CN110095760A - 一种气象雷达的测试装置和方法 - Google Patents

一种气象雷达的测试装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种气象雷达的测试装置，属于气象探测技术领域。所述装置包括显示控制模块、微波链路模块、基带处理模块、数据生成和对比模块，所述装置通过收集或模拟真实天气下气象雷达的回波基数据，对该回波基数据进行反演获得I/Q信号或直接采集I/Q数据，在需要进行测试时，将所述I/Q信号进行上变频处理，射频输出注入待测试雷达，并接收待测雷达反馈的回波基数据，与输入的回波数据进行对比分析，硬件设备进行信号处理、发送和接收，结合软件进行设备调控、数据分析，从而对待测雷达的性能进行准确、便捷的测试，获得符合实际应用环境的测评结果。

Description

一种气象雷达的测试装置和方法
技术领域
本发明属于气象探测技术领域，特别是涉及一种气象雷达的测试装置和方法。
背景技术
我国是气象灾害频发的国家，种类多、突发性强，尤其进入新世纪以来，随着国民经济和社会的快速发展，气象灾害对经济建设和人民生活造成的损害和影响与日俱增，严重制约了我国经济的可持续发展。为防御和减轻气象灾害，提高灾害性天气的监测预警能力和预报水平，从上世纪90年代后期，我国开始建设气象雷达，一种工作在30～3000兆赫频段的气象多普勒雷达来进行天气监测，气象雷达在突发性、灾害性的监测、预报和警报中具有极为重要的作用。
但是气象雷达在出厂或者现场验收时，受限于具体的天气条件，只能采用标准的仪器仪表对雷达分系统的指标进行分析评估，缺乏结合具体的天气过程，对整个接收机、信号处理算法和产品算法等进行系统的评估和验证手段，因此，气象人员不能对气象雷达的实际性能进行准确的测试评估。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种气象雷达的测试装置，对接收机系统参数、信号处理算法、产品算法等进行测试验证，旨在通过仿真手段使业务人员熟悉并掌天气雷达工作原理、为信号处理算法提供有效检验手段，提升对天气雷达的使用和综合保障能力，促进新技术的发展，缩短新技术业务化的成果转化时间。
依据本发明的第一方面，提供了一种气象雷达的测试装置，该装置可以包括：
显示控制模块，用于向工作人员展示相应的控制界面，并根据工作人员的操作向各模块发送相应的指令，对各模块进行独立控制。
基带处理模块，用于存储所述I/Q信号，并将所述I/Q信号上变频至中频回放至所述微波链路模块。
微波链路模块，用于对I/Q信号进行上变频处理获得射频信号，将所述射频信号回放至所述待测雷达的接收通道。
数据生成和对比模块，用于获取标准回波基数据，并对所述标准回波基数据进行反演获得所述I/Q信号，将所述I/Q信号存储在基带处理模块中，以及用于获取所述待测雷达针对所述I/Q信号反馈的测试回波基数据，并对所述标准回波基数据以及测试回波基数据进行分析，获得分析结果。
依据本发明的第二方面，提供一种气象雷达的测试方法，该方法可以包括：
接收工作人员在控制界面输入的实验参数；所述实验参数包括工作频率、输出功率和波形选择；所述工作频率包括C波段、S波段和X波段；
根据所述实验参数，对I/Q信号进行上变频处理，获得射频信号；
将所述射频信号注入待测雷达，并接收所述待测雷达反馈的测试回波基数据；
对所述测试回波基数据进行分析，将所述分析的结果显示在控制界面上。
针对现有技术，本发明具备如下优点：
本发明通过收集或模拟真实天气下气象雷达的回波基数据，对该回波基数据进行反演获得I/Q信号，在需要进行测试时，将所述I/Q信号进行上变频处理，射频输出注入待测试雷达，并接收待测雷达反馈的回波数据，与反演前的回波数据进行对比分析，硬件设备进行信号处理、发送和接收，结合软件进行设备调控、数据分析，从而对不同待测雷达的性能进行统一、准确、便捷且符合实际应用环境的测评结果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文可选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出可选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种气象雷达的测试装置的结构框图；
