专利名称：一种风廓线雷达信号处理方法
技术领域：
本发明涉及一种雷达信号处理方法，特别是一种风廓线雷达信号处理方法。
背景技术：
风廓线雷达(Wind Profiling Radar, WPR)是通过探测大气湍流对电磁波的反射和散射来连续探测大气风场等物理量的一种全天候大气遥感探测设备，具有较高的测风实时性和精度，是中小尺度大气探测的关键设备之一，在我国得到了快速发展和应用。原有的风廓线雷达信号处理方法是使用专用的进口信号处理器，进口信号处理器包括:AD转换部件、DSP信号处理部件，硬件复杂成本较高。由于硬件资源有限，在算法扩展、计算精度、数据存储等方面都受到限制。在产品设计时需要专用的开发工具，程序固化在器件中，数据处理位数只有23位，不能录取原始数据和中间处理数据，在风廓线雷达中的应用有其局限性。信号处理器是风廓线雷达系统的关键设备之一，其性能好坏直接影响到测风的准确性和精度。原有信号处理器的硬件电路会带来额外的干扰信号，增加了故障几率，影响到系统的性能和可靠性，并且批量化受到国外生产厂家的限制，系统升级和扩展困难，这些问题制约了风廓线雷达产品的大批量生产和推广使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风廓线雷达信号处理方法，解决原有风廓线雷达信号处理方法依赖进口器件、成本高、故障几率大以及升级困难的问题。一种风廓线雷达信号处理方法，其具体步骤为 第一步搭建风廓线雷达信号处理系统
风廓线雷达信号处理系统包括工业控制计算机、数字中频接收机板、系统控制模块和信号处理模块，其中工业控制计算机包括PCI总线、共享内存和以太网卡。数字中频接收机板与工业控制计算机PCI总线连接，数字中频接收机板与风廓线雷达系统中的模拟接收机连接；工业控制计算机与数据终端机以太网卡连接；系统控制模块与工业控制计算机PCI总线连接，信号处理模块与工业控制计算机PCI总线连接。工业控制计算机为系统的运行平台，数字中频接收机板用于采集雷达回波信号，系统控制模块用于控制和调度系统的工作流程，信号处理模块用于对回波采样信号进行信号处理，系统控制模块和信号处理模块保存在工业控制计算机上，系统运行时加载到共享内存中。第二步数字中频接收机板采集雷达回波信号
系统控制模块首先进行数字中频接收机板的初始化和参数加载，然后启动工作时序， 数字中频接收机板按照加载参数中设置的采样率、抽取因子、滤波系数，直接对雷达回波的中频信号进行A/D变换和采集，将采集的时域数据先存入数字中频接收机板内的FIFO缓存中，通过DMA中断方式传输到工业控制计算机内存中，由系统控制模块接收，再保存到工业控制计算机的共享内存中。系统控制模块边接收时域数据边进行计数，当计数值达到预设的数值N时，N = FFT点数X时域积累数X谱平均数，停止信号采集的工作时序，系统控制模块完成信号接收，然后对预设的时域数据保存标志作判断，如果标志为1，则保存到工业控制计算机的硬盘上。第三步信号处理模块进行信号处理
系统控制模块与信号处理模块使用共享内存交换接收到的时域数据，系统控制模块调用信号处理模块，向信号处理模块传送信号处理参数和共享内存地址，由信号处理模块利用信号处理参数对共享内存中的时域数据进行时域积累、脉冲压缩、去直流、加窗、FFT变换、谱平均的一系列信号处理过程，处理完毕后将生成的谱数据保存到共享内存中，向系统控制模块返回处理完毕的标志信息，系统控制模块接收处理后生成的谱数据，并对预设的谱数据保存标志作判断，如果标志为1则保存到工业控制计算机的硬盘上。第四步系统控制模块进行谱数据的处理、显示和传送
系统控制模块对信号处理模块生成的谱数据进行谱矩、信号功率和信噪比参数的计算，在本地显示器显示谱数据图形和处理的信息，用于对风场回波信号进行监测和评估，同时通过以太网卡将谱数据传送给数据终端机，作进一步的风谱信号识别、提取处理。谱数据的处理过程如下
信号功率谱的零阶矩为 . :
权利要求
