CN111487625A - 一种使用微波雷达全自动降水测量的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使用微波雷达全自动降水测量的系统，包括微波雷达收发模块，用于实时监测降水回波信号；回波高增益放大模块将降水回波信号放大后进行模数转换传输至降水量分析统计模块；自动增益控制模块，分别与降水量分析统计模块和回波高增益放大模块连接；温湿度监控模块，用于监控环境温湿度和电路板的实时温度并传输至降水量分系统及模块；降水量分析统计模块，发送实时能量监测值至自动增益控制模块，并对经过自动增益控制后的放大回波信号进行能量检测和多谱勒分析，通过前者标定降水强度，通过后者检测降水类型。本发明不再受竖直方向风速的干扰，消除了原多普勒测雨雷达测量不稳定，测量精度也得到了提高。

Description

一种使用微波雷达全自动降水测量的系统及方法

技术领域

本发明主要用于各类自动气象站中，主要涉及雷达信号处理、数字和模拟高速电路、可编程逻辑器件和微处理器软件开发技术，具体涉及一种使用微波雷达全自动降水测量的系统及方法。

背景技术

降水量是气象站最重要的测量功能之一，传统的降水量测量主要基于各种量具实现，如目前最为流行的雨量计主要使用各种翻斗式自动测量技术，虽然无需人工操作，但它固有的机械结构缺陷使得其灵敏度和精度均受到了一定限制，且对降雪、冰雹等形式的降水测量均难以直接支持。

除了机械式雨量计，随着电子技术的迅猛发展，人们也开始寻求直接利用某些电子元器件的特性测量降雨量，目前2种发展前景较好的电子测雨技术分别是压电传感测雨和多普勒高频雷达测量，前者是利用雨水撞击压电材料产生的能量大小不同直接感知降雨大小，优点是算法简单，但受目前材料性能的限制，对强度较弱的降水难以感知或即使能感知但也误差过大，同时也不适合降雪、冰雹等形式的降水测量，多普勒高频雷达测量则是利用收发一体式的天线向天空辐射高频电磁波，当降水发生时，该电磁波（后续称之为回波信号）会被反射回天线并经后续电路检测到，降雨强度不同，对应的雨水下落速度也不同，这会直接影响回波信号的多普勒频率等。因此只要建立起正确的回波多普勒频率与降水量、降水类型的对应关系，就可以实现降水量的实时测量。

总体上看，受工作原理的限制，机械式和压电传感式雨量计的灵敏度和测量精度均在短期内难以有大的提高，而多普勒高频雷达测量的灵敏度相对较高，但它测量的实际上是雨滴和竖直方向风速的合成速度，测量结果容易受到风速的干扰，通常还需要加入一个辅助的风速风向测量装置对其进行修正，也在一定程度上影响了该方案的普及程度。

发明内容

为避免上述问题，提供一种使用微波雷达全自动降水测量的系统及方法。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种使用微波雷达全自动降水测量的系统，包括微波雷达收发模块，与回波高增益放大模块连接，用于实时监测降水回波信号并传输至回波高增益放大模块；回波高增益放大模块，与降水量分析统计模块连接，用于将降水回波信号放大后进行模数转换传输至降水量分析统计模块；自动增益控制模块，分别与降水量分析统计模块和回波高增益放大模块连接，用于根据降水量分析统计模块中的当前的降水强度对回波高增益放大模块进行自动控制；温湿度监控模块，与降水量分析统计模块连接，用于监控环境温湿度和电路板的实时温度并传输至降水量分系统及模块；降水量分析统计模块，用于接收回波高增益放大模块发送的放大后的回波信号数字量和温湿度监控模块发送的实时板上温度值，并发送实时能量监测值至自动增益控制模块，并对经过自动增益控制后的放大回波信号进行能量检测和多谱勒分析，通过前者标定降水强度，通过后者检测降水类型，还利用温湿度监控模块的测量值对能量统计结果进行修正。

