CN112987001A - 一种c波段相控阵天气雷达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种C波段相控阵天气雷达，采用一维有源相控阵全相参脉冲多普勒体制，利用数字波束形成技术，在方位上进行机械扫描，俯仰角度多波束电子扫描，包括室外部分和室内部分，所述室外部分包括天线座、天线阵面、光传、数字波束形成，所述室内部分包含信号处理、伺服、健康管理、数据处理、气象二次产品处理服务器。本发明采用全数字相控阵体制，实现快速扫描，1分钟内可完成40层体扫；采用数字波束形成技术，最多同时接收40个波束。实现冰雹、暴雨、龙卷等快速变化的中小尺度强对流单体快速精细化探测和预警。

Description

一种C波段相控阵天气雷达

技术领域

本发明涉及相控阵雷达技术，特别是一种C波段相控阵天气雷达。

背景技术

目前的多普勒天气雷达采用机械扫描体制，扫描速度慢，完成一个探测精度不太高的体扫需要约6分钟。而且空间覆盖率和垂直分辨率比较低，这种观测方式得到的快速变化的降水单体垂直结构会出现失真，对于冰雹、暴雨、龙卷风等这些快速变化的中小尺度天气过程无法探测到变化的细节，不能满足灾害性天气的预警要求。

相控阵天气雷达是一种新型的进行定量观测的气象雷达系统，它采用电子扫描方式，雷达波束形成一般可以在几微秒内完成，波束位置转换迅速，可以使天气雷达的扫描时间从目前的分钟减少至几十秒钟，也可以形成多个波束对多个区域同时观测，从而大大地提高了对龙卷风、暴雨等灾害性天气的预警能力，有效缩短预报时间。相控阵天气雷达因其高时空分辨率的探测能力，高实时性探测和准确的探测数据等特点，将成为天气探测雷达领域的一个热点。

从天气雷达技术的发展趋势看，相控阵天气雷达以其灵活快速的扫描方式、稳定和可靠的运行状态等优势，克服了目前的多普勒天气雷达的不足。发展相控阵技术的天气雷达、研究相控阵天气雷达的观测方法，对提高灾害性天气系统的检测预警能力、应急观测能力以及提高天气预报和气候模式的预测精度等都具有重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种采用全数字相控阵体制，实现快速扫描，1分钟内可完成40层体扫；采用数字波束形成技术，最多同时接收40个波束。实现冰雹、暴雨、龙卷等快速变化的中小尺度强对流单体快速精细化探测和预警的C波段相控阵天气雷达。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种C波段相控阵天气雷达，采用一维有源相控阵全相参脉冲多普勒体制，利用数字波束形成技术，在方位上进行机械扫描，俯仰角度多波束电子扫描，包括室外部分和室内部分，所述室外部分包括天线座、天线阵面、光传、数字波束形成，所述室内部分包含信号处理、伺服、健康管理、数据处理、气象二次产品处理服务器。

所述天线阵面包括N根波导缝隙天线、综合网络、阵面监测、8通道数字TR组件、监测组件、频率源、阵面电源。

工作流程包括以下步骤：

a)雷达正常开机；

b)在数据处理软件界面中启动某个“工作任务”；

c)雷达发射通道开始工作，频率源根据数据处理的工作指令产生所需的激励信号，激励信号放大后通过综合网络分配至每个数字TR组件单元，同时数字TR组件内的DDS按预置的幅度和相位控制字经上变频激励末级功率放大器放大信号后，通过N根波导缝隙天线向空间辐射，在空间形成所需的发射波束，覆盖探测空域。同时伺服根据数据处理的指令进行方位扫描；

d)雷达接收时，当发射信号遇到气象目标时，目标粒子的后向散射返回形成回波信号，N根波导缝隙天线接收空域内的回波信号，经环形器后送入数字T/R组件的接收通道，后经低噪声放大、A/D变换后形成数字正交信号，经过光传送DBF，DBF根据信号处理器的指令形成空域内的任意数字接收波束，接收波束的I/Q信号通过光缆送信号处理进行FFT/PPP处理，完成积分处理和地物抑制，再估计出气象回波的强度、速度、谱宽，数据处理对信号处理输出的气象目标探测的原始数据进行处理、显示，同时完成系统状态监控和工作模式控制，通过局域网络将雷达探测数据分发给产品终端，进行云雨回波的实时显示；

e)雷达正常工作时，健康管理汇集各分机的机内自检数据，在数据处理的软件上实时显示，出现故障时用声光报警的方式提示用户。

相比于现有技术，本发明的优点在于：本发明提出了切实可行的设计思想，并已具体实现。某C波段相控阵天气雷达已安装并投入正式使用，通过相关部门检测，各项指标均满足设计要求，使用效果良好。本发明适用于C波段相控阵天气雷达的系统设计。

