与ADS提供相互调用接口，由SystemVue调用ADS软件建立的组件。

综上，本发明实施例的该性能优化评估仿真系统具有集成性、易用性和开放性。

1)集成性：天气雷达仿真系系统将做到雷达系统、雷达分机、雷达组件三级。以组件为基本单元，通过组件构建分机系统，以分机系统构建雷达系统。软件是一个平台，用户通过平台可灵活编辑与构建不同的组件、分机和雷达系统。

2)易用性：系统将做到简单、实用、人性化，将充分考虑用户的直观感受，充分展示雷达系统的仿真性能等。通过应用集成、软件相互调用、数据集成等；用户界面友好，实现统一应用界面、统一用户管理，并且满足个性化信息服务的需要。

3)开放性：模块与模块之间、内部系统与系统之间、与外部系统之间都留有开放的规范接口。

性能优化评估仿真系统能节约新型天气雷达设备研究和升级中的费用，缩短研究和硬件升级的时间，提供基数据的理论真值，并对不同天气雷达厂家数据处理算法的准确性、可靠性进行判断，针对性地测试天气雷达的性能指标，发现天气雷达系统中可能存在的问题。

需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种天气雷达的性能优化评估仿真系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种天气雷达的性能优化评估仿真系统，其特征在于，包括：

雷达仿真平台和仿真模块；

所述雷达仿真平台，用于对不同型号的雷达系统的硬件进行搭建，供所述仿真模块运行；

其中，所述雷达仿真平台管理的硬件包括雷达组件、雷达分机和雷达系统；

其中，多个雷达组件构成雷达分机；多个雷达分机构成雷达系统；

其中，所述雷达分机包括：

发射机分机、接收机分机、天线分机；

多个雷达组件的不同组合构成不同的雷达分机，多个雷达分机的不同组合构成不同型号的雷达系统；

所述雷达系统、雷达分机、雷达组件能够在软件界面上展示给用户，供用户选择搭建；

所述仿真模块，用于对所述雷达仿真平台搭建的雷达系统进行不同功能的仿真，将仿真结果提供给用户；

所述仿真模块包括性能优化评估仿真子模块；

所述性能优化评估仿真子模块，用于对仿真的所述雷达系统进行性能优化评估仿真，将仿真结果提供给用户；

所述性能优化评估仿真子模块包括：

天线优化评估单元，用于根据雷达计算参数的精度和雷达探测性能，对所述天线分机的第一系统性能指标参数进行优化评估；

发射机优化评估单元，用于根据雷达参数计算精度和雷达探测性能，对所述发射机分机的第二系统性能指标参数进行优化评估；

接收机优化评估单元，用于根据雷达计算参数的精度和雷达探测性能，对所述接收机分机的第三系统性能指标参数进行优化评估。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述第一系统性能指标参数至少包括以下之一：

波束宽度、天线增益、第一副瓣电平、扫描速度；

所述第二系统性能指标参数至少包括以下之一：

工作频率，发射功率、脉冲宽度、重复频率；

所述第三系统性能指标参数至少包括以下之一：

噪声系数、动态范围、相位噪声及中频带宽。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述雷达仿真平台还用于管理雷达库，所述雷达库包括雷达组件库和对应不同型号的雷达系统的多个雷达分机库；

其中，所述雷达组件库包括多个雷达组件；

每个所述雷达分机库包括构成相应型号的雷达系统的多个雷达分机。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述雷达仿真平台预先配置有组件创建接口和组件封装接口；

其中，所述组件创建接口，用于新建雷达组件；

所述组件封装接口，用于根据用户对所述雷达仿真平台的操作对多个雷达组件进行封装，得到雷达分机。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述仿真模块，还用于根据用户对目标型号的雷达系统的选择操作，调用所述雷达仿真平台搭建的目标型号的雷达系统，显示所述目标型号的雷达系统的系统参数。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述不同型号的雷达系统包括：

CINRAD/SA雷达系统，CINRAD/CA雷达系统。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述雷达分机包括：

发射机分机、接收机分机、天伺分机、信号处理分机、数据显示终端和目标环境模拟分机；

其中，所述目标环境模拟分机，用于模拟的环境包括以下至少之一：天气回波、杂波、异常回波、电磁波散射、电磁波衰减。