CN112485799A - 球载气象雷达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球载气象雷达，主要解决现有各种气象雷达无法同时满足在系留探空气球上安装并预测危险云团运动趋势的问题。该球载气象雷达包括气象探测传感器(1)和地面控制系统(2)，气象探测传感器(1)安装在系留探空气球上，地面控制系统(2)运行在装有windows系统的通用计算机上，两者间通过千兆网进行数据传输，该地面控制系统(1)接收操作人员输入的控制指令和气象探测传感器(1)发送的回波信息，经处理后得出危险云团的分布和运动趋势并进行显示，当探测到有危险云团存在，并有经过气球所在位置的可能时进行报警，提醒操作员回收气球，避免气球损坏。本发明具有体积小，重量轻，易于部署的优点，可用于系留探空气球。

Description

球载气象雷达

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体涉及一种球载气象雷达，可用于系留探空气球。

背景技术

目前，气象雷达主要分为地面天气雷达和机载气象雷达。其中，地面天气雷达包括气象目标的显示、危险目标告警、气象目标运动趋势预测这些功能，以提供详细的气象探测信息，但地面天气雷达体积庞大，一般用于气象站等大型设施；机载气象雷达的体积和重量较小，但只能完成目标探测、显示、危险气象目标告警这些简单的气象探测功能，无法预测气象目标的运动趋势。

系留探空气球是一种无动力气球飞行器，气球通过系缆与地面设施连接，工作高度一般为几百米至三千米，可用于大气和环境监测、缉私等民用领域和预警、电子对抗、技术侦察与监视、超长波通信、信息中继等军用领域。系留探空气球升空后，雷雨大风等恶劣气象条件对其威胁很大，因此需要一种安装在气球上的气象雷达来实时探测其周边的气象状况，同时对危险气象目标的运动趋势进行预测，在探测到危险云团存在，并有经过气球所在位置的可能性时进行报警，提醒操作员回收气球，避免气球因恶劣天气而损坏。而现有的气象雷达无法满足系留探空气球的使用需求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种球载气象雷达，以满足系留探空气球对于其周边空域气象状况的探测需求。

为实现上述目的，本发明的球载气象雷达，包括气象探测传感器1和地面控制系统2，其特征在于：

所述气象探测传感器1安装在系留探空气球上；

所述地面控制系统2运行在装有windows操作系统的通用计算机中，并与气象探测传感器1之间通过千兆网进行数据传输。

作为优选，所述地面控制系统2包括：

控制指令处理模块21，用于将操作员通过人机界面输入的雷达设置参数转换为控制指令，分别发送到网络通信模块22、数据处理模块23和存储回放模块24；

网络通信模块22，用于将控制指令发送给气象探测传感器1，接收气象探测传感器1发送的回波信息，并将回波信息发送给数据处理模块23；

数据处理模块23，用于根据控制指令处理模块21发送的控制指令对接收的网络通信模块22的回波信息进行目标分类和判别，计算出危险云团相对雷达的运动趋势和速度，并将处理结果发送到存储回放模块24和显示处理模块25；

存储回放模块24，用于存储数据处理模块23发送的处理结果，并接收控制指令处理模块21的回放数据控制指令，调取存储的处理结果发送给显示处理模块25；

显示处理模块25，用于将接收到的数据处理模块23或存储回放模块24的处理结果显示到地图背景上。

作为优选，所述气象探测传感器1，包括阵列天线11、射频收发模块12和信号处理模块13，射频收发模块12分别与该阵列天线11和信号处理模块13双向连接。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.本发明中的气象探测传感器体积重量较小，满足系留探空气球对球载设备的体积和重量的要求，可以安装部署在系留探空气球上，同时由于在系留探空气球上安装部署有气象探测传感器，可以对气球所在空域的气象条件进行实时探测；

2.本发明由于将地面控制系统运行在装有windows操作系统的通用计算机中，并通过千兆网与气象探测传感器进行数据传输，可使操作人员在地面上对气象探测传感器探测到的危险云团的运动趋势进行分析和预测，有效避免恶劣气象条件对系留探空气球造成威胁。