图2是本发明实施例提供的一种气象雷达的测试装置的硬件结构示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种气象雷达的测试装置的结构框图；
图4是本发明实施例圆锥扫描情况下几何关系示意图；
图5是本发明实施例中标准回波基数据与测试回波基数据同一径向的反射率因子强度对比图；
图6是本发明实施例中标准回波基数据与测试回波基数据同一径向的反射率因子强度对比散点分布图；
图7是本发明实施例中不同仰角的反射率因子和平均径向速度的频次统计直方图；
图8是本发明实施例中标准回波基数据和测试回波基数据最小可探测反射率因子对比曲线图；
图9是本发明实施例提供的一种气象雷达的测试方法步骤流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例一
图1是本发明实施例提供的一种气象雷达的测试装置100的结构框图，如图1所示，该装置可以包括显示控制模块101、基带处理模块102,、微波链路模块103、数据生成和对比模块104，其中图2为所述一种气象雷达测试装置100的硬件结构示意图，如图2所示，所述装置的硬件结构可以包括：
显示控制模块101，用于向工作人员展示相应的控制界面，并根据工作人员的操作向各模块发送相应的指令，对各模块进行独立控制。
本发明实施例中，显示控制模块通过核心控制芯片运行主控软件，实现工作人员交互、参数配置加载、状态检测显示等等。工作人员通过在显示控制模块的操作，来向其他各模块发送指令，并独立控制各模块间的运作。
本发明实施例中，将获得回波数据、反演转化射频输出的过程称为仿真过程，显示控制模块主要用于在仿真前进行系统工作状态及相关参数的设置，仿真中的实时数据显示以及仿真后的测试评估和分析结果的显示。
本发明实施例中，显示控制模块的软件结构向工作人员提供操作界面，并接收工作人员的具体操作。根据工作人员的具体操作，向各模块发送控制指令，使其可独立工作或者相互协调同时工作，并显示工作状态，进行各种内外部数据交互及控制功能。
基带处理模块102，用于存储所述I/Q信号，并将所述I/Q信号上变频至中频回放至所述微波链路模块。
本发明实施例中，基带处理模块为系统的核心，用于将数字仿真生成的零中频回波基数据或采集的回波基数据上变频到中频产生待测雷达的回波，同时还用于存储数字仿真的零中频回波基数据或外场录制的回波基数据。
本发明实施例实际应用中上述模块之间可以通过底板PCIE总线互联通信，出于硬件实际选择或其他因素的考虑，本领域技术人员可采用其他通信方式，本发明对此不做具体限定。
微波链路模块103，用于对I/Q信号进行上变频处理获得射频信号，将所述射频信号回放至所述待测雷达的接收通道。
本发明实施例中，当接收到仿真的指令时，微波链路模块负责将根据工作人员预设的参数，即回波频率、功率等对I/Q信号进行上变频处理，将I/Q信号调整到待测雷达接收的频段、功率、方位等，再将所述I/Q信号注入待测雷达，进行测试。
在实际应用中，微波链路模块的硬件结构可以采用微波模块来实现上变频功能和功率调整功能，通过微波模块实现一路0.1～1.1G中频至一路C、S和X段射频信号上变频和功率调整功能，其内部可以集成内部已集成变频本振电路，并以外部输入10～320MHz信号作为外同步参考源，还可以和其他电子设备进行参考信号同步，能提供1路时钟信号，输出1路100M信号，微波模块能够支持多种接口，实现更加准确、多样的信号频率转化，使该测试装置适用于多种雷达的测试。根据具体实际的需求本领域技术人员可以自行选择微波模块实现上述变频功能，本发明对此不做具体限制。
除如图2所示的硬件结构外，本发明是实施例中还包括软件结构中的数据生成和对比模块104：
