CN114910876B - 一种相控阵体制天气雷达机内相干性测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种相控阵体制天气雷达机内相干性测试系统，包括雷达控制模块、监测网络模块、监测组件模块和健康管理模块，所述雷达控制模块从属雷达数据处理软件，实现雷达工作任务的调度，按预先设定的工作参数发起系统相干性机内测试任务；所述监测网络模块包括耦合器、功分网络和射频电缆，用于相干性测试时发射信号取样和传输；所述监测组件包括射频接收链路和数字板，用于对相干性测试时发射信号取样放大、混频和数字化处理；所述健康管理模块用于采集雷达状态信息和系统自测数据，实现所采集数据的实时分析。本发明基于机内设备自动完成相干性的定时测试；相干性测试实时性强，测试精度高；无需额外增加硬件成本。

Description

一种相控阵体制天气雷达机内相干性测试系统
技术领域
本发明涉及机内相干性测试技术，特别是一种相控阵体制天气雷达机内相干性测试系统。
背景技术
目前全国布网的天气雷达基本采用抛物面天线，只有一个收发波束，通过立体扫描完成对整个空域中气象参量的监测。近年来随着天气变暖，短时小尺度极端恶劣天气频发，对天气雷达的时空分辨率提出更高的要求，现役采用抛物面天线的天气雷达已无法满足使用需求，而相控阵天气雷达采用电扫描波束，而且可同时形成多个波束进行空域扫描，同比能够有效减少雷达在空域中扫描的时间，具有抛物面雷达无法比拟的特性，势必成为下一代天气雷达发展的方向。
系统相干性是天气雷达的一项非常重要的指标，用来衡量雷达系统实际地物对消的能力，因此需要定期进行测试。现役常规天气雷达采用集中发射，为实现该指标的定期测试，通过波导耦合器直接耦合部分发射信号送接收处理系统进行相干性测试，而相控阵天气雷达由于采用分布式收发系统，具有大量分散的发射通道，给系统相干性测试带来了新的难题，因此，如何利用机内设备实现相干性的实时监测是相控阵天气雷达急需解决的一个重要问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于机内设备自动完成相干性的定时测试；相干性测试实时性强，测试精度高；无需额外增加硬件成本的相控阵体制天气雷达机内相干性测试系统。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种相控阵体制天气雷达机内相干性测试系统，包括雷达控制模块、监测网络模块、监测组件模块和健康管理模块，所述雷达控制模块从属雷达数据处理软件，实现雷达工作任务的调度，按预先设定的工作参数发起系统相干性机内测试任务；所述监测网络模块包括耦合器、功分网络和射频电缆，用于相干性测试时发射信号取样和传输；所述监测组件包括射频接收链路和数字板，用于对相干性测试时发射信号取样放大、混频和数字化处理；所述健康管理模块用于采集雷达状态信息和系统自测数据，实现所采集数据的实时分析。
包括显示模块，所述健康管理模块将分析结果通过网络送显示模块进行显示和存储；所述显示模块从属雷达数据处理软件，用于显示健康管理软件的分析结果，同时将这些数据记录与雷达日志信息中。
所述系统相干性机内测试任务包括以下步骤：
a)通过数据处理软件中的作业表设定机内测试间隔，依据作业表设定的时间间隔，系统启动相干性测试工作模式，按预先设定的工作参数控制数字TR组件、监测组件、频率源、波束形成分系统工作；
b)数字TR组件按控制指令产生进行相干测试所需的发射脉冲序列；
c)监测网络将耦合的发射信号样本进行合成，形成总的发射信号样本送供系统进行相干性测试和分析；
d)监测组件在收到发射信号样本后，首先通过数控衰减器对发射信号样本进行衰减，然后按雷达控制模块发送的指令对发射信号样本进行下变频和数字化处理，生产数字I、Q信号，最后将发射脉冲序列对应的数字信号一起打包送健康管理模块进行分析；
e)健康管理模块在完成I、Q数据接收后，按距离对I、Q数据进行计算，求出I、Q数据对应的相角，计算公式为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
，最后求出相同距离位置对应的所有相角的均方根误差
Figure 301641DEST_PATH_IMAGE002
，并获取平均值来表征系统相干性。
所述健康管理模块将测试和分析的结果送雷达显示模块，由显示模块提供显示界面，供操作人员查看，同时将这些数据记录与雷达日志信息中，供事后分析。
所述预先设定的工作参数包括测试频点 2800MHz、脉冲重复频率1000Hz、发射脉冲数16、脉冲宽度4us、信号带宽 2MHz、衰减值32dB。
所述相干测试所需的发射脉冲序列至少包括16个发射脉冲的序列。
相比于现有技术，本发明的优点在于：
1)基于机内设备自动完成相干性的定时测试；
2)基于机内设备，相干性测试实时性强，测试精度高；
3)通过软件实现，无需额外增加硬件成本。
附图说明
图1为本发明流程图。
图2为本发明预先设定的工作参数表。
图3为系统相干性测试处理示意图。
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。
某相控阵天气雷达采用相控阵、双线偏振体制，包含水平极化和垂直极化收发天线（包括综合网络、监测网络、N个数字TR组件、频率源、1只监测组件、阵面电源等）、数字波束形成（DBF）、信号处理、伺服、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）、二次产品生成服务器以及电缆、机柜和网络等附属设备。
系统相干性测试与整个雷达系统相融合，实现设计简洁低成本的目的，由数据处理软件全自动控制。
系统相干性测试主要基于雷达控制模块、监测网络、监测组件、健康管理和显示模块五部分实现。所述雷达控制模块从属雷达数据处理软件，实现雷达工作任务的调度，按预先设定的工作参数表（如图2所示）发起系统相干性测试任务；所述监测网络由耦合器、功分网络和射频电缆组成，用于相干性测试时发射信号取样和传输；所述监测组件由射频接收链路和数字板等组成，用于对相干性测试时发射信号取样放大、混频和数字化处理；所述健康管理用于采集雷达状态信息和系统自测数据，实现所采集数据的实时分析，并将分析结果通过网络送显示模块进行显示和存储；所述显示模块从属雷达数据处理软件，用于显示健康管理软件的分析结果，同时将这些数据记录与雷达日志信息中。
首先在雷达开始正常运行前，通过数据处理中的作业表设定机内测试间隔，然后按系统相干性机内测试流程启动测试，具体测试工作流程（见图1）如下：
a)依据作业表设定的时间间隔，系统启动相干性测试工作模式，按预先设定的工作参数（如图2所示）控制数字TR组件、监测组件、频率源、波束形成等分系统工作；
b)数字TR组件按控制指令产生进行相干测试所需的发射脉冲序列（一般为16个发射脉冲的序列）；
c)监测网络将耦合的发射信号样本进行合成，形成总的发射信号样本送供系统进行相干性测试和分析；
d)监测组件在收到发射信号样本后，首先通过数控衰减器对发射信号样本进行衰减，然后按雷达控制模块发送的指令对发射信号样本进行下变频和数字化处理，生产数字I、Q信号，最后将16个发射脉冲序列对应的数字信号一起打包送健康管理进行分析；
e)健康管理在完成I、Q数据接收后，按距离对I、Q数据进行计算，求出I、Q数据对应的相角，计算公式为
Figure 857037DEST_PATH_IMAGE001
，最后求出相同距离位置对应的所有相角的均方根误差
Figure 15617DEST_PATH_IMAGE002
，并获取平均值来表征系统相干性。为保证系统相干性测试的准确性，脉冲序列至少包含16个发射脉冲，具体处理示意见图3；
f)健康管理将测试和分析的结果送雷达显示模块，由显示模块提供显示界面，供操作人员查看，同时将这些数据记录与雷达日志信息中，供事后分析。