所述的系统还包括二次电源模块，所述的二次电源模块输入12V电源，分别输出提供给加热模块的大功率直流电、供模拟电路使用的模拟电和供数字电路使用的数字电。

所述的系统还包括日志记录与通信模块，与降水量分析统计模块连接，所述的日志记录与通信模块包括RTC实时时钟和TF读卡器，将降水量分析统计结果及温湿度传感数据等测量结果实时记录在大容量TF卡中，同时，测量结果通过接口或无线网络直接连接至计算机并通过专用的上位机软件接收和分析。

所述的系统还包括加热模块，与温湿度监控模块连接。

所述的微波雷达收发模块包括收发一体天线、高频压控振荡器和混频器，所述的高频压控振荡器通过收发一体天线对外辐射高频电磁波，所述的混频器将高频压控振荡器发射能量的一小部分耦合至混频器与回波信号进行混频，对外输出回波基带信号。

所述的回波高增益放大模块包括依次连接的第一级放大器和第二级放大器和模数转换芯片；所述的第一级放大器和第二级放大器的放大增益的调节通过数控电阻的步进档位控制，经2级放大器输出后即为经过合适放大后的回波能量，由模数转换芯片转换至数字量，提供给自动增益控制模块和降水量分析统计模块。

所述的自动增益控制模块根据当前的回波能量强度，通过数控电阻步进控制回波高增益放大模块选择合适的放大倍数。

一种使用微波雷达全自动降水测量的的测量方法，包括以下步骤：

S1：微波雷达收发模块接收到降水回波信号后输出回波基带信号；

S2：回波基带信号经回波高增益放大模块放大后转换为数字量信号数据发送至降水量分析统计模块；

S3:降水量分析统计模块结合电路板上温度传感器的实时温度值，通过自动增益控制模块修正真实放大倍数，得到原始回波能量值后，降水量分析统计模块进行能量检测分析，判断是否有降水事件发生；

S3：将降水量分析统计结果连同对应的RTC实时时钟信息共同组成完整的降水统计信息帧，并发送至日志记录与对外通信模块保存至TF卡或传输至外部上位机。

所述方法还包括根据同一能量检测下对应的多普勒频率进行阈值判断实现对不同降水类型的区分。

所述的降水量分析统计模块的工作过程具体如下：S1：判断是否收到1s中断，若是，对过去1s内收到的多组基带数据进行带通滤波以滤波带外噪声；

S2：对S1中滤波后的多组基带数据进行2：1数据抽取，作为采样数据；

S3：利用当前电路板上温度修正放大增益系数，对采样数据用该系数进行归一化以得到真实回波信号；

S4：对归一化时域采样数据进行快速傅里叶变换，计算指定频率F1-F2范围内的回波能量累加值E1，E1是否超过设定阈值1，若否，则没有降水事件发生，将降水统计信息发送至日志记录与对外通信模块；若是，则找出快速傅里叶变换后对应的回波强度最大频率分量及临近分量能量值E2；

S5：对E2进行指定窗口大小的中值滤波，得到E3，E3是否连续超过10次超过设定阈值2，若否，则未达可靠阈值条件，认定为异常干扰，不构成降水事件；若是，则降雨事件发生，开始累加E3，记做ACC；

S6：将ACC转换为对应的降水量；获取电路板上实时时钟信息，与降水强度数据共同组成降水统计信息，将降水统计信息发送至日志记录与对外通信模块。

本发明的有益效果：本发明与现有雷达雨量计利用多普勒效应实现速度测量的原理不同，本发明主要依赖回波强度的精密分析完成实时降水量统计，不再受竖直方向风速的干扰，消除了原多普勒测雨雷达测量不稳定，测量精度也得到了提高。为适应不同的降水强度，通过自动增益控制模块对雷达回波电路的放大倍数进行实时控制，从而始终能得到能量足够且无失真的放大回波信号，通过优异的模拟电路环节设计，最大放大倍数可达4000倍，即使对十分微弱的降水过程也可正确感知并测量。本发明的另一个优势是可支持降雨、降雪、冰雹等多种不同降水类型，且均具有较高的测量精度，测量结果既可保存在本机，也可通过有线或无线方式传输至远程计算机，且整个设备体积小巧，使用单一电源供电，在自动气象站中可具有十分广泛的用途。