数据生成和对比模块104，用于获取标准回波基数据，并对所述标准回波基数据进行反演获得所述I/Q信号，将所述I/Q信号存储在基带处理模块中，以及用于获取所述待测雷达针对所述I/Q信号反馈的测试回波基数据，并对所述标准回波基数据以及测试回波基数据进行分析，获得分析结果。
本发明实施例中，数据分析和对比模块是软件结构的一部分，通过数据生成和对比模块能够获取已有的，或根据现有的数据进行模拟(即标准回波基数据)的台风、冰雹、层状云亮带、飑线、特大暴雨、超折射、地物杂波、同频干扰等不同天气过程的标准回波基数据，并将获得的标准回波基数据进行反演，获得零中频的I/Q信号(基带)，通过网络或其他传输方式送入装置的硬件系统中存储。并且，在待测雷达(即测试回波基数据)根据I/Q信号产生测试回波基数据后，硬件系统接收测试回波基数据并返回给数据分析和对比模块，数据分析和对比模块将测试回波基数据与标准回波基数据进行对比分析，获得分析结果，对待测雷达的性能进行评估。
本发明实施例通过收集或模拟真实天气下气象雷达的回波基数据，对该回波基数据进行反演获得I/Q信号，在需要进行测试时，将所述I/Q信号进行上变频处理，射频输出注入待测试雷达，并接收待测雷达反馈的回波数据，与反演前的回波数据进行对比分析，硬件系统进行信号处理、发送和接收，结合软件系统进行设备调控、数据分析，从而对不同待测雷达的性能进行统一、准确、便捷且符合实际应用环境的测评结果。
实施例二
图3是本发明实施例提供的一种气象雷达测试装置200的结构框图，如图3所示，所述装置可以包括：
显示控制模块201，用于向工作人员展示相应的控制界面，并根据工作人员的操作向各模块发送相应的指令，对各模块进行独立控制。
可选地，所述显示控制模块包括：
自检子模块2011，用于在接收自检指令后，对所述装置进行自检，并将所述自检的结果显示在控制界面上。
本发明实施例中，为了保证测试装置流畅运行，测试结果准确，在实际使用过程中可以先进行自检，以保证系统各模块都能够正常的执行各自的功能。要进行自检，工作人员首先在控制界面的中选择自检，在接收到工作人员的操作后，软件系统根据工作人员的操作向各模块发送自检指令，在自检结束后，将自检结果回传，对自检结果进行分析，并将分析结果显示在显示界面上。
参数设置子模块2012，用于接收工作人员对工作频率、输出功率、波形选择实验参数的设置。
本发明实施例中，对于不同的气象雷达测试时，由于其机能不同，因此对于具体测试数据的参数也要进行具体设置，工作人员在显示界面选择参数设置的选项，然后在参数设置的界面选择或输入具体的参数数值或参数类型，例如对工作频率、输出频率和波形选择进行设置，从而保证待测雷达能够准确无误的接收仿真后的射频信号，并作出诚实的反馈。
本发明实施例中，在工作人员设置实验参数后，可以选择对本次设置的实验参数进行存储，以备下一次使用，这样在下一次测试时，只需要调用本次的数据存储即可，无需每次测试前都进行参数设置。
信号仿真子模块2013，用于在接收到工作人员需求信号仿真的操作后，发出信号仿真指令后控制其他各模块根据所述实验参数进行I/Q信号仿真并协作输出所述射频信号。
本发明实施例中，工作人员可以根据需求选择信号仿真模式，在该模式下系统发送信号仿真指令至基带处理模块和微波链路模块，根据工作人员预先设置或本地存储的实验参数，将存储的标准回波基数据(I/Q信号)最终转化为射频信号输出至待测雷达。
数据对比分析结果显示子模块2014，用于将所述数据生成和对比模块对于标准回波基数据与测试回波基数据的对比分析结果显示在控制界面上。
本发明实施例中，待测雷达在接收到射频信号后，会根据射频信号反馈测试回波基数据，硬件系统接收该测试回波基数据，并将测试回波基数据返回给软件系统，在软件系统对比分析时，将分析的过程与分析结果显示在控制界面上，或者仅对分析结果进行显示，以供工作人员获得测试结果，了解待测雷达的实际情况。
基带处理模块202，用于存储所述I/Q信号，并将所述I/Q信号上变频至中频回放至所述微波链路模块。
所述基带处理模块202包括：
存储子模块2021，用于存储从数据生成和对比模块获取的所述I/Q信号。
