CN114935739B - 一种相控阵天气雷达机内测试源的补偿系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种相控阵天气雷达机内测试源的补偿系统，包括初始值获取模块、数据存贮模块、衰减偏差表和自动补偿模块，所述初始值获取模块由雷达系统在启动机内射频信号源进行系统参数测试时自动完成，用于获取机内射频信号源在衰减为0dB时输出信号偏差；数据存贮模块从属雷达健康管理系统，用于存储相关标准值和衰减偏差表；所述衰减偏差表用于建立机内射频信号源输出信号，以及输出信号对应的偏差值；所述自动补偿模块从属雷达健康管理系统，依据衰减偏差表自动实现对机内射频测试源的补偿修正。本发明为消除机内射频测试源产生的测试误差，能有效提升雷达机内测试系统的测量精度，并且具有较强的实用性。

Description

一种相控阵天气雷达机内测试源的补偿系统
技术领域
本发明涉及机内相干性测量技术，特别是一种相控阵天气雷达机内测试源的补偿系统。
背景技术
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。
探测数据的准确性是天气雷达进行气象保障和数据应用的基础。相控阵天气雷达由于采用分布式收发系统，具有大量分散的收发通道，通道故障或性能退化的概率相对较大，因此需要设计机内在线实时测试系统，对雷达性能参数（比如：系统灵敏度、接收通道增益、接收系统一致性、系统输出强度等）进行在线测量，以解决雷达自身参数变化对探测资料质量的影响。而在机内测量系统中影响其测试精度的关键因素是机内射频测试源输出信号的准确性，由于机内射频测试源采用模拟射频器件进行设计，而且要求具有较大的动态变化范围（一般大于103dB），并且设计步进为1dB，因此在控制过程中，很难实现1dB的控制精度，而且随着控制范围的增大，会造成误差的不断累积。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种为消除机内射频测试源产生的测试误差，能有效提升雷达机内测试系统的测量精度，并且具有较强的实用性的相控阵天气雷达机内测试源的补偿系统。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种相控阵天气雷达机内测试源的补偿系统，包括初始值获取模块、数据存贮模块、衰减偏差表和自动补偿模块，所述初始值获取模块由雷达系统在启动机内射频信号源进行系统参数测试时自动完成，用于获取机内射频信号源在衰减为0dB时输出信号偏差；数据存贮模块从属雷达健康管理系统，用于存储相关标准值和衰减偏差表；所述衰减偏差表用于建立机内射频信号源输出信号，以及输出信号对应的偏差值；所述自动补偿模块从属雷达健康管理系统，依据衰减偏差表自动实现对机内射频测试源的补偿修正。
所述初始值获取模块的具体工作流程包括：
1.1）在启动机内测试任务后，首先由信号处理采集系统噪声基底，实测当前系统噪声基底；
1.2）从数据存储模块中读取系统噪声基底的标准值NB；
1.3）计算出系统噪声基底偏差ΔN，即用当前实测的系统噪声基底NT减去系统存储的标准噪声基底NB，计算公式为ΔN=NT-NB；
1.4）通过雷达控制模块控制机内射频信号源衰减为0dB，使其输出射频信号最大；
1.5）通过波束合成和信号处理获取此时的射频信号幅度值，记录为ST；
1.6）从数据存储模块中读取机内射频信号源在衰减为0dB时的标准值SB；
1.7）当系统噪声基底变化在±0.3dB以内时，计算出机内射频信号源在衰减为0dB时的最大信号偏差值ΔS=ST-SB；
1.8）当系统噪声基底变化超出±0.3dB时，计算出机内射频信号源在衰减为0dB时的最大信号偏差值为ΔS=ST-SB-ΔN。
所述衰减偏差表的建立基于机内射频信号源衰减控制步进1dB获取其在各衰减量下的偏差值，通过机外测试设备进行测量，工作流程如下：
2.1）通过雷达控制模块以1dB为步进控制机内射频信号源输出相应射频信号，并通过频谱仪分别进行测量，并记录；
2.2）建立整个衰减控制范围内的机内射频信号源衰减偏差表；
2.3）更换雷达工作频点，按2.1）、2.2）步骤建立该频点下的机内射频信号源衰减偏差表，直至雷达所用频点均建立了所需的衰减偏差表；