附图说明

图1是本发明的整体结构框图。

图2是本发明的二次电源内部结构图。

图3是本发明的微波雷达收发模块的内部结构图。

图4是本发明的回波高增益放大模块的内部结构图。

图5是本发明自动增益控制模块统计阈值示意图。

图6是本发明降水量分析统计模块工作流程图。

具体实施方式

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。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的技术含义相同。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。此外还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，一种使用微波雷达全自动降水测量的系统，包括微波雷达收发模块，与回波高增益放大模块连接，用于实时监测降水回波信号并传输至回波高增益放大模块；回波高增益放大模块，与降水量分析统计模块连接，用于将降水回波信号放大后进行模数转换传输至降水量分析统计模块；自动增益控制模块，分别与降水量分析统计模块和回波高增益放大模块连接，用于根据降水量分析统计模块中的当前的降水强度对回波高增益放大模块进行自动控制；温湿度监控模块，与降水量分析统计模块连接，用于监控环境温湿度和电路板的实时温度并传输至降水量分系统及模块；降水量分析统计模块，用于接收回波高增益放大模块发送的放大后的回波信号数字量和温湿度监控模块发送的实时板上温度值，并发送实时能量监测值至自动增益控制模块，并对经过自动增益控制后的放大回波信号进行能量检测和多谱勒分析，通过前者标定降水强度，通过后者检测降水类型，还利用温湿度监控模块的测量值对能量统计结果进行修正。

所述的系统还包括二次电源模块，所述二次电源模块从输入12V直流电源中产生各种内部电子元器件所需要的高精度电源，该模块内部主要由开关电源和线性稳压器2种电源芯片组成，前者用于产生中间电、加热电以及常用的数字芯片供电，后者用于产生低纹波高质量的模拟电源供各种模拟元器件使用，为达到更好的效果，数字地和模拟地严格分开，并在电路板上采用单点接地的方式实现所有地线接到公共地线。

如图2所示，随着半导体技术的发展，电子器件的种类已达数千万之多，各种器件的供电电压、工作电流、抗干扰能力均不相同，本发明还需要同时使用模拟电路芯片、数字电路芯片、以及数模混合电路芯片等多种元器件和集成电路，供电系统质量的好坏会直接影响电路的正常工作。为此，首先将整个系统中的用电分为3类：供加热模块使用的大功率直流电，供模拟电路部分使用的模拟电，以及供数字电路部分的数字电。大功率直流供电的主要特点是电流大，但对纹波不敏感，故直接使用大电流开关电源芯片实现即可；模拟电主要供雷达模块、运算放大器、模数转换芯片等使用，雷达回波信号十分微弱，如果电源纹波过大会直接使有用信号湮没在输出噪声中，故本发明对模拟供电部分全部使用低纹波线性电源，但由于线性电源工作效率较低，故事先经过了另一片开关电源先对12V降压产生中间电源，然后再由2组线性电源输出低纹波模拟供电1和低纹波模拟供电2。二次电源的4路供电输出均有独立的电源回线(即地线)，不同地线之间通过电感连接实现最终的共地，同时又保证了各自的良好隔离。

所述的系统还包括日志记录与通信模块，与降水量分析统计模块连接，所述的日志记录与通信模块包括RTC实时时钟和TF读卡器，将降水量分析统计结果及温湿度传感数据等测量结果实时记录在大容量TF卡中，同时，测量结果也可经过设备上的microUSB/RS485接口直接连接至计算机并通过专用的上位机软件接收和分析。对部分不适合有线传输场合，也可为设备增加一个物联网通信模块，直接通过无线或移动通信技术上传降水统计信息。

