专利名称：配接于多功能雷达的气象终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及雷达探测领域，具体而言涉及一种配置在岸基或舰载高性能雷达之上，使之具备天气雷达功能的气象终端。
背景技术：
海洋、大气环境保障对未来高技术条件下信息化局部战争特别重要，海洋、大气环境的复杂性(如海洋地理环境的差异性和海洋大气环境的时空易变性等)对国家安全和装备性能的发挥具有重大影响。多功能雷达的气象终端作为一个独立单元配接在岸基或舰载高性能雷达上，可以在不影响雷达常规操作的前提下，能从配接雷达回波信号中提取详细的环境数据，包括天气回波反射率、速度和速度谱宽度等。其精度和灵敏度之高与美国下一代多普勒天气雷达(NEXRAD)相比也毫不逊色。多功能雷达 的气象终端可对强降水、晴空湍流、风场等各种大气环境信息进行探测。生成含有地理位置信息的复合反射率图，风廓线图等多种天气雷达应用产品，岸基或舰载高性能雷达的最大优点在于它能灵活、精确地进行波束扫描，能较好地解决系统设计对数据率的要求和气象目标回波信号两次采样要“退相关”的矛盾。当大型舰队出海作战必需气象保障而又不能配置专门的舰载天气雷达时，采用在现有舰载高性能雷达加装气象终端的方式。可满足舰队气象保障的需要，也拓展了配接雷达的使用范围。然而，常规观测手段难以连续获取大范围的气象要素，与实际应用需求差距较大；利用历史资料统计的方法，不能真实地反应当前的气象状况。在实际应用中，都存在着不可避免的局限性。因此，如何提供多功能雷达的气象终端已经成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术问题的缺陷，提出一种多功能雷达的气象终端。其特点在于与配接雷达设备同步工作，充分利用配接雷达现有的功能，不影响配接雷达的正常使用的前提下生成多种天气雷达应用产品，使其具备天气雷达的能力，可满足舰队气象保障的需要。改装成本低，加装方便，可靠性高。本发明适用于X波段、C波段、S波段的雷达。本发明提供一种多功能雷达的气象终端，包括:基于CPCI总线的高档工作站(或服务器)、接口模块、中频采样数字接收机和高速数字信号处理器，并与相关软件模块的集成(包括天气雷达产品生成、显示、传输等软件模块)。本发明的另一目的在于提供一种得到配接雷达周围环境参数和多种天气雷达应用产品的方法，包括:由配接的雷达按预定的天线扫描模式进行扫描，从接收到的回波信号中分出一路来，通过接口模块，送至多功能雷达的气象终端内；所述接口模块接收来自配接雷达的中频信号、同步脉冲、时钟信号、波束角数据、和工作模式编码等信号，经隔离、放大并转送至中频采样数字接收机内；中频采样数字接收机对接收到的中频信号进行采样和变换，得到I/Q信号，并将其送至高速数字信号处理器；高速数字信号处理器对I/Q信号进行处理，滤除地物杂波、点目标杂波及其他干扰信号，并进行距离订正、舰速及横纵摇补偿等处理后得到天气雷达回波基波数据；将所述天气雷达回波基波数据传送给天气雷达产品生成模块，生成多种天气雷达应用产品，并显示在控制台的显示器上，必要时还可将这些产品传输到指挥中心，发送到其他应用部门。根据本发明，提供一种多功能雷达的气象终端，配接于岸基或舰载雷达上，其特征在于包括=CPCI总线，连接基于CPCI总线的工作站或服务器，接口模块，中频采样数字接收机，高速数字信号处理器，以及天气雷达产品生成模块；所述接口模块接收来自所述岸基或舰载雷达的原始信号，经隔离、放大后转送至中频采样数字接收机；所述中频采样数字接收机对从所述接口模块接收到的信号进行采样，并进行A/D变换，再经下变频处理转换为I/Q信号，并将其送至高速数字信号处理器；所述高速数字信号处理器对采样得到的I/Q信号进行处理，滤除干扰信号，并进行距离订正、舰速及横纵摇补偿处理，获得天气雷达回波基波数据，然后将其送至天气雷达产品生成模块；所述天气雷达产品生成模块将高速数字信号处理器送来的天气雷达回波基波数据，利用天气雷达产品生成算法，生成多种天气雷达应用产品。