Claims (5)

1.一种相控阵体制天气雷达机内相干性测试系统，其特征在于包括雷达控制模块、监测网络模块、监测组件模块和健康管理模块，所述雷达控制模块从属雷达数据处理软件，实现雷达工作任务的调度，按预先设定的工作参数发起系统相干性机内测试任务；所述监测网络模块包括耦合器、功分网络和射频电缆，用于相干性测试时发射信号取样和传输；所述监测组件包括射频接收链路和数字板，用于对相干性测试时发射信号取样放大、混频和数字化处理；所述健康管理模块用于采集雷达状态信息和系统自测数据，实现所采集数据的实时分析；所述系统相干性机内测试任务包括以下步骤：
a)通过数据处理软件中的作业表设定机内测试间隔，依据作业表设定的时间间隔，系统启动相干性测试工作模式，按预先设定的工作参数控制数字TR组件、监测组件、频率源、波束形成分系统工作；
b)数字TR组件按控制指令产生进行相干测试所需的发射脉冲序列；
c)监测网络将耦合的发射信号样本进行合成，形成总的发射信号样本送供系统进行相干性测试和分析；
d)监测组件在收到发射信号样本后，首先通过数控衰减器对发射信号样本进行衰减，然后按雷达控制模块发送的指令对发射信号样本进行下变频和数字化处理，生产数字I、Q信号，最后将发射脉冲序列对应的数字信号一起打包送健康管理模块进行分析；
e)健康管理模块在完成I、Q数据接收后，按距离对I、Q数据进行计算，求出I、Q数据对应的相角，计算公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，最后求出相同距离位置对应的所有相角的均方根误差
Figure 359326DEST_PATH_IMAGE002
，并获取平均值来表征系统相干性。
2.根据权利要求1所述的一种相控阵体制天气雷达机内相干性测试系统，其特征在于包括显示模块，所述健康管理模块将分析结果通过网络送显示模块进行显示和存储；所述显示模块从属雷达数据处理软件，用于显示健康管理软件的分析结果，同时将这些数据记录与雷达日志信息中。
3.根据权利要求1所述的一种相控阵体制天气雷达机内相干性测试系统，其特征在于所述健康管理模块将测试和分析的结果送雷达显示模块，由显示模块提供显示界面，供操作人员查看，同时将这些数据记录与雷达日志信息中，供事后分析。
4.根据权利要求1所述的一种相控阵体制天气雷达机内相干性测试系统，其特征在于所述预先设定的工作参数包括测试频点 2800MHz、脉冲重复频率1000Hz、发射脉冲数16、脉冲宽度4us、信号带宽 2MHz、衰减值32dB。
5.根据权利要求1所述的一种相控阵体制天气雷达机内相干性测试系统，其特征在于所述相干测试所需的发射脉冲序列至少包括16个发射脉冲的序列。
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