CN108761407A - 天气雷达仿真系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种天气雷达仿真系统，该系统包括：雷达仿真平台和仿真模块；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，供仿真模块运行；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；多个雷达组件构成雷达分机；多个雷达分机构成雷达系统；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；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；仿真模块，用于对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。本发明能够对不同型号的天气雷达系统仿真，从而降低天气雷达设备技术研发/升级成本，以及缩短硬件升级的周期。

Description

天气雷达仿真系统
技术领域
本发明涉雷达仿真技术领域，特别是涉及一种天气雷达仿真系统。
背景技术
随着日益增长的气象服务需要，新一代天气雷达作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、升级成本较高，且研究时间和升级周期较长。
发明内容
本发明提供了一种天气雷达仿真系统，以解决天气雷达设备技术研发和升级成本较高，以及研究时间和升级周期较长的问题。
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；
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。
与现有技术相比，本发明包括以下优点：
本发明的天气雷达仿真系统能够对不同型号的天气雷达系统进行仿真，从而降低天气雷达设备的技术研发和升级成本，并缩短新型天气雷达设备的研究时间和硬件升级的周期。
附图说明
图1是本发明的一种天气雷达仿真系统实施例的结构框图；
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。
如图1所示，示出了本发明实施例一种的天气雷达仿真系统的结构框图，该天气雷达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，本发明实施例构建的雷达系统还可以包括现有技术中已知的其他型号的雷达系统，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，但本发明实施例的天气雷达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，则用于细化天气雷达仿真系统的功能。
所述仿真模块12可以包括性能优化评估仿真子模块，和/或，IQ信号仿真子模块，和/或，基数据生成子模块等；
所述性能优化评估仿真子模块，用于对根据所述雷达仿真平台11搭建的雷达系统(即仿真的雷达系统)进行性能优化评估仿真，将仿真结果提供给用户；
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，用户在打开进入天气雷达仿真系统后，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。
本发明实施例的天气雷达仿真系统的软件在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，本发明实施例的该天气雷达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。
天气雷达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，从而简化雷达出现故障的排查工序，使得雷达故障易于复现。
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 (6)

1.一种天气雷达仿真系统，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；
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。
2.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。
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。
4.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。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述仿真模块包括：
性能优化评估仿真子模块，和/或，IQ信号仿真子模块，和/或，基数据生成子模块；
所述性能优化评估仿真子模块，用于对根据所述雷达仿真平台搭建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；
所述IQ信号仿真子模块，用于根据所述雷达仿真平台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；
所述基数据生成子模块，用于根据所述雷达仿真平台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。
6.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。
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