根据本发明的优选实施例，还包括天气雷达产品显示模块，用于将所述天气雷达产品生成模块生成的多种天气雷达应用产品显示在控制台的显示器上。根据本发明的优选实施例，还包括天气雷达产品传输模块，用于将所述天气雷达产品生成模块生成的多种天气雷达应用产品传输到指挥中心，以发送到其他应用部门。根据本发明的优选实施例，其中所述来自所述岸基或舰载雷达的原始信号包括:所述岸基或舰载雷达采集得到的中频回波信号，以及所述岸基或舰载雷达本身的同步脉冲和时钟信号。根据本发明的优选实施例，其中所述高速数字信号处理器还对从接口模块接收到的天线波束角数据和工作模式编码信`号进行处理。根据本发明的优选实施例，其中所述中频回波信号是由所述配接的岸基或舰载雷达按指定扫描策略扫描得到的回波信号再经变频所得。根据本发明的优选实施例，其中所述滤除的干扰信号包括海杂波、地物杂波、点目标杂波中的至少其中之一。根据本发明的另一实施例，还提供一种使用配接于多功能雷达的气象终端的工作方法，包括以下步骤:由配接的雷达按预定的天线扫描模式进行扫描，从接收到的回波信号中分出一路来，通过接口模块，送至多功能雷达的气象终端内；所述接口模块接收来自配接雷达的中频回波信号、同步脉冲、时钟信号经隔离、放大并转送至中频采样数字接收机内；而波束角数据和工作模式编码信号则经隔离后直接送到高速数字信号处理器进行处理；中频采样数字接收机对接收到的中频信号进行采样和变换，得到I/Q信号，并将其送至高速数字信号处理器；高速数字信号处理器对I/Q信号进行处理，滤除地物杂波、点目标杂波及其他干扰信号，并进行距离订正、舰速及横纵摇补偿处理，得到天气雷达回波基波数据；将所述天气雷达回波基波数据传送给天气雷达产品生成模块，生成多种天气雷达应用产品。根据本发明的优选实施例，还包括以下步骤:将天气雷达产品生成模块生成的多种天气雷达应用产品，送至终端的产品显示模块显示在控制台的显示器上，或将多种天气雷达应用产品传输到指挥中心，以发送到其他应用部门。根据本发明的又一实施例，提供一种多功能雷达的气象终端，配接于岸基或舰载雷达上，其特征在于包括=CPCI总线，连接基于CPCI总线的工作站或服务器，接口模块，中频采样数字接收机，高速数字信号处理器，以及天气雷达产品生成模块；该终端利用岸基或舰载雷达采集得到的中频信号、同步脉冲、时钟信号、天线波束角数据、和工作模式编码，通过接口模块，把这些信号通过中频采样数字接收机、高速数字信号处理器，获得天气雷达回波基波数据，然后通过天气雷达产品生成模块生成多种天气雷达应用产品。根据本发明，配接于岸基或舰载雷达上的气象终端，利用岸基或舰载雷达装备获取的回波信息实时、连续生成多种天气雷达应用产品，为大型舰艇编队出海作战的提供气象保障。台风、暴雨、龙卷风等严重灾害性天气对舰队的航行安全危害极大，需要提前做出准确的天气预报，以便及时采取应对措施规避风险；超低空风切变，微下击暴流本身尺度很小，生命周期很短，普通的探测仪器很难及时发现。它对舰载飞机的起、降安全以及导弹的顺利发射都会产生严重危害，及时、准确地发现并发布报警信息对舰载装备的安全无疑是十分重要的。战区上空的风速、风向直接影响到精确制导导弹的命中精度，因此，及时、准确的提供当下的风场信息，作为修正导弹飞行轨迹的依据，可对导弹的精确制导并发挥其作用提供有效的支持。除此之外，天气雷达所探测到的大气环境数据，还可以作为对舰载雷达、通信设施等电子设备所受到的大气环境干扰和影响作出评估以便为采取有效的补偿措施提供依据。虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本发明，但本领域技术人员应当理解，并不旨在将本发明限制于这些实施例。反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本发明的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中:图1为本发明的配接于多功能雷达的气象终端组成示意图；图2配接于多功能雷达的气象终端信号流图；图3为本发明的数字中频接收机组成框图；图4数字下变频在FPGA中的实现框图；图5示出了本发明的信号处理器功能框图；图6信号处理系统硬件框
图7为本发明的终端计算机信号流程；图8为本发明的接口模块框图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的详细描述。需要注意的是，根据本发明的大气波导实时探测和诊断终端的实施方式仅仅作为例子，但本发明不限于该具体实施方式
。本发明的目的是提供一种配接岸基或舰载雷达的气象终端，完成配接雷达周围大气环境探测任务。它包括:基于CPCI总线的工作站或服务器、接口模块、中频采样数字接收机、高速数字信号处理器、天气雷达产品生成、显示、传输等模块。所有的硬、软件均收纳于一个海军第二代标准显控台内。在配接雷达开启正常运行后，打开该气象终端。利用终端软件模块，通过显示器来控制、开启该终端。当正常进入终端软件模块工作界面后，表示已工作正常。操作人员可以使用终端软件模块来修改该终端的参数和进行必要的设置。本发明的特点在于与配接雷达设备同步工作，充分利用配接雷达现有的功能，不影响配接雷达的正常使用的前提下生成多种天气雷达应用产品，使其具备天气雷达的能力，可满足舰队气象保障的需要。改装成本低，加装方便，可靠性高。本发明适用于X波段、C波段、S波段的雷达。本发明提供一种多功能雷达的气象终端，包括:基于CPCI总线的高档工作站(或服务器)、接口模块、中频采样数字接收机和高速数字信号处理器，并与相关软件模块的集成(包括天气雷达产品生成、显示、传输等软件模块)。本发明还提供一种得到配接雷达周围环境参数和多种天气雷达应用产品的方法，包括:由配接的雷达按预定的天线扫描模式进行扫描，从接收到的回波信号中分出一路来，通过接口模块，送至多功能雷达的气象终端内；所述接口模块接收来自配接雷达的中频信号、同步脉冲、时钟信号、波束角数据、和工作模式编码等信号，经隔离、放大并转送至中频采样数字接收机内；中频采样数字接收机对接收到的中频信号进行采样和变换，得到I/Q信号，并将其送至高速数字信号处理器；高速数字信号处理器对I/Q信号进行处理，滤除地物杂波、点目标杂波及其他干扰信号，并进行距离订正、舰速及横纵摇补偿等处理后得到天气雷达回波基波数据；将所述天气雷达回波基波数据传送给天气雷达产品生成模块，生成多种天气雷达应用产品，并显示在控制台的显示器上，必要时还可将这些产品传输到指挥中心，发送到其他应用部门。根据本发明的第一实施例，多功能雷达的气象终端配接于岸基或舰载雷达上，包括:CPCI总线，连接基于CPCI总线的工作站或服务器，接口模块，中频采样数字接收机，高速数字信号处理器，以及天气雷达产品生成模块；所述接口模块接收来自所述岸基或舰载雷达的原始信号，经隔离、放大后转送至中频采样数字接收机；所述中频采样数字接收机对从所述接口模块接收到的信号进行采样，并进行A/D变换，再经下变频处理转换为I/Q信号，并将其送至高速数字信号处理器；所述高速数字信号处理器对采样得到的I/Q信号进行处理，滤除干扰信号，并进行距离订正、舰速及横纵摇补偿处理，获得天气雷达回波基波数据，然后将其送至天气雷达产品生成模块；所述天气雷达产品生成模块将高速数字信号处理器送来的天气雷达回波基波数据，利用天气雷达产品生成算法，生成多种天气雷达应用产品。