本发明实施例中，存储子模块用于存储从数据生成和对比模块获取的所述I/Q信号，当基带处理模块接收到信号回放的指令时，将所述I/Q信号传递至回放子模块进行处理。
回放子模块2022，用于在接收到启用回放模式的指令时，将所述I/Q信号上变频至中频回放至微波链路模块。
本发明实施例中，回放子模块获得的I/Q信号是零中频的I/Q信号，因此，回放子模块需要先对I/Q信号上变频至中频，然后回放至微波链路模块进行后续处理。
微波链路模块203，用于对I/Q信号进行上变频处理获得射频信号，将所述射频信号回放至所述待测雷达的接收通道。
可选地，所述微波链路模块203包括：
C波段上变频子模块2031，用于将所述I/Q信号上变频至C波段射频和功率调整。
S波段上变频子模块2032，用于将所述I/Q信号上变频至S波段射频和功率调整。
X波段上变频子模块2033，用于将所述I/Q信号上变频至X波段射频和功率调整。
本发明实施例中，微波链路模块可对I/Q信号进行上变频处理，根据不同待测雷达的需求，可以分别进行上变频至C波段、S波段、X波段射频和功率调整，根据实际使用需求，本领域技术人员可以增加或减少频道的种类或数目，本发明对此不作具体限定。
数据生成和对比模块204，用于获取标准回波基数据，并对所述标准回波基数据进行反演获得所述I/Q信号，将所述I/Q信号存储在基带处理模块中，以及用于获取所述待测雷达针对所述I/Q信号反馈的测试回波基数据，并对所述标准回波基数据以及测试回波基数据进行分析，获得分析结果。
所述数据生成和对比模块204包括：
典型天气过程基数据模拟子模块2041，用于根据预设算法对典型天气的特征数据进行模拟，获取所述标准回波基数据。
本发明实施例中，获得标准回波基数据可以由数据生成和对比模块根据现有的数据进行模拟得到，如下表1所示
表1典型天气流场的强度、速度规定
序号 数据类型
1 强度随径向距离均匀变化
2 风向风速均不随高度变化的多普勒速度图像
3 风速随高度变化，风向不变的多普勒速度图像
4 风向随高度变化，风速不变的多普勒速度图像
通过典型天气过程基数据模拟，可以获得上述四类典型天气流场回波，首先用初始强度和变化率两个参数对回波强度进行建模：
Z＝Z0+k·r (1)
其中Z0是初始强度值，即地面雷达站处的回波强度，单位为dBZ，k是强度的变化率，单位为dBZ/m。接下来对径向速度进行模拟，在雷达的PPI(Plan Position Indicator，平面显示器)扫描方式中雷达天线通常显示在屏幕中心，物标回波能以同心圆显示。在雷达气象观测中以极坐标的形式显示雷达天线以一定仰角扫描一周时，测站周围目标物的分布情况及其回波强度，径向速度为径向风速实际上是对应探测点上的风场矢量在径向上的投影，因此仿真径向图首先要对集中典型天气流场的风场矢量建模。圆锥扫描情况下几何关系如图4所示。假设雷达与某个探测点之间矢径为探测点上的风速为则探测点上的径向多普勒速度为：
其中是雷达扫描到某一径向的单位矢径，可以表示为：
式中，是探测点处的风速，γ和η分别是风矢量与水平面和X轴的夹角。假设某一时刻雷达圆锥扫描到某一径向，此径向的单位矢量为：
式中，α和φ分别是圆锥扫描径向的仰角和方位角。据此根据式2可以求出径向速度为:
上述对典型天气过程的模拟方法只是一种举例，本领域技术人员也可以通过其他方法基于现有的数据对上述典型天气过程进行模拟，或者根据测试需求，对其他典型天气过程进行模拟，扩大测试范围，进一步提升测试装置的实用范围及便捷性，省略了数据收集的繁琐，也避免了各种其他环境因素的影响。
典型天气过程基数据收集子模块2042，用于收集实际标准雷达对实际天气反馈的回波基数据，获取所述标准回波基数据。
本发明实施例中，也可以通过收集典型天气过程实际的基数据，如收集台风、龙卷气旋、冰雹、层状云亮带、飑线、特大暴雨、超级单体、多个超级单体、降雪、二次回波、同频干扰、地物杂波回波、超折射回波、海浪回波、昆虫回波、速度模糊等天气雷达回波数据，从而获得标准回波基数据。由于收集的回波基数据是实际天气过程中雷达探测产生的，因此，能够显著提高标准回波基数据对实际情况反应的准确性，也使得对待测雷达测试的结果更具有说服力。