2.4）补偿过程以频点为依据找到所需补偿的参数表。
所述自动补偿模块工作流程如下：
3.1）在启动系统机内测试项目后，首先判断工作频点，以频点为依据在存储模块中找到对应的机内射频信号源衰减偏差表；
3.2）根据机内射频信号源在衰减为0dB时的最大信号偏差值对衰减偏差表中系统输入信号幅度进行修正；
3.3）根据测试过程中信号处理送出的数据包，以衰减码为索引找到对应补偿数据进行订正；
3.4）用衰减偏差表中衰减码对应系统输入信号幅度代替信号处理数据包中的系统输入信号幅度，作为机内信号源真实输出的信号幅度；
3.5）以衰减偏差表中衰减码为索引，找到对应的系统输出补偿值，与信号处理数据包中的强度参数相加，作为系统测试最终输出结果；
3.6）完成整个测试后，用补偿后的输入输出数据对系统性能进行评估。
所述系统机内测试项目包括强度测试、灵敏度或动态范围测试。
所述测试过程中信号处理送出的数据包包括核心信息为衰减码、系统输入信号幅度、系统输出参数。
相比于现有技术，本发明的优点在于：本发明适用于相控阵体制天气雷达的系统设计。达到精度高且简单、经济的等目的，同时具备很强的实时性。
本发明采用补偿修正后的机内在线测试系统实现了的相控阵天气雷达系统灵敏度、接收通道增益、接收水平通道和垂直通道一致性、系统输出强度等的准确测试。
附图说明
图1为本发明初始值获取模块工作流程图。
图2为本发明自动补偿模块工作流程图。
图3为本发明机内射频信号源衰减偏差表。
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。
下面以该相控阵天气雷达系统动态范围测试为例说明对机内测试源的补偿方法进行说明。
在系统动态范围测试时，该方法设计与整个雷达系统相融合，实现设计简洁低成本的目的，需要雷达控制模块、监测组件、波束合成、信号处理和健康管理等之间的相互协同工作，实现对雷达在动态范围测试时系统的偏差进行补偿修正。
本发明主要包括初始值获取模块、数据存贮模块、衰减偏差表和自动补偿模块等组成部分。所述初始值获取模块由雷达系统在启动机内射频信号源进行系统参数测试时自动完成，用于获取机内射频信号源在衰减为0dB时输出信号偏差；数据存贮模块从属雷达健康管理分系统，用于存储相关标准值和衰减偏差表；所述衰减偏差表用于建立机内射频信号源输出信号，以及输出信号对应的偏差值；所述自动补偿模块从属雷达健康管理系统，依据衰减偏差表自动实现对机内射频测试源的补偿修正。
所述初始值获取模块的具体工作流程（见图1）如下：
1.1）在启动机内测试任务后，首先由信号处理采集系统噪声基底，实测当前系统噪声基底；
1.2）从数据存储模块中读取系统噪声基底的标准值NB；
1.3）计算出系统噪声基底偏差，即用当前实测的系统噪声基底减去系统存储的标准噪声基底（计算公式为ΔN=NT-NB）；
1.4）通过雷达控制模块控制机内射频信号源衰减为0dB，使其输出射频信号最大；
1.5）通过波束合成和信号处理获取此时的射频信号幅度值，记录为ST；
1.6）从数据存储模块中读取机内射频信号源在衰减为0dB时的标准值SB；
1.7）当系统噪声基底变化在±0.3dB以内时，计算出机内射频信号源在衰减为0dB时的最大信号偏差值ΔS=ST-SB；
1.8）当系统噪声基底变化超出±0.3dB时，计算出机内射频信号源在衰减为0dB时的最大信号偏差值为ΔS=ST-SB-ΔN。
所述衰减偏差表的建立主要指基于机内射频信号源衰减控制步进1dB获取其在各衰减量下的偏差值，主要通过机外测试设备进行测量，主要工作流程如下：
2.1）通过雷达控制模块以1dB为步进控制机内射频信号源输出相应射频信号，并通过频谱仪分别进行测量，并记录；
2.2）建立整个衰减控制范围内的机内射频信号源衰减偏差表（如图3所示）；
2.3）更换雷达工作频点，按a）、b）步骤建立该频点下的机内射频信号源衰减偏差表，直至雷达所用频点均建立了所需的衰减偏差表；
2.4）补偿过程可以频点为依据找到所需补偿的参数表。
所述自动补偿模块工作流程（见图2）如下：
3.1）在启动系统机内测试项目（强度测试、灵敏度或动态范围测试等）后，首先判断工作频点，以频点为依据在存储模块中找到对应的机内射频信号源衰减偏差表；