1. 一种风廓线雷达信号处理方法，其特征在于具体步骤为第一步搭建风廓线雷达信号处理系统风廓线雷达信号处理系统包括工业控制计算机(1)、数字中频接收机板(2)、系统控制模块(3)和信号处理模块(4)，其中工业控制计算机(1)包括PCI总线(5)、共享内存(6) 和以太网卡(7)；数字中频接收机板(2)与工业控制计算机(I)PCI总线(5)连接，数字中频接收机板(2) 与风廓线雷达系统中的模拟接收机(8)连接；工业控制计算机(1)与数据终端机(9)以太网卡(7 )连接；系统控制模块(3 )与工业控制计算机(1) PCI总线(5 )连接，信号处理模块(4 ) 与工业控制计算机(I)PCI总线(5)连接；工业控制计算机(1)为系统的运行平台，数字中频接收机板(2)用于采集雷达回波信号，系统控制模块(3)用于控制和调度系统的工作流程，信号处理模块(4)用于对回波采样信号进行信号处理；系统控制模块(3)和信号处理模块(4 )保存在工业控制计算机(1)上，系统运行时加载到共享内存(6 )中；第二步数字中频接收机板(2)采集雷达回波信号系统控制模块(3)首先进行数字中频接收机板(2)的初始化和参数加载，然后启动工作时序，数字中频接收机板(2)按照加载参数中设置的采样率、抽取因子、滤波系数，直接对雷达回波的中频信号进行A/D变换和采集，将采集的时域数据先存入数字中频接收机板 (2 )内的FIFO缓存中，通过DMA中断方式传输到工业控制计算机(1)内存中，由系统控制模块(3)接收，再保存到工业控制计算机(1)的共享内存(6)中；系统控制模块(3)边接收时域数据边进行计数，当计数值达到预设的数值N时，N = FFT点数X时域积累数X谱平均数，停止信号采集的工作时序，系统控制模块(3)完成信号接收，然后对预设的时域数据保存标志作判断，如果标志为1，则保存到工业控制计算机(1)的硬盘上；第三步信号处理模块(4)进行信号处理系统控制模块(3)与信号处理模块(4)使用共享内存(6)交换接收到的时域数据，系统控制模块(3)调用信号处理模块(4)，向信号处理模块(4)传送信号处理参数和共享内存地址，由信号处理模块(4)利用信号处理参数对共享内存中的时域数据进行时域积累、脉冲压缩、去直流、加窗、FFT变换、谱平均的一系列信号处理过程，处理完毕后将生成的谱数据保存到共享内存中，向系统控制模块返回处理完毕的标志信息，系统控制模块(3)接收处理后生成的谱数据，并对预设的谱数据保存标志作判断，如果标志为1则保存到工业控制计算机(1)的硬盘上；第四步系统控制模块(3)进行谱数据的处理、显示和传送系统控制模块(3)对信号处理模块(4)生成的谱数据进行谱矩、信号功率和信噪比参数的计算，在本地显示器显示谱数据图形和处理的信息，用于对风场回波信号进行监测和评估，同时通过以太网卡将谱数据传送给数据终端机(9)，作进一步的风谱信号识别、提取处理；谱数据的处理过程如下信号功率谱的零阶矩为 式中=Hltl为信号功率谱的零阶矩，A为第i点功率值，求和范围为信号谱带宽；信号功率谱的一阶矩为 kmi (2) 信号功率谱的二阶矩为
全文摘要
本发明公开了一种风廓线雷达信号处理方法，其具体步骤为第一步，搭建风廓线雷达信号处理系统，包括工业控制计算机(1)、数字中频接收机板(2)、系统控制模块(3)和信号处理模块(4)；第二步，数字中频接收机板(2)采集雷达回波信号；第三步，信号处理模块(4)进行信号处理；第四步，系统控制模块(3)进行谱数据的处理、显示和传送；经过上述处理，得到所处理高度层上的风场回波信号功率和信噪比估计值；至此，实现了风廓线雷达信号处理。本方法数据处理精度高、存储容量大，减小了硬件复杂度和成本，提高了系统性能和可靠性，便于信号处理算法的扩展升级，通用性强，产品性价比高，保证了产品批量化的需要。
文档编号G01S7/41GK102323574SQ201110173250
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月25日 优先权日2011年6月25日
发明者任迎新, 张哲 , 贾晓星 申请人:中国航天科工集团第二研究院二十三所