本发明实施例中，由于在收集实际典型天气过程基数据的过程中，有可能受到环境中其他形式或其他来源的回波干扰，因此可以实行时域和频域地物杂波抑制、退速度及退距离模糊等基本数据生成及数据质量控制功能，通过对回波基数据的质量控制，进一步提高测试结果的准确性。
本发明实施例中，由于不同的雷达可能有不同的检测要求，对于环境中既有的I/Q信号也需要进行检测，可选地，可以通过接收机将回波信号与本振信号进行混频，再经过中频放大及滤波、线性放大和同步检波后得到I/Q信号，由于I/Q信号中包含有回波的振幅和相位信息，故可由I/Q信号计算出目标的回波强度及速度等信息，从而得到其回波数据，以适应不同雷达的要求获得更好的检测结果。
I/Q信号仿真子模块2043，用于对所述标准回波基数据进行反演，获得所述I/Q信号。
本发明实施例中，当标准回波基数据是通过现有数据模拟得来的时候，即模拟数据，I/Q仿真是以粒子散射模型为基础，模拟射频信号、粒子散射、接收及下变频至零中频得到I/Q信号。当标准回波基数据是收集的实际天气过程产生的气象回波时，I/Q仿真是以是以实际天气基数据模拟基带信号，并进行调制发射、接收、下变频至零中频得到I/Q信号。
1)由于绝大多数气象目标的功率谱服从高斯谱分布，故设气象回波的功率谱密度函数为Pn(f)，则
f＝-PRF/2+k·PRF/N(k＝0,1,2…N-1) (8)
其中，pr为回波的功率，fd为多普勒频率，δf为频率标准差，PRF为脉冲重复频率，N为样本个数。
由气象雷达方程及相关理论可知
pr＝CZ/r2 (9)
fd＝2vr/λ (10)
δf＝2δv/λ (11)
其中，C为雷达常数，只与雷达系统的参数有关；Z为反射率因子；r为气象目标与雷达站的径向距离。vr、δv分别为径向速度和速度谱宽；λ为雷达发射电磁波波长。
在雷达基数据逆变IQ序列过程中，由已知的基本数据Z、vr、δv，可根据(9)(10)(11)式计算出构建功率谱所需的三个参数pr，fd，δf，因此再根据(6)(7)(8)式便可计算出Pn(f)。
2)为了得到回波信号的频谱特征，需要在Pn(f)中引入在0～2π变化的随机相位谱则
其中，随机变量rnd在区间[0,1]上具有均匀分布，rndmax为rnd中的最大值。
3)由(1)、(2)可以构建出回波信号的功率谱函数及随机相位谱函数，则回波信号的频谱函数Sn(f)为
4)由(3)已经构建了回波信号的频谱函数，则对Sn(f)进行离散傅里叶逆变换(IDFT)得到对应的时间序列s(t)，其中In、Qn分别与雷达正交接收机的I通道、Q通道的值。
s(t)＝IDFT[Sn(f)]＝In+j·Qn (14)
经过以上四个步骤就可完成从标准回波基本数据到I/Q信号的逆变，获取的I/Q信号便可以在待测雷达运行时对待测雷达进行实时的标定。
本发明实施例中，上述进行反演的方法仅为最可选的方案，本领域技术人员可选用其他的方法进行数据反演逆变，获得I/Q信号，本发明对此不做限制。
数据对比分析子模块2044，用于对标准回波数据与测试回波数据进行回波结构、数据一致性与数据差异性的对比分析，或对多个待测雷达基于同一所述标准回波基数据反演的所述I/Q信号反馈的多个测试回波数据进行对比分析。
本发明实施例中，在获得待测雷达根据I/Q信号反馈的测试回波基数据，即真实数据后，对标准回波基数据与测试回波基数据，即模拟数据与真实数据进行对比分析，从而准确评估待测雷达的性能。具体地，包括对回波结构、数据一致性与数据差异性等进行对比。
具体应用中，对回波结构进行对比为将同一待测雷达的标准回波基数据与测试回波基数据，同一过程、同一时间和同一仰角的PPI图进行对比，将两幅PPT图进行重叠后可直观对比两数据的获取回波结构的面积大小的差异，在重叠回波面积对比图中将两数据各自探测到的目标以不同的形式标出，从而对比两数据各自发现目标的能力。