在优选实施例中， 本发明还包括天气雷达产品显示模块，用于将所述天气雷达产品生成模块生成的多种天气雷达应用产品显示在控制台的显示器上。此外，还可以包括天气雷达产品传输模块，用于将所述天气雷达产品生成模块生成的多种天气雷达应用产品传输到指挥中心，以发送到其他应用部门。其中，来自所述岸基或舰载雷达的原始信号包括所述岸基或舰载雷达采集得到的中频回波信号，以及所述岸基或舰载雷达本身的同步脉冲和时钟信号。高速数字信号处理器还对从接口模块接收到的天线波束角数据和工作模式编码信号进行处理。中频回波信号是由所述配接的岸基或舰载雷达按指定扫描策略扫描得到的回波信号再经变频所得。滤除的干扰信号包括海杂波、地物杂波、点目标杂波中的至少其中之一。根据本发明的另一实施例，还提供一种使用配接于多功能雷达的气象终端的工作方法，包括以下步骤:由配接的雷达按预定的天线扫描模式进行扫描，从接收到的回波信号中分出一路来，通过接口模块，送至多功能雷达的气象终端内；所述接口模块接收来自配接雷达的中频回波信号、同步脉冲、时钟信号经隔离、放大并转送至中频采样数字接收机内；而波束角数据和工作模式编码信号则经隔离后直接送到高速数字信号处理器进行处理；中频采样数字接收机对接收到的中频信号进行采样和变换，得到I/Q信号，并将其送至高速数字信号处理器；高速数字信号处理器对I/Q信号进行处理，滤除地物杂波、点目标杂波及其他干扰信号，并进行距离订正、舰速及横纵摇补偿处理，得到天气雷达回波基波数据；将所述天气雷达回波基波数据传送给天气雷达产品生成模块，生成多种天气雷达应用产品。在优选实施例中，还包括以下步骤:将天气雷达产品生成模块生成的多种天气雷达应用产品，送至终端的产品显示模块显示在控制台的显示器上，或将多种天气雷达应用产品传输到指挥中心，以发送到其他应用部门。根据本发明的又一实施例，提供一种多功能雷达的气象终端，配接于岸基或舰载雷达上，其特征在于包括=CPCI总线，连接基于CPCI总线的工作站或服务器，接口模块，中频采样数字接收机，高速数字信号处理器，以及天气雷达产品生成模块；该终端利用岸基或舰载雷达采集得到的中频信号、同步脉冲、时钟信号、天线波束角数据、和工作模式编码，通过接口模块，把这些信号通过中频采样数字接收机、高速数字信号处理器，获得天气雷达回波基波数据，然后通过天气雷达产品生成模块生成多种天气雷达应用产品。根据本发 明，配接于岸基或舰载雷达上的气象终端，利用岸基或舰载雷达装备获取的回波信息实时、连续生成多种天气雷达应用产品，为大型舰艇编队出海作战的提供气象保障。台风、暴雨、龙卷风等严重灾害性天气对舰队的航行安全危害极大，需要提前做出准确的天气预报，以便及时采取应对措施规避风险；超低空风切变，微下击暴流本身尺度很小，生命周期很短，普通的探测仪器很难及时发现。它对舰载飞机的起、降安全以及导弹的顺利发射都会产生严重危害，及时、准确地发现并发布报警信息对舰载装备的安全无疑是十分重要的。战区上空的风速、风向直接影响到精确制导导弹的命中精度，因此，及时、准确的提供当下的风场信息，作为修正导弹飞行轨迹的依据，可对导弹的精确制导并发挥其作用提供有效的支持。除此之外，天气雷达所探测到的大气环境数据，还可以作为对舰载雷达、通信设施等电子设备所受到的大气环境干扰和影响作出评估以便为采取有效的补偿措施提供依据。接下来，将参照附图来详细说明本发明的具体实施方式
。