该模块的功能主要也通过MCU与FPGA软硬件联合编程实现，硬件运行载体为Zynq处理器，降水统计信息帧得到后，首先记录至板载TF卡，为方便信息交换，日志记录与对外通信模块内部使用了开源FAT文件管理系统FATFS库，可直接识别FAT32格式的TF卡并以文本文件的格式记录详细的降水事件。TF卡可直接在任意一台计算机或手机上正常读写并查看记录日志，亦可通过专用的上位机软件自动分析降水事件。

除了通过TF卡存储降水信息，该模块也提供了丰富的对外通信接口，其中有线传输接口为USB和RS485，前者适用于短距传输，可通过普通microUSB数据线与外部计算机进行连接并利用专用上位机软件实时查看/记录降水信息，RS485则是一种工业常用的差分半双工传输总线，抗干扰能力强，传输距离也更远，适用于远距离组网传输。

对部分偏远地区，如果不适用于采用有线传输，也可通过主流的无线通信技术上传数据，具体无线通信技术的选择非常灵活，如LORA、Zigbee、LTE、GPRS等均可。该实施案例使用的是支持GPRS通信的物联网通信模块，直接通过移动通信公司的基站实现数据透传至指定服务器，上位机或手机均可登录该服务器查看降水统计信息。

所述的系统还包括加热模块，与温湿度监控模块连接，在冬天零下气温时，可自动启动内部的加热模块对雷达天线罩进行加热以融化附着的冰雪，从而确保测量的准确性。只需要根据当前的环境温湿度数据选择性地打开/关闭红外加热丝即可，在12V供电电流允许的情况下，可尽可能使用大功率加热丝以提升加热效果，当雷达天线罩温度高于5度左右即可停止加热。

所述的温湿度监控模块通过1个温湿度传感器和1个板载温度传感器感知仪器周边环境温湿度和电路板温度，前者用于监控环境温湿度，后者用于监控电路板的实时温度，受电子元器件发热的影响，后者温度通常会高于前者。

所述的微波雷达收发模块包括收发一体天线、高频压控振荡器和混频器，所述的高频压控振荡器通过收发一体天线对外辐射高频电磁波，所述的混频器将高频压控振荡器发射能量的一小部分耦合至混频器与回波信号进行混频，对外输出回波基带信号。如图3所示，内部包含一个高频压控振荡器(VCO)，可通过专门设计的贴片天线阵列对外辐射高频电磁波，辐射频率可达数十GHz，本案例使用的辐射频率为24GHz，具有较好的方向性，为降低成本，模块直接采用收发一体天线，内部直接利用自混频结构将原发射能量的一小部分耦合至混频器与回波信号进行混频，故可直接对外输出零中频基带信号，其结构框图如所示。该模块为模拟器件，供电来自低纹波模拟供电1，输出为微弱的雷达回波电信号，根据降水强度不同，回波强度在数十uV~数mV之间。

所述的回波高增益放大模块包括依次连接的第一级放大器和第二级放大器和模数转换芯片；所述的第一级放大器和第二级放大器的放大增益的调节通过数控电阻的步进档位控制，经2级放大器输出后即为经过合适放大后的回波能量，由模数转换芯片转换至数字量，提供给自动增益控制模块和降水量分析统计模块。如图4所示，该模块的主要作为是实现微弱回波信号的放大与模数转换，为保证足够的测量灵敏度，设计放大倍数为10~4000倍，具体采用2级比例运算放大+模拟滤波器实现，整个放大模块增益的调节则是通过数控电阻的步进档位控制实现，经2级放大器输出后即为经过合适放大后的回波能量，然后由模数转换芯片转换至数字域，可供后续的自动增益控制和降水量分析统计模块使用。