具体应用中，对数据一致性进行对比时，以测试回波基数据为标准，分别对标准回波基数据单个径向、整片回波区域的反射率因子强度和探测数据的一致性进行描述。针对天气回波的径向进行定量分析，可分别绘制标准回波基数据和测试回波基数据在回波区域同一径向上提取的反射率因子、平均多普勒速度和速度谱宽随距离变化图，以图5为例，图5是标准回波基数据与测试回波基数据同一径向的反射率因子强度对比图，可选地，可以采用散点图的形式体现探测数据的一致性，对测试回波基数据和标准回波基数据在对角线附近的散落程度，即可判断数据的集中区间，以图6为例，图6是标准回波基数据与测试回波基数据同一径向的反射率因子强度对比散点分布图。
为了对测试回波基数据准备率的估计，可以选取两数据在低仰角进行扫描时无波束遮挡的区域，如表2仅选取回波强度在19dBz以上，方位角范围315°～360°和0°～90°且距离在20-100Km之内的回波区域进行探测准确率的分析。
表2对标准回波基数据和测试回波基数据强度探测准确率统计表
速度值探测准确率表示标准回波基数据与测试回波基数据在探测同一天气目标时速度值近似一致(数据差值小于3m/s)的点数与两数据获取到的总回波点数之比。由于雷达在扫描时可能存在波束遮挡的问题，所以可以选取方位角范围0°～270°和315°～360°且距离在20-50Km之内的回波区域进行分析，统计速度探测准确率，如表3所示。
表3气象雷达速度探测准确率统计表
具体应用中，对数据差异性进行对比时，可以选取标准回波基数据与测试回波基数据中，能获取有效数据的回波重叠区域进行偏差统计。以测试回波基数据的反射率因子数据为基准，分别利用公式计算两数据反射率因子差的平均值Dz和标准偏差σz。
其中Z1和Z2分别为两数据回波重叠区域的有效反射率因子，单位dBZ，n为回波重叠区域中有效像素点数。Dz是反射率因子测量偏差曲线重心的位置，测量偏差围绕平均值取值。σz表示偏差的离散程度，标准偏差越大表明两数据的反射率因子差值分布越不集中，为了更加直观的表示于不同强度范围内的回波数据在回波点数量上差异性，可作反射率因子、平均径向速度和速度谱宽等基本数据的频数统计直方图，图7是不同仰角的反射率因子和平均径向速度的频次统计直方图，如图7所示。
可选地，本发明实施例还可以对待测雷达弱天气目标探测能力进行评估，弱天气目标探测能力是气象雷达性能的重要指标之一。对于标准回波基数据和测试回波基数据的反射率因子数据而言，可利用统计分析的手段寻找各自在同一距离处360度方位内雷达可探测的最小反射率强度值。将标准回波基数据和测试回波基数据最小可探测反射率因子对比曲线绘制如图8所示，图8中包括由雷达性能参数计算的探测能力理论值曲线、测试回波基数据和标准回波基数据的探测能力曲线。
本发明实施例中，除上述对比分析外，本领域技术人员还可以通过对比标准回波基数据与测试回波基数据对待测雷达其他性能进行测定，本发明对具体用于测评待测雷达的指标不做限定。
本发明实施例中，通过上述测定，将测试用的标准回波基数据作为评价标准，和待测雷达根据模拟信号返回的测试回波基数据进行对比，以准确评估待测雷达的算法，同时通过使用基数据产生天气回波，定期注入设定的射频微波信号，可以对雷达接收机的性能指标(如接收机灵敏度、接收机动态范围、反射率因子精度、速度精度等)指标进行测试，判断雷达是否满足《新一代天气雷达系统现场验收测试大纲》指标要求。
可选地，为了保证实际测试过程中的数据准确性，在微波链路模块202之前，还可以包括：
天线伺服模拟模块，用于模拟天线状态产生伺服信号发送到待测雷达，并接收待测雷达的控制驱动信号获取待测雷达的方位。
本发明实施例中，由于实际应用中，为了保证测试装置发射的信号与雷达反馈的信号处于同一方位，尽可能的减少影响测试结果的因素，可以由天线伺服模拟模块模拟天线状态，产生伺服信号发送至待测雷达，并接收待测雷达根据伺服信号回馈的控制驱动信号，根据该控制驱动信号，天线伺服模拟模块可以获知待测雷达相对于测试装置的方位，根据该方位可以指导射频波信号在发出时的具体方位。本领域技术人员也可以通过其他方法获知待测雷达的方位，本发明对此不做具体限定。