图1是本发明的配接于多功能雷达的气象终端组成示意图。该气象终端包括接口模块、数字中频接收机、高速数字信号处理器、主机和外设。由配接的雷达按预定的天线扫描模式进行扫描，从扫描得到的回波信号中分出一路来，通过接口模块，送至多功能雷达的气象终端内；所述接口模块接收来自配接雷达的中频回波信号、同步脉冲、时钟信号经隔离、放大并转送至中频采样数字接收机内；而波束角数据和工作模式编码信号则经隔离后直接送到高速数字信号处理器进行处理；中频采样数字接收机对接收到的中频信号进行采样和变换，得到I/Q信号，并将其送至高速数字信号处理器；高速数字信号处理器对I/Q信号进行处理，滤除地物杂波、点目标杂波及其他干扰信号，并进行距离订正、舰速及横纵摇补偿处理，得到天气雷达回波基数据；将所述天气雷达回波基数据传送给天气雷达产品生成模块，生成多种天气雷达应用产品。这些应用产品，被送至终端的产品显示模块显示在控制台的显示器上，还被传输到指挥中心，以发送到其他应用部门。
CPCI总线作为各个模块间数据和命令交换的公共通道，将整个终端联成一个有机的整体。图2是本发明的配接于多功能雷达的气象终端信号流程图。由于从配接雷达分路出来的中频回波信号和相参时钟、同步脉冲信号都很微弱，故需要经接口模块隔离、放大后再送到数字中频接收机。同时,接口模块还将天线的角数据和雷达的工作模式代码经隔离后直接送到高速数字信号处理器。模拟中频回波信号在数字中频接收机中经A/D变换成为数字中频信号，再经相干检波成为I/Q信号。连同经接口模块隔离后送来的天线的角数据和雷达的工作模式代码一起在高速数字信号处理器中滤波、处理。主要完成数字中频的I/Q信号的接收、距离订正、舰速及横纵摇补偿；地物回波、点杂波等滤除；天气雷达产品生成模块，生成多种天气雷达应用产品，并显示在控制台的显示器上，必要时还可将这些产品传输到指挥中心，发送到其他应用部门。图3所示的数字中频是基于高速高精度ADC和大规模现场可编程逻辑器件(FPGA)的高性能处理器，其由ADC、时钟变频器PLL、MCU和FPGA构成。时钟变频器将通过接口模块转送来的、配接雷达的参考时钟信号进行锁相分频，生成系统所需的采样时钟送入ADC，后者对中频回波信号实时高精度采样，转换为14位数字中频信号，再送至由FPGA构成的数字下变频器。图4示出了数字下变频实现的框图。在FPGA中首先与互成90度的正弦和余弦数字相参基准信号进行数字下变频，得到I/Q两个支路的变频信号，然后经过3级滤波、2级抽取等处理，再进行饱和补偿处理、并串转换后得到24位IQ数据送入信号处理器。图5示出了信号处理器的功能框图。数字中频输出的串行I/Q数据经串并转换后得到并行有符号整数，数据位宽24位。为了扩展存储深度，以满足对探测范围的要求，需对该数据进行浮点转换，得到16位浮点表示的整数。天线伺服通过标准串口输出的天线角度数据经过异步接收模块后，得到并行天线方位和俯仰角度帧数据，在同步触发脉冲的控制下实现I/Q数据与天线数据的打包，并存入芯片内部的RAM中；PCI时序控制器用于连接PCI总线和局部总线，在一帧数据存储满后启动中断时序，通知终端计算机发起DMA数据请求；在进行DMA数据传输时，芯片内部的RAM处于乒乓操作状态，实时数据存储于另一片存储区域中，以保证数据的连续性和正确性。
信号处理器主要用于I/Q数据的实时获取，天线角度和状态的实时采集及打包，系统定时、CPCI接口数据交互等。在优选实施例中，信号处理器可采用Altera公司的EP3C55完成I/Q数据的缓存和回传功能，该芯片具有55865个逻辑单元，2340Kbits存储单元，244个乘法器，4个数字锁相环，该芯片的硬件资源完全胜任该系统的信号处理工作。而滤除地物杂波、干扰信号以及天气雷达产品生成、显示、传输等任务是在主计算机中由软件模块来完成，软件模块信号处理器信号流程如图7所示。在图7中，终端计算机通过CPCI总线接收浮点化的I/Q数据帧，并转换为计算机标准的浮点数据，首先进行相干积累以提高信噪比，再进行噪声门限判别，滤除噪声，保留有效的回波信号，然后根据地物杂波图采用时域椭圆滤波法去除地杂波、点目标杂波等，其中一路生成回波反射率，另一路通过FFT生成回波平均速度和谱宽。