附图说明

图1为本发明的球载气象雷达的整体原理示意图；

图2为本发明中的气象探测传感器原理示意图；

图3为本发明中国的地面控制系统原理示意图；

图4为本发明中的数据处理模块原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实例进行详细描述。

参照图1，本实例中的球载气象雷达，包括气象探测传感器1和地面控制系统2，气象探测传感器1安装在系留探空气球上，地面控制系统2运行于装有windows系统的通用计算机上，两者之间通过千兆网进行数据传输。气象探测传感器1根据控制指令对气球周边的气象状况进行探测，将气象目标的回波信息发送到地面控制系统2。地面操作人员根据气象探测传感器传输的气球周边气象状况数据，对危险云团进行运动趋势分析和预测，如危险云团存在经过气球所在空域的可能性，则提前回收气球，有效避免恶劣气象条件对系留探空气球造成威胁。

参照图2，所述气象探测传感器1，包括阵列天线11、射频收发模块12和信号处理模块13，其中：

所述阵列天线11，尺寸不大于Φ306mm，天线增益不小于27dB，波束宽度不大于9°×9°，采用水平极化方式，用于射频发射信号的空间散射及射频回波信号的接收，并将接收到的射频回波信号发送到射频收发模块12。

所述射频收发模块12，根据信号处理模块13的控制指令产生大功率射频信号，发送到阵列天线11，同时接收阵列天线11的射频回波信号，对其依次进行下变频、滤波和中频放大操作，生成中频回波信号发送到信号处理模块13。射频收发模块12射频输出峰值功率不低于30W，工作频段为9.3GHz～9.4GHz，发射信号带宽为8MHz，可发射非等周期、非等宽度脉冲信号，接收通道灵敏度不大于-113dBm，支持通道增益衰减控制，中频输出P_-1不小于13dBm，

所述信号处理模块13，采用一块全可编程SoC芯片，本实例使用但不限于XILINX公司的ZYNQ-7000系列全可编程SoC芯片，利用SoC芯片内部集成的Cortex-A9处理器硬核和可编程逻辑资源对中频回波信号依次进行AD采样、数字下变频、低通滤波和脉冲压缩处理，并将处理后的回波信息发送到地面控制系统2。

参照图3，所述地面控制系统2包括：控制指令处理模块21、网络通信模块22、数据处理模块23、存储回放模块24、显示处理模块25，其中：

所述控制指令处理模块21，用于将操作员通过人机界面输入的雷达设置参数转换为控制指令，并分别将气象探测传感器控制指令发送到网络通信模块22、将数据处理控制指令发送到数据处理模块23、将数据回放控制指令发送到存储回放模块24；

所述网络通信模块22，通过千兆网接口将气象探测传感器控制指令发送到气象探测传感器1，同时接收气象探测传感器1发送的回波信息，并将回波信息发送到数据处理模块23；

所述数据处理模块23，根据控制指令处理模块21发送的数据处理控制指令，对回波信息进行目标分类和判别，判别危险气象目标并分析其相对于雷达的运动趋势和速度，将处理结果发送到存储回放模块24和显示处理模块25；

所述存储回放模块24，用于对数据处理模块23发送的处理结果进行存储，同时根据控制指令处理模块21发送的回放数据控制指令，将存储的处理结果发送到显示处理模块25；

所述显示处理模块25，根据回放数据控制指令，接收数据处理模块23或存储回放模块24发送的处理结果，并将其显示到地图背景上。

参照图4，所述数据处理模块23包括：回波数据组织子模块231，地杂波处理子模块232，目标处理子模块233，速度频谱分析子模块234，处理结果组织子模块235，其中：