所述的自动增益控制模块根据当前的回波能量强度，通过数控电阻步进控制回波高增益放大模块选择合适的放大倍数。为了保证在所有降雨强度范围内回波信号放大波形不失真且能量足够，必须动态快速地监控当前的回波能量强度，选择合适的放大倍数，该模块以嵌入式软件编程为主，硬件运行载体为Zynq处理器，主要原理是定期统计上个周期内的回波幅度分布情况，通过设置多个阈值并统计超过该阈值的采样点数量，再加上当前的放大等级，得到对应的真实回波强度，并以此来决定下一个周期的放大等级，以下通过图 5所示仿真曲线说明该模块的工作原理。如图 5所示，2条典型的放大后回波信号采样曲线分别以*和x符号绘出，设定的2条阈值曲线则以左三角和右三角绘出，阈值的选择原则是放大器最大失真放大峰峰值的一半左右，可以看出，幅度不同的回波信号，对应的超过给定阈值1和阈值2采样点数量也不同，幅度越大，单位周期内超过阈值的采样点数量也越多，记这2个统计数量分别为溢出数量1和溢出数量2，则根据溢出数量1和溢出数量2的大小即可间接得到能量强度，当该数值过小时，代表需要增加放大等级，数值过大时，则需要减少放大等级，在一定区间范围内则维持放大等级不变。为方便工程化实现，本实施案例将放大等级分成8个级别，分别对应不同的数控电阻步进控制档位，并以1秒为处理周期，根据溢出数量1和溢出数量2实现增益的自动控制。

一种使用微波雷达全自动降水测量的方法，包括以下步骤：

S1：微波雷达收发模块接收到降水回波信号后输出回波基带信号；

S2：回波基带信号经回波高增益放大模块放大后转换为数字量信号数据发送至降水量分析统计模块；

S3:降水量分析统计模块结合电路板上温度传感器的实时温度值，通过自动增益控制模块修正真实放大倍数，得到原始回波能量值后，降水量分析统计模块进行能量检测分析，判断是否有降水事件发生；

S3：将降水量分析统计结果连同对应的RTC实时时钟信息共同组成完整的降水统计信息帧，并发送至日志济洛路与对外通信模块保存至TF卡或传输至外部上位机。

所述方法还包括根据同一能量检测下对应的多普勒频率进行阈值判断实现对不同降水类型的区分。

所述的降水量分析统计模块主要通过MCU与FPGA软硬件联合编程实现，硬件运行载体为Zynq处理器，数据来源为模数转换芯片输出的20000组基带数据（以下记作ADC_DAT），每隔1S启动一次能量检测分析，对降雨、降雪、冰雹等不同类型降水的处理流程基本相同，只是对应的频率分析范围不同。

以降雨类型的降水量统计为例，典型的雨滴下落速度在1~10m/s，微波雷达频率为24GHz，则可以根据多普勒效应计算公式得到对应的多普勒频率约为166~1666Hz，实际中可留有裕量，取起始频率F1为150Hz，截止频率为1800Hz，该频率范围之间的回波能量方可认为是有效能量。此时该模块的完整工作流程图如图 6所示。该模块的工作主要依赖于1S定时中断，在中断收到后，产生进行带通滤波以滤波带外噪声，然后在符合采样定理的前提下进行数据抽取工作，可有效降低后续的数据处理压力，最终每个处理周期的时域采样数据为10000点，注意该采样数据已经过放大器放大，故还需要根据当前的放大等级对其进行归一化，在实际工作中，放大电路的增益主要受到数控电阻步进的影响，但也会随着工作温度的变化发生微小的漂移，该漂移曲线相对固定，故可以事先通过温度循环环境试验获取，然后根据板上温度传感器进一步修正真实放大倍数，从而得到精确的原始回波能量值。

在得到原始回波能量值后，对其进行快速傅里叶变换，为提高计算效率，变换长度可选择16384，然后计算指定频率F1-F2范围内的回波能量累加值E1，当无降水时，该累加值很小，而随着降水强度的加强，E1也逐步上升，超过阈值后初步认定可能发生降水，并找出对应的回波强度最大频率成分及其临近分量能量值，再次对其开展判断，在第二次判断中，降水量分析统计模块引入了非线性中值滤波，比传统线性低通滤波具有更强的抗异常值干扰性能，只是运算量稍大，但本案例使用的Zynq片内ARM微处理器主频可超过600MHz，已足以完成该中值滤波功能。

