一种气象雷达收发通道增益自动高精度校准方法
【专利摘要】本发明涉及一种气象雷达收发通道增益自动高精度校准方法。本发明中通过定向耦合器和延时器在发射机与接收机之间构建信号回路，实现收发通道增益的联合测试，并使用高精度AGC电路与信号处理电路共同实现自动增益控制，以保证接收机增益校准的精度和稳定性。对于气象雷达系统而言，在线检测收发通道增益，并进行校准是非常必要的。因此本发明将雷达发射机输出信号直接耦合出一路测试信号，经延时器延时后反馈回雷达接收机，在雷达不工作的间隙实现收发通道增益测试，并由信号处理系统根据增益的测量值来判断通道是否工作正常并实现精确校准。经试验验证，本发明的通道在线监测校准方法具有可实现性和现实意义。
【专利说明】一种气象雷达收发通道增益自动高精度校准方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气象雷达收发通道增益自动高精度校准方法，属于雷达系统测试校准方法技术。
【背景技术】
[0002]因为气象雷达中是根据回波信号在空间的衰减情况来判断云雨强度的，所以在气象雷达的使用过程中必须要对发射机和接收机(即收发通道)的增益进行测试和校准，以确保气象雷达能够正常工作。同时，基于气象雷达对收发通道增益的高精度要求，增益校准必须经常性的，且能在线进行。常规校准中，发射机和接收机是分时、分开进行的，发射机使用标准功率计进行功率测试，接收机采用标准信号源注入的方式进行增益测试，然后将测试的发射机功率和接收机增益进行综合计算，得到收发通道的增益偏差并校准。整个过程无法实现在线自动校准。常规收发通道校准中之所以收发分开，主要是因为发射机发射功率太大，在系统中的泄露、串扰等也非常大，在发射机工作期间接收机始终处于饱和状态，无法正常工作，也就无法进行增益计算等工作。而接收机校准过程中要有输出功率非常精准的标准信号源，雷达系统自身是很难产生这样的标准信号的，必须依靠外部架设仪表来实现，所以整个收、发校准过程复杂，精度不高。
[0003]本发明设计的收发通道增益校准方法使用高耦合的定向耦合器将发射机输出信号耦合出来，经过延时器后在通过定向耦合器送回接收机进行测试，从而实现发射机和接收机的联合测试、校准。该设计的优点在于不需要精确测试出发射机的发射功率和接收机的增益绝对值，只需要将回灌信号的幅度精确测试，就能达到收发通道校准的要求。至于发射机工作期间接收机无法正常工作的问题，通过延时器予以解决，发射耦合信号在延时器中进行固定时间的延时，避开发射时间和高回波功率时间，再送入接收机进行测试。信号处理系统测量出收发通道的增益后，通过高精度AGC电路实现收发增益的高精度校准。本发明设计的收发通道增益校准方法设备量少，校准精度高，并且能够实现在线自动测试。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于为提供一种气象雷达收发通道增益自动高精度校准方法。
[0005]实现本发明的技术解决方案为:将雷达发射机发射信号直接耦合出一路信号，送入延时器，经一段时间固定延时后反馈回雷达接收机，最终在信号处理系统测量信号的幅度并计算收发通道的增益，信号处理系统根据增益的测量值控制接收机内的高精度AGC电路，从而实现收发通道增益的高精度在线自动校准。
[0006]本发明与现有技术相比，其显著优点为:(I)精度高，不需要精确测量发射机的发射功率和接收机的增益，只需要精确测量回灌信号(小功率信号)的幅度，就能准确反映收发通道的增益变化；(2)设备量少，容易实现。不需要高精度的功率测试设备和标准信号源，只需在原雷达系统中增加定向耦合器、延时器和AGC电路即可，也无需专门的监测模块，电路相对简单，成本低，使用方便；(3)可实现在线自动测试。校准过程中雷达处于正常工作状态，且不影响系统工作，无需单独规划校准时间，可在开机或者正常工作中自动穿插进行，操作简单、灵活、方便。
[0007]下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]附图1为一种气象雷达收发通道增益自动高精度校准方法实现框图。
【具体实施方式】
[0009]实施过程及附图1所示，具体描述为以下过程:
为了实现对收发通道的增益在线检测及校准功能，在雷达的信号产生模块中专门产生了脉宽几微秒的单频测试信号，经过和三次上变频将信号频率从中频搬移到射频并送至发射机，然后将发射信号通过定向耦合器耦合一路，经过延时器做足够长的固定时间延时，再送给雷达接收机进行下变频处理得到中频信号，最后将中频信号送给信号处理系统进行精确幅度测量并计算收发通道增益。根据测试计算结果，对接收机中的高精度AGC电路进行自动增益控制，从而实现收发通道的增益自动校准。
[0010]定向耦合器的耦合度设计要考虑两个因素:一个是耦合得到的信号功率要足以保证信号处理系统测试在最佳测量范围内，二是保证延时器不被损坏且在最佳工作动态范围内。因为雷达系统四端环形器的隔离度较低，在发射期间，无论是发射通道还是接收通达内的微波信号功率都是非常大的，而延时器是小功率敏感器件，很容易被大功率烧毁，所以延时器两端的定向耦合器的耦合度都要很高。但是耦合度过高又会导致接收机输出信号功率的降低，从而影响收发增益的测试精度。所以定向耦合器的耦合度要慎重选择，这样才能起到保护延时器的作用，又能得到很好的测试精度。
[0011]延时器设计主要考虑延时时间的问题，既要避开发射时段，又要避开近距离回波功率较大的时间段。同时，延时器自身的增益变化会直接影响测量精度，引入误差。所以，延时器自身要设计增益校正清零电路，该电路并不参与整个校准系统的工作，只是起到对延时器自身增益的手动校正功能，定期手动清零即可，保证延时器的增益恒定。
[0012]AGC电路的增益控制和控制精度由数控衰减器决定，所以要选择高精度的数控衰减器(例如6为数控衰减器的最大衰减31.5dB，步进0.5dB)。同时，要保证测量、校准的实时性，要求数控衰减器和信号处理系统的反应时间不能过长。信号处理系统得出收发通道的增益变化，再根据这个变化结果给AGC给出增益控制信号，对接收机增益进行实时的调整。
【权利要求】
1.一种气象雷达收发通道增益自动高精度校准方法，其特征在于:将雷达发射机发射信号直接耦合出一路信号，送入延时器，经一段时间固定延时后反馈回雷达接收机，最终在信号处理系统测量信号的幅度并计算收发通道的增益，信号处理系统根据增益的测量值控制接收机内的高精度AGC电路，从而实现收发通道增益的高精度自动校准。
【文档编号】G01S13/95GK103592640SQ201310587489
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】张金良, 周熹, 杨柳 申请人:中国船舶重工集团公司第七二四研究所