附图说明

图1为本发明某C波段相控阵天气雷达系统框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例1

某C波段相控阵天气雷达(见图1)采用一维有源相控阵全相参脉冲多普勒体制，数字波束形成(DBF)技术，在方位上进行机械扫描，俯仰上实现多波束电子扫描。

系统硬件从结构上分为室外部分和室内部分，室外部分主要包括天线座、天线阵面、光传、数字波束形成(DBF)，室内部分包含信号处理、伺服(天线控制)、健康管理(含数据库)、数据处理(含雷达信息显示、气象信息处理)、二次产品处理服务器等设备。

某C波段相控阵天气雷达采用大天线阵面，数字波束形成(DBF)最多可同时接收40波束，可实现1分钟内40层体扫。

某C波段相控阵天气雷达主要组成部分有：

a)天线阵面、N根波导缝隙天线、综合网络、阵面监测、8通道数字TR组件、监测组件、频率源、阵面电源、光传、数字波束形成(DBF)；

b)信号处理、伺服、健康管理、数据处理。

雷达工作流程：

a)雷达正常开机；

b)在数据处理软件界面中启动某个“工作任务”；

c)雷达发射通道开始工作，频率源根据数据处理的工作指令产生所需的激励信号，激励信号放大后通过综合网络分配至每个数字TR组件单元，同时数字TR组件内的DDS按预置的幅度和相位控制字经上变频激励末级功率放大器放大信号后，通过N根波导缝隙天线向空间辐射，在空间形成所需的发射波束，覆盖探测空域。同时伺服根据数据处理的指令进行方位扫描。

d)雷达接收时，当发射信号遇到气象目标时，目标粒子的后向散射返回形成回波信号，N根波导缝隙天线接收空域内的回波信号，经环形器后送入数字T/R组件的接收通道，后经低噪声(LNA)放大、A/D变换后形成数字正交信号，经过光传送DBF，DBF根据信号处理器的指令形成空域内的任意数字接收波束(最多可形成40个波束)。接收波束的I/Q信号通过光缆送信号处理进行FFT/PPP处理，完成积分处理和地物抑制等，再估计出气象回波的强度、速度、谱宽等参数。数据处理对信号处理输出的气象目标探测的原始数据进行处理、显示，同时完成系统状态监控和工作模式控制，通过局域网络将雷达探测数据分发给产品终端，进行云雨回波的实时显示。

e)雷达正常工作时，健康管理汇集各分机的机内自检(BIT)数据，在数据处理的软件上实时显示，出现故障时用声光报警的方式提示用户。

Claims (3)

1.一种C波段相控阵天气雷达，其特征在于采用一维有源相控阵全相参脉冲多普勒体制，利用数字波束形成技术，在方位上进行机械扫描，俯仰角度多波束电子扫描，包括室外部分和室内部分，所述室外部分包括天线座、天线阵面、光传、数字波束形成，所述室内部分包含信号处理、伺服、健康管理、数据处理、气象二次产品处理服务器。

2.根据权利要求1所述的一种C波段相控阵天气雷达，其特征在于所述天线阵面包括N根波导缝隙天线、综合网络、阵面监测、8通道数字TR组件、监测组件、频率源、阵面电源。

3.根据权利要求1或2所述的一种C波段相控阵天气雷达，其特征在于工作流程包括以下步骤：

a)雷达正常开机；

b)在数据处理软件界面中启动某个“工作任务”；

c)雷达发射通道开始工作，频率源根据数据处理的工作指令产生所需的激励信号，激励信号放大后通过综合网络分配至每个数字TR组件单元，同时数字TR组件内的DDS按预置的幅度和相位控制字经上变频激励末级功率放大器放大信号后，通过N根波导缝隙天线向空间辐射，在空间形成所需的发射波束，覆盖探测空域。同时伺服根据数据处理的指令进行方位扫描；

d)雷达接收时，当发射信号遇到气象目标时，目标粒子的后向散射返回形成回波信号，N根波导缝隙天线接收空域内的回波信号，经环形器后送入数字T/R组件的接收通道，后经低噪声放大、A/D变换后形成数字正交信号，经过光传送DBF，DBF根据信号处理器的指令形成空域内的任意数字接收波束，接收波束的I/Q信号通过光缆送信号处理进行FFT/PPP处理，完成积分处理和地物抑制，再估计出气象回波的强度、速度、谱宽，数据处理对信号处理输出的气象目标探测的原始数据进行处理、显示，同时完成系统状态监控和工作模式控制，通过局域网络将雷达探测数据分发给产品终端，进行云雨回波的实时显示；

e)雷达正常工作时，健康管理汇集各分机的机内自检数据，在数据处理的软件上实时显示，出现故障时用声光报警的方式提示用户。

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