通过中值滤波得到E3后，为进一步提升抗干扰性能，还需要连续10次计算均大于设定阈值2后才认为是真正的降水过程，否则认定为异常干扰，如异物掉落、飞虫经过等。在降水事件持续期间，开始对E3进行累加得到ACC，ACC和实际降水量在统计学上具有明确的对应曲线，故可以从ACC获取当前的降水量信息RAINFALL，该信息连同对应的RTC实时时钟信息共同组成完整的降水统计信息帧，并发送至日志记录与对外通信模块保存至TF卡或传输至外部上位机。

对不同降水类型的区分，则可根据能量值与最强频率成分的对应关系得到，在同样的检测能量值下，降雪下落速度（典型值为1~2m/s）要远小于降雨，对应的多普勒频率也明显小于降雨过程中的多普勒频率，而冰雹的下降速度可超过15m/s，在同样的检测能量值下，对应的多普勒频率显著高于降雨现象，故可以根据同一能量检测值下对应的多普勒频率进行阈值判断有效区分三种降水类型。

工作过程具体如下：S1：判断是否收到1s中断，若是，对过去1s内收到的多组基带数据进行带通滤波以滤波带外噪声；

S2：对S1中滤波后的多组基带数据进行2：1数据抽取，作为采样数据；

S3：利用当前电路板上温度修正放大增益系数，对采样数据用该系数进行归一化以得到真实回波信号；

S4：对归一化时域采样数据进行快速傅里里叶变换，计算指定频率F1-F2范围内的回波能量累加值E1，E1是否超过设定阈值1，若否，则没有降水事件发生，将降水统计信息发送至日志记录与对外通信模块；若是，则找出快速傅里叶变换后对应的回波强度最大频率分量及临近分量能量值E2；

S5：对E2进行指定窗口大小的中值滤波，得到E3，E3是否连续超过10次超过设定阈值2，若否，则未达可靠阈值条件，认定为异常干扰，不构成降水事件；若是，则降雨事件发生，开始累加E3，记做ACC；

S6：将ACC转换为对应的降水量；获取电路板上实时时钟信息，与降水强度数据共同组成降水统计信息，将降水统计信息发送至日志记录与对外通信模块。

本发明的方案体积小巧，对设备安装地点没有特殊要求，可有效测量降雨、降雪、甚至冰雹等极端天气。只需要为其提供常用中12V直流电源，就可以全天候24小时不间断工作，在将详细测量结果保存至设备内部大容量存储卡的同时，还可通过USB电缆或物联网流量卡实时传输至外部计算机，在冬天零下气温时，可自动启动内部的加热模块对雷达天线罩进行加热以融化附着的冰雪，从而确保测量的准确性。

整体性能优于基于压电传感器件的电子雨量计，通过算法上的创新，消除了原多普勒测雨雷达测量不稳定，易受风向干扰的问题，再加上完善的日志记录和对外通信性能，可以广泛用于各类自动气象站中。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种使用微波雷达全自动降水测量的系统，其特征在于：包括微波雷达收发模块，与回波高增益放大模块连接，用于实时监测降水回波信号并传输至回波高增益放大模块；回波高增益放大模块，与降水量分析统计模块连接，用于将降水回波信号放大后进行模数转换传输至降水量分析统计模块；自动增益控制模块，分别与降水量分析统计模块和回波高增益放大模块连接，用于根据降水量分析统计模块中的当前的降水强度对回波高增益放大模块进行自动控制；温湿度监控模块，与降水量分析统计模块连接，用于监控环境温湿度和电路板的实时温度并传输至降水量分系统及模块；降水量分析统计模块，用于接收回波高增益放大模块发送的放大后的回波信号数字量和温湿度监控模块发送的实时板上温度值，并发送实时能量监测值至自动增益控制模块，并对经过自动增益控制后的放大回波信号进行能量检测和多谱勒分析，通过前者标定降水强度，通过后者检测降水类型，还利用温湿度监控模块的测量值对能量统计结果进行修正。