这三个数据称为回波基数据。它们被输送到天气雷达产品生成模块，生成多种天气雷达二次应用产品，并显示在控制台的显示器上，必要时还可将这些产品传输到指挥中心，发送到其他应用部门。图8示出了接口模块的框图。由于气象终端基于现役雷达，在不影响现役雷达正常工作的基础上完成完成配接雷达周围大气环境探测任务，所以在该终端上实施了隔离措施。该终端是从现役雷达分路得到中频IF信号、相参基准信号、同步触发信号，考虑功分器的插入损耗，所以在该模块中采用了隔离放大器以满足该终端和现役雷达同时工作。以下，对该气象终端生成的几种应用产品加以简要说明:根据配接雷达性能参数、扫描策略和作战任务不同，应用产品也不同，最基本的产品应该有:
序号产品名称代号备注
1基本反射率R
2基本速度V
3基本谱宽W
4雨强RZ
5速度方位显示 VAD
6风廓线VWP
7强回波跟踪与预测SETI
8湍流TUB1.基本反射率(R)①产品说明:基本反射率(R Reflectivity)描绘了一个完整的360°方位扫描的回波强度数据，对一个体积扫描中的每个仰角都可得到。产品是以极坐标形式显示的，距离圈距离为投影距离，产品有16个反射率因子级别区间(单位:dBz，例如，5到lOdBz，10到15dBz)。数据级别的范围从-5dBz到+75dBz。②产品用途:基本反射率因子被用来估计冰雹潜势、决定风暴结构及确定边界和降水核位置同时也可用于冷锋、干线、风暴外流边界、轻微降水(如雪和毛毛雨)等的探测。产品输出显示时，对影响飞行和航行安全的气象回波做出标识和预警提示。③局限性:由于受到垂直波束宽度的影响，其回波高度误差较大，因此只能对回波的方位做出判断(其它产品于此相同)。2.基本速度(V)①产品说明:基本速度(V:mean radial velocity)表示整个360°方位扫描的径向速度数据，在采样的每个仰角都可得到。产品以极坐标形式显示，有18个数据级别区间(单位为m/s)。产品用颜色变化来描绘风的径向分量(朝向雷达速度值为负用冷色表示、远离速度为正雷达用暖色表示)。②产品用途:产品用终端界面上的颜色变化(可调参数)来描绘风的径向分量(朝向或远离雷达)。预报员可用此产品估计风速和风向、确定边界(密度不连续面)位置及决定有意义的切变区域(即辐合、辐散、中气旋和龙卷涡旋特征)；产品输出显示时，对影响飞行安全的气象回波做出标识和预警提示。③基本速度产品有二点局限性。一是垂直于雷达波束的风的平均径向速度被表不为O ;二是距离折叠和不正确的速度退模糊。距离折叠发生在系统不能区分返回能量是来源于最近发射的脉冲还是由更远的天气现象返回的以前脉冲(称“第二程”，“第三程”等回波)。如果由于多 程返回而使二个回波重叠，速度数据就被指定在较强回波的距离上。3.基本谱宽(W)①产品说明:基本谱宽(W:spectrum width)表示360°方位扫描的谱宽数据，每个采样仰角都可得到。产品以极坐标形式显示，有10个数据级别(单位为m/s)。②产品用途:它可提供由于风切变、湍流和速度样本质量引起的平均径向速度变化的观测，也可用来确定边界(密度不连续面)位置、估计湍流大小及检查径向速度是否可靠。另外，由于较大的径向速度切变通常与中气旋及龙卷有关，因此谱宽产品也可用于确定中气旋及龙卷的位置。注意接近噪声阈值的弱信号返回将导致不规则的谱宽数据；产品输出显示时，对影响飞行安全的气象回波做出标识和预警提示。4.雨强(RZ)①产品说明:天气雷达能揭示降水区域雷达反射因子Z或有效反射因子Ze的时空分布，根据理论和实际观测，Z(Ze)和降水强度存在着一定的关系，故可用雷达强度资料估计雨强分布。雨强(RZ:Rain Intensity)定义为单位时间内落到单位面积(一般为lkm*lkm,2km*2km, 4km*4km三种)上的水的质量。雨强产品显示的是雨强大小，探测区域内的雨强分布用16种颜色表示的16个资料等级。雨强的单位为mm/h。②产品用途:天气雷达能揭示降水区域雷达反射因子Z或有效反射因子Ze的时空分布，根据理论和实际观测，Z(Ze)和降水强度存在着一定的关系，故可用雷达强度资料估计雨强分布。