本发明实施例通过收集或模拟真实天气下气象雷达的回波基数据，对该回波基数据进行反演获得I/Q信号，在需要进行测试时，将所述I/Q信号进行上变频处理，射频输出注入待测试雷达，并接收待测雷达反馈的回波数据，与反演前的回波数据进行对比分析，硬件系统进行信号处理、发送和接收，结合软件系统进行设备调控、数据分析，从而对不同待测雷达的性能进行统一、准确、便捷且符合实际应用环境的测评结果。
实施例3
图9是本发明实施例提供的一种气象雷达的测试方法的步骤流程图，如图9所示，所述方法可以包括：
步骤301：接收工作人员在控制界面输入的实验参数；所述实验参数包括工作频率、输出功率和波形选择；所述工作频率包括C波段、S波段和X波段。
可选地，所述步骤301之前，包括：
接收工作人员的自检指令，根据所述自检指令进行自检，并将所述自检的结果显示在控制界面上。
步骤302：根据所述实验参数，对I/Q信号进行上变频处理，获得射频信号。
可选地，所述步骤302包括：
获取标准回波基数据。
对所述标准回波基数据进行反演获得所述I/Q信号。
可选地，所述步骤3021包括：
根据预设算法对典型天气的特征数据进行模拟，获取所述标准回波基数据。
和/或，收集实际标准雷达对实际天气反馈的回波基数据，获取所述标准回波基数据。
步骤303：将所述射频信号注入待测雷达，并接收所述待测雷达反馈的测试回波基数据。
步骤304：对所述测试回波基数据进行分析，将所述分析的结果显示在控制界面上。
所述步骤304包括：
对所述标准回波数据与所述测试回波数据进行回波结构、数据一致性与数据差异性的对比分析，并将所述分析的结果显示在控制界面上。
对于上述方法实施例而言，由于其与装置实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见装置实施例的部分说明即可。
本发明实施例通过收集或模拟真实天气下气象雷达的回波基数据，对该回波基数据进行反演获得I/Q信号，在需要进行测试时，将所述I/Q信号进行上变频处理，射频输出注入待测试雷达，并接收待测雷达反馈的回波数据，与反演前的回波数据进行对比分析，硬件系统进行信号处理、发送和接收，结合软件系统进行设备调控、数据分析，从而对不同待测雷达的性能进行统一、准确、便捷且符合实际应用环境的测评结果。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述气象雷达的测试方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，所述的计算机可读存储介质，可以为只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，简称RAM)、磁碟或者光盘等。
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。
本领域技术人员易于想到的是：上述各个实施例的任意组合应用都是可行的，故上述各个实施例之间的任意组合都是本发明的实施方案，但是由于篇幅限制，本说明书在此就不一一详述了。
在此提供的气象测试方法不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造具有本发明方案的系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的气象雷达测试方法中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (10)

1.一种气象雷达的测试装置，其特征在于，所述装置包括：
显示控制模块，用于向工作人员展示相应的控制界面，并根据工作人员的操作向各模块发送相应的指令，对各模块进行独立控制；
基带处理模块，用于存储I/Q信号，并将所述I/Q信号上变频至中频回放至所述微波链路模块；
微波链路模块，用于对I/Q信号进行上变频处理获得射频信号，将所述射频信号回放至所述待测雷达的接收通道；
数据生成和对比模块，用于获取标准回波基数据，并对所述标准回波基数据进行反演获得所述I/Q信号，将所述I/Q信号存储在基带处理模块中，以及用于获取所述待测雷达针对所述I/Q信号反馈的测试回波基数据，并对所述标准回波基数据以及测试回波基数据进行分析，获得分析结果。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述显示控制模块包括：