所述回波数据组织子模块231，用于接收网络通信模块22发送的回波信息，将一维回波数据映射为二维回波数据并发送到地杂波处理子模块232；

所述地杂波处理子模块232，用于对二维回波数据进行地杂波抑制，提取气象目标强度数据并采用杂波图方法进行杂波抑制，处并将理完成后的气象目标强度数据发送到目标处理子模块233和速度频谱分析子模块234；

所述目标处理子模块233，根据控制指令处理模块21发送的控制指令，对二维回波数据进行目标分割和判别，计算出云团运动趋势，并将云团运动趋势数据发送到结果组织子模块235；

所述速度频谱分析子模块234，用于接收二维回波数据和气象目标强度数据进行目标速度解析，并将速度数据发送到结果组织子模块235；

所述处理结果组织子模块235，用于对接收到的数据进行打包标记，形成处理结果发送到存储回放模块24和显示处理模块25；

以上描述仅是本发明的一个具体实例，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种球载气象雷达，包括气象探测传感器(1)、地面控制系统(2)，其特征在于：

所述气象探测传感器(1)安装在系留探空气球上；

所述地面控制系统(2)运行在装有windows操作系统的通用计算机中，并与气象探测传感器(1)之间通过千兆网进行数据传输。

2.根据权利要求1所述的球载气象雷达，其特征在于：所述地面控制系统(2)包括：

控制指令处理模块(21)，用于将操作员通过人机界面输入的雷达设置参数转换为控制指令，分别发送到网络通信模块(22)、数据处理模块(23)和存储回放模块(24)；

网络通信模块(22)，用于将控制指令发送给气象探测传感器(1)，接收气象探测传感器(1)发送的回波信息，并将回波信息发送给数据处理模块(23)；

数据处理模块(23)，用于根据控制指令处理模块(21)发送的控制指令对接收的网络通信模块(22)的回波信息进行目标分类和判别，计算出危险云团相对雷达的运动趋势和速度，并将处理结果发送到存储回放模块(24)和显示处理模块(25)；

存储回放模块(24)，用于存储数据处理模块(23)发送的处理结果，并接收控制指令处理模块(21)的回放数据控制指令，调取存储的处理结果发送给显示处理模块(25)；

显示处理模块(25)，用于将接收到的数据处理模块(23)或存储回放模块(24)的处理结果显示到地图背景上。

3.根据权利要求2所述的球载气象雷达，其特征在于，数据处理模块(23)，包括：

回波数据组织子模块(231)，用于接收网络通信模块(22)发送的回波信息，将一维回波数据映射为二维回波数据；

地杂波处理子模块(232)，用于对二维回波数据进行地杂波抑制，提取气象目标强度数据，采用杂波图方法进行杂波抑制；

目标处理子模块(233)，用于接收控制指令处理模块(21)发送的控制指令，对经过图像处理后的二维回波数据进行目标分割和判别，计算出云团运动趋势；

速度频谱分析子模块(234)，用于接收回波数据组织子模块(231)发送的二维回波数据和地杂波处理子模块(232)发送的气象目标强度数据，根据多普勒原理解析目标速度；

处理结果组织子模块(235)，用于将目标处理子模块(233)和速度频谱分析子模块(234)发送的数据打包标记，形成处理结果发送给存储回放模块(24)和显示处理模块(25)。

4.根据权利要求1所述的球载气象雷达，其特征在于，所述气象探测传感器(1)，包括阵列天线(11)、射频收发模块(12)和信号处理模块(13)，该阵列天线(11)与射频收发模块(12)通过波导管双向连接，用于对射频发射信号进行空间散射，并接收气象目标的射频回波信号；该射频收发模块(12)与信号处理模块(13)双向连接，用于根据信号处理模块(13)的控制指令产生大功率射频信号，发送到阵列天线(11)，同时接收阵列天线(11)的射频回波信号，对其依次进行下变频、滤波和中频放大操作，生成中频回波信号发送到信号处理模块(13)；该信号处理模块(13)对接收射频收发模块(12)的中频回波信号依次进行AD采样、数字下变频、低通滤波和脉冲压缩处理，将处理后的回波信息发送地面控制系统(2)。

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