2.如权利要求1所述的使用微波雷达全自动降水测量的系统，其特征在于：所述的系统还包括二次电源模块，所述的二次电源模块输入12V电源，分别输出提供给加热模块的大功率直流电、供模拟电路使用的模拟电和供数字电路使用的数字电。

3.如权利要求1所述的使用微波雷达全自动降水测量的系统，其特征在于：所述的系统还包括日志记录与通信模块，与降水量分析统计模块连接，所述的日志记录与通信模块包括RTC实时时钟和TF读卡器，将降水量分析统计结果及温湿度传感数据等测量结果实时记录在大容量TF卡中，同时，测量结果通过接口或无线网络直接连接至计算机并通过专用的上位机软件接收和分析。

4.如权利要求1所述的使用微波雷达全自动降水测量的系统，其特征在于：所述的系统还包括加热模块，与温湿度监控模块连接。

5.如权利要求1所述的使用微波雷达全自动降水测量的系统，其特征在于：所述的微波雷达收发模块包括收发一体天线、高频压控振荡器和混频器，所述的高频压控振荡器通过收发一体天线对外辐射高频电磁波，所述的混频器将高频压控振荡器发射能量的一小部分耦合至混频器与回波信号进行混频，对外输出回波基带信号。

6.如权利要求1所述的使用微波雷达全自动降水测量的系统，其特征在于：所述的回波高增益放大模块包括依次连接的第一级放大器和第二级放大器和模数转换芯片；所述的第一级放大器和第二级放大器的放大增益的调节通过数控电阻的步进档位控制，经2级放大器输出后即为经过合适放大后的回波能量，由模数转换芯片转换至数字量，提供给自动增益控制模块和降水量分析统计模块。

7.如权利要求1所述的使用微波雷达全自动降水测量的系统，其特征在于：所述的自动增益控制模块根据当前的回波能量强度，通过数控电阻步进控制回波高增益放大模块选择合适的放大倍数。

8.一种应用如权利要求1所述系统的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：微波雷达收发模块接收到降水回波信号后输出回波基带信号；

S2：回波基带信号经回波高增益放大模块放大后转换为数字量信号数据发送至降水量分析统计模块；

S3:降水量分析统计模块结合电路板上温度传感器的实时温度值，通过自动增益控制模块修正真实放大倍数，得到原始回波能量值后，降水量分析统计模块进行能量检测分析，判断是否有降水事件发生；

S3：将降水量分析统计结果连同对应的RTC实时时钟信息共同组成完整的降水统计信息帧，并发送至日志记录与对外通信模块保存至TF卡或传输至外部上位机。

9.如权利要求8所述的测量方法，其特征在于：所述方法还包括根据同一能量检测下对应的多普勒频率进行阈值判断实现对不同降水类型的区分。

10.如权利要求8所述的测量方法，其特征在于：所述的降水量分析统计模块的工作过程具体如下：S1：判断是否收到1s中断，若是，对过去1s内收到的多组基带数据进行带通滤波以滤波带外噪声；

S2：对S1中滤波后的多组基带数据进行2：1数据抽取，作为采样数据；

S3：利用当前电路板上温度修正放大增益系数，对采样数据用该系数进行归一化以得到真实回波信号；

S4：对归一化时域采样数据进行快速傅里叶变换，计算指定频率F1-F2范围内的回波能量累加值E1，E1是否超过设定阈值1，若否，则没有降水事件发生，将降水统计信息发送至日志记录与对外通信模块；若是，则找出快速傅里叶变换后对应的回波强度最大频率分量及临近分量能量值E2；

S5：对E2进行指定窗口大小的中值滤波，得到E3，E3是否连续超过10次超过设定阈值2，若否，则未达可靠阈值条件，认定为异常干扰，不构成降水事件；若是，则降雨事件发生，开始累加E3，记做ACC；

S6：将ACC转换为对应的降水量；获取电路板上实时时钟信息，与降水强度数据共同组成降水统计信息，将降水统计信息发送至日志记录与对外通信模块。

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