自检子模块，用于在接收自检指令后，对所述装置进行自检，并将所述自检的结果显示在控制界面上；
参数设置子模块，用于接收工作人员对工作频率、输出功率、波形选择实验参数的设置；
信号仿真子模块，用于在接收到工作人员需求信号仿真的操作后，发出信号仿真指令后控制其他各模块根据所述实验参数进行I/Q信号仿真并协作输出所述射频信号；
数据对比分析结果显示子模块，用于将所述数据生成和对比模块对于标准回波基数据与测试回波基数据的对比分析结果显示在控制界面上。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述微波链路模块包括：
C波段上变频子模块，用于将所述I/Q信号上变频至C波段射频和功率调整；
S波段上变频子模块，用于将所述I/Q信号上变频至S波段射频和功率调整；
X波段上变频子模块，用于将所述I/Q信号上变频至X波段射频和功率调整。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述基带处理模块包括：
存储子模块，用于存储从数据生成和对比模块获取的所述I/Q信号；
回放子模块，用于在接收到启用回放模式的指令时，将所述I/Q信号上变频至中频回放至微波链路模块。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述数据生成和对比模块包括：
典型天气过程基数据模拟子模块，用于根据预设算法对典型天气的特征数据进行模拟，获取所述标准回波基数据；
典型天气过程基数据收集子模块，用于收集实际标准雷达对实际天气反馈的回波基数据，获取所述标准回波基数据；
I/Q信号仿真子模块，用于对所述标准回波基数据进行反演，获得所述反演I/Q信号；
数据对比分析子模块，用于对标准回波数据与测试回波数据回波结构、数据一致性与数据差异性中的至少一个进行对比分析，或对多个待测雷达基于同一所述标准回波基数据反演的所述I/Q信号反馈的多个测试回波数据进行对比分析。
6.一种气象雷达的测试方法，其特征在于，所述方法包括：
接收工作人员在控制界面输入的实验参数；所述实验参数包括工作频率、输出功率和波形选择；所述工作频率包括C波段、S波段和X波段；
根据所述实验参数，对I/Q信号进行上变频处理，获得射频信号；
将所述射频信号注入待测雷达，并接收所述待测雷达反馈的测试回波基数据；
对所述测试回波基数据进行分析，将所述分析的结果显示在控制界面上。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述接收工作人员在控制界面输入的实验参数的步骤前，还包括：
接收工作人员的自检指令，根据所述自检指令进行自检，并将所述自检的结果显示在控制界面上。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述实验参数，对I/Q信号进行上变频处理，获得射频信号的步骤包括：
获取标准回波基数据；
对所述标准回波基数据进行反演获得所述I/Q信号。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述获取标准回波基数据的步骤，包括：
根据预设算法对典型天气的特征数据进行模拟，获取所述标准回波基数据；和/或收集实际标准雷达对实际天气反馈的回波基数据，获取所述标准回波基数据。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述对所述测试回波基数据进行分析，将所述分析的结果显示在控制界面上的步骤，包括：
对所述标准回波数据与所述测试回波数据回波结构、数据一致性与数据差异性中的至少一个进行对比分析，并将所述分析的结果显示在控制界面上。
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