5.速度方为显示(VAD)①产品说明:速度方位显示(VAD:Velocity Azimuth Display)是指在一定的基本假设条件下，从速度随方位角的分布中反演出平均风矢量和散度及形变的技术。应用这种方法，单部雷达即可以得到降水区中平均风向风速和平均散度等信息。②产品用途:如果有足够的数据点存在，则计算与数据相适应的正弦波，再用此正弦波计算特定高度上的风速和风向。一旦正弦波与数据吻合，就计算统计误差和对称性(入流和出流的径向速度的差)，如果超过了统计误差或对称性的阈值，算法就不再计算风速和风向。产品主要用于检查有怀疑的或VAD风廓线中遗漏的风数据。在分析区域上的风场变形(如锋、槽)会影响分析结果。6.风廓线(VWP)①产品说明:风廓线产品(VWP:ffind Profile)表示某一水平区域中对应高度上的平均风向风速随时间的变化。它在VAD产品的基础上得到平均风向风速，应用相继时间的雷达扫描资料，即可获得平均风向和平均风速时间变化的剖面图形。②产品用途:速度方位显示垂直风廓线(VWP:velocity azimuth displaywindprofile)在时间-高度图上显示平均水平风(由VAD算法在每层计算而得)。从地面到21km可显示30个常规风羽，此产品除显示最近时间的风/高度廓线外，还显示10个较近的风/高度廓线。此产品对确定低空和高空急流、热力平流类型、垂直风切变、锋面厚度及等熵面抬升形势的发展都是有用的。不过当缺少散射物质或在VAD处理阶段统计误差和对称性阈值被超过时，此产品的用处受到了限制。7.强回波跟踪与预测(SETI)①产品说明:强回波跟踪信息(STI)产品根据连续时间内的多个体扫识别出的强回波的的轮廓特征，通过 轮廓特征实现强回波跟踪，再做非线性外推预报其位置。②产品用途:SETI有利于分析监测相互分离容易识别的风暴体信息，监测风暴的移动和发展是很好的参考，通过风暴体匹配实现风暴跟踪，再做非线性外推预报其位置。8.湍流(TUB)①产品说明:湍流(TUB =Turbulence)产品是应用多普勒雷达获取的速度谱宽资料，根据它与湍流强度的关系式，来估计大气中尺度小于雷达采样体积的气流扰动强度分布的广品。②产品用途:产品是应用多普勒雷达获取的反射率资料来估计反射射率的平均值。它可以结合基本反射率数据来判断风暴的运动趋势，它可用于对飞机颠簸区域的监测和预报，还有助于估计降水云体的发展情况。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种多功能雷达的气象终端，配接于岸基或舰载雷达上，其特征在于包括: CPCI总线，连接基于CPCI总线的工作站或服务器，接口模块，中频采样数字接收机，高速数字信号处理器，以及天气雷达产品生成模块； 所述接口模块接收来自所述岸基或舰载雷达的原始信号，经隔离、放大后转送至中频采样数字接收机； 所述中频采样数字接收机对从所述接口模块接收到的信号进行采样，并进行A/D变换，再经下变频处理转换为I/Q信号，并将其送至高速数字信号处理器； 所述高速数字信号处理器对采样得到的I/Q信号进行处理，滤除干扰信号，并进行距离订正、舰速及横纵摇补偿处理，获得天气雷达回波基波数据，然后将其送至天气雷达产品生成模块； 所述天气雷达产品生成模块将高速数字信号处理器送来的天气雷达回波基波数据，利用天气雷达产品生成算法，生成多种天气雷达应用产品。