3.2）据机内射频信号源在衰减为0dB时的最大信号偏差值对衰减偏差表（如图3所示）中系统输入信号幅度进行修正；
3.3）根据测试过程中信号处理送出的数据包（核心信息为衰减码、系统输入信号幅度、系统输出参数（主要是强度）），以衰减码为索引找到对应补偿数据进行订正；
3.4）用衰减偏差表中衰减码对应系统输入信号幅度代替信号处理数据包中的系统输入信号幅度，作为机内信号源真实输出的信号幅度；
3.5）以衰减偏差表中衰减码为索引，找到对应的系统输出补偿值，与信号处理数据包中的强度参数相加，作为系统测试最终输出结果；
3.6）完成整个测试后，用补偿后的输入输出数据对系统性能进行评估。

Claims (3)

1.一种相控阵天气雷达机内测试源的补偿系统，其特征在于：包括初始值获取模块、数据存贮模块、衰减偏差表和自动补偿模块，所述初始值获取模块由雷达系统在启动机内射频信号源进行系统参数测试时自动完成，用于获取机内射频信号源在衰减为0dB时输出的信号偏差；数据存贮模块从属雷达健康管理系统，用于存储相关标准值和衰减偏差表；所述衰减偏差表用于建立机内射频信号源的输出信号，以及输出信号对应的偏差值；所述自动补偿模块从属雷达健康管理系统，依据衰减偏差表自动实现对机内测试源的补偿修正；所述初始值获取模块用于执行以下步骤：
1.1）在启动机内测试任务后，首先由信号处理模块采集系统噪声基底，实测当前的系统噪声基底；
1.2）从数据存贮模块中读取系统噪声基底的标准值NB；
1.3）计算出系统噪声基底偏差ΔN，即用当前实测的系统噪声基底NT减去系统噪声基底的标准值NB，计算公式为ΔN=NT-NB；
1.4）通过雷达控制模块控制机内射频信号源衰减为0dB，使机内射频信号源输出射频信号最大；
1.5）通过波束合成和信号处理获取此时的射频信号幅度值，记录为ST；
1.6）从数据存贮模块中读取机内射频信号源在衰减为0dB时的标准值SB；
1.7）当系统噪声基底变化在±0.3dB以内时，计算出机内射频信号源在衰减为0dB时的最大信号偏差值ΔS=ST-SB；
1.8）当系统噪声基底变化超出±0.3dB时，计算出机内射频信号源在衰减为0dB时的最大信号偏差值为ΔS=ST-SB-ΔN；
所述衰减偏差表的建立基于机内射频信号源衰减控制步进1dB获取机内射频信号源在各衰减量下的偏差值，通过机外测试设备进行测量，所述衰减偏差表通过以下步骤建立：
2.1）通过雷达控制模块以1dB为步进，控制机内射频信号源输出相应射频信号，并通过频谱仪分别进行测量和记录；
2.2）建立整个衰减控制范围内的机内射频信号源的衰减偏差表；
2.3）更换雷达工作频点，按2.1）、2.2）步骤建立各雷达工作频点下的机内射频信号源的衰减偏差表，直至所用雷达工作频点均建立起所需的衰减偏差表；
2.4）补偿过程以雷达工作频点为依据，找到所需补偿的衰减偏差表；所述自动补偿模块用于执行以下步骤：
3.1）在启动系统机内测试项目后，首先判断雷达工作频点，以雷达工作频点为依据，在数据存贮模块中找到对应的机内射频信号源的衰减偏差表；
3.2）根据机内射频信号源在衰减为0dB时的最大信号偏差值，对衰减偏差表中系统输入信号幅度进行修正；
3.3）根据测试过程中经信号处理后送出的数据包，以衰减码为索引找到对应补偿数据进行订正；
3.4）用衰减偏差表中衰减码对应的系统输入信号幅度，代替信号处理数据包中的系统输入信号幅度，作为机内信号源真实输出的信号幅度；
3.5）以衰减偏差表中衰减码为索引，找到对应的系统输出补偿值，与信号处理数据包中的强度参数相加，作为系统测试最终输出结果；
3.6）完成整个测试后，用补偿后的输入输出数据对系统性能进行评估。
2.根据权利要求1所述的一种相控阵天气雷达机内测试源的补偿系统，其特征在于：所述系统机内测试项目包括强度测试、灵敏度或动态范围测试。
3.根据权利要求1所述的一种相控阵天气雷达机内测试源的补偿系统，其特征在于：所述测试过程中经信号处理送出的数据包包括：衰减码、系统输入信号幅度、系统输出参数。
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