2.根据权利要求1所述的气象终端，还包括天气雷达产品显示模块，用于将所述天气雷达产品生成模块生成的多种天气雷达应用产品显示在控制台的显示器上。
3.根据权利要求1所述的气象终端，还包括天气雷达产品传输模块，用于将所述天气雷达产品生成模块生成的多种天气雷达应用产品传输到指挥中心，以发送到其他应用部门。
4.根据权利要求1所述的气象终端，其中所述来自所述岸基或舰载雷达的原始信号包括:所述岸基或舰载雷达采集得到的中频回波信号，以及所述岸基或舰载雷达本身的同步脉冲和时钟信号。
5.根据权利要求1所述的气象终端，其中所述高速数字信号处理器还对从接口模块接收到的天线波束角数据和工作模式编码信号进行处理。
6.根据权利要求2所述的气象终端，其中所述中频回波信号是由所述配接的岸基或舰载雷达按指定扫描策略扫描得到的回波信号再经变频所得。
7.根据权利要求1所述的气象终端，其中所述滤除的干扰信号包括海杂波、地物杂波、点目标杂波中的至少其中之一。
8.一种使用如权利要求1所述配接于多功能雷达的气象终端的工作方法，包括以下步骤: 由配接的雷达按预定的天线扫描模式进行扫描，从接收到的回波信号中分出一路来，通过接口模块，送至多功能雷达的气象终端内； 所述接口模块接收来自配接雷达的中频回波信号、同步脉冲、时钟信号经隔离、放大并转送至中频采样数字接收机内；而波束角数据和工作模式编码信号则经隔离后直接送到高速数字信号处理器进行处理； 中频采样数字接收机对接收到的中频信号进行采样和变换，得到I/Q信号，并将其送至高速数字信号处理器； 高速数字信号处理器对I/Q信号进行处理，滤除地物杂波、点目标杂波及其他干扰信号，并进行距离订正、舰速及横纵摇补偿处理，得到天气雷达回波基波数据； 将所述天气雷达回波基波数据传送给天气雷达产品生成模块，生成多种天气雷达应用产品。
9.根据权利要求8的探测方法，还包括以下步骤: 将天气雷达产品生成模块生成的多种天气雷达应用产品，送至终端的产品显示模块显示在控制台的显示器上，或将多种天气雷达应用产品传输到指挥中心，以发送到其他应用部门。
10.一种多功能雷达的气象终端，配接于岸基或舰载雷达上，其特征在于包括: CPCI总线，连接基于CPCI总线的工作站或服务器，接口模块，中频采样数字接收机，高速数字信号处理器，以及天气雷达产品生成模块； 该终端利用岸基或舰载雷达采集得到的中频信号、同步脉冲、时钟信号、天线波束角数据、和工作模式编码，通过接口模块，把这些信号通过中频采样数字接收机、高速数字信号处理器，获得天气雷达回波基波数据，然后通过天气雷达产品生成模块生成多种天气雷达应用产品。·
全文摘要
本发明提供了一种配接于多功能雷达的气象终端。该独立终端配接于现役岸基或舰载雷达上，在其不影响所配接雷达工作和性能的前提下，使其具备天气雷达的功能。所述终端包括基于CPCI总线的工作站或服务器、接口模块、中频采样数字接收机和高速数字信号处理器，及天气雷达产品生成、显示、传输等软件模块的集成。该终端利用配接雷达采集得到的回波、数据，通过接口模块隔离、放大后，将一路原始信号送到中频采样数字接收机、高速数字信号处理器处理、变换获得天气雷达回波基波数据，然后通过天气雷达产品生成模块生成多种天气雷达应用产品，并显示在控制台的显示器上，必要时还可将这些产品传输到指挥中心，发送到其他应用部门。本发明充分利用配接雷达现有的功能，不影响其正常使用，改装成本低，加装方便，可靠性高，适用于X波段、C波段、S波段的雷达。
文档编号G01S13/95GK103245950SQ20121002817
公开日2013年8月14日 申请日期2012年2月9日 优先权日2012年2月9日
发明者肖弟权 申请人:北京雷音电子技术开发有限公司