低功率毫米波测云方法
【专利摘要】本发明公开了一种低功率毫米波测云方法，由天线、收发单元、电源和终端组成低功率毫米波测云仪；收发单元产生稳定的经过调制的毫米波信号，通过天线向空中辐射出去，然后接收来至天线，由云散射回来的毫米波信号，经解码并转换成数值信号，对应累加，送给终端；终端完成信号功率谱分析，谱累加，识别云特征量；终端还对收发单元进行设置，设置收发单元发射脉冲宽度和脉冲重复频率。本发明可以解决利用较低功率毫米波实现传统的大功率毫米波的测云效果。
【专利说明】低功率毫米波测云方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于一种气象测量方法。
【背景技术】
[0002] 传统激光测云仪，采用可见或近红外激光探测云，激光波长在微米量级，由于波 长小于云粒子直径，因此到多数情况不能穿透云，只能探测云底。大气中气溶胶也能对激光 产生衰减，因此在有雾霾的天气，探测能力严重下降，甚至探测不到云。而毫米波受气溶胶 的衰减可以忽略，云粒子的衰减也比激光小的多，可以很好地探测云，获取云底、云的结构。 传统的毫米波探测往往需要发射毫米电磁波的峰值达几百瓦至十几千瓦，甚至更大。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种低功率毫米波测云方法，以解决利用较低功率毫米波实 现传统的大功率毫米波的测云效果。
[0004] 为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下： 一种低功率毫米波测云方法，由天线、收发单元、电源和终端组成低功率毫米波测云 仪；收发单元产生稳定的经过调制的脉冲宽度设置的毫米波信号，发射脉冲峰值功率只有 三分之一瓦至十几瓦，通过天线向空中辐射出去，然后接收来至天线，由云散射回来的毫米 波信号，经解码或解调并转换成数值信号，对应累加；低功率毫米波测云方法的工作流程： 赋值累加次数N，发射毫米波脉冲，接收毫米波信号，对应累加，如果N-1不等于0,再次发射 毫米波脉冲，接收毫米波信号，对应累加，直至N-1等于0,检查M-1是否等于0,如果不等 于0,设置下一组脉冲宽度和脉冲重复频率，发射毫米波脉冲，接收毫米波信号，对应累加， 直至等于〇,将上述过程获得数据传送给终端；收发单元重复上述工作；终端是一台微 机，终端完成信号功率谱分析，谱累加，识别包括云底高、云顶高等云特征量和显示云廓线； 终端工作流程如下，终端不断接收收发单元送来的数据，当有C组数据时，终端进行数据处 理，数据处理包括功率谱分析，谱累加，云顶高度、云底高度分析和显示；C 一般大于32,可 以事先设置；终端还对收发单元进行设置，设置收发单元发射脉冲宽度和脉冲重复频率； 脉冲宽度赋值Μ，Μ可以是大于1的整数，表示有几组脉冲宽度和脉冲重复频率值，根据Μ设 置脉冲宽度和脉冲重复频率。
[0005] 对应累加是指每次发射毫米波脉冲后，在Τ/2到1/F时间内接收到η (如1024)个 数据，将每次发射毫米波脉冲后η个数据，按时间顺序对应累加。Τ为发射毫米波脉冲宽度， F是脉冲重复频率。
[0006] 本发明的优点是低功率毫米波测云仪发射毫米电磁波的峰值只有三分之一瓦至 十几瓦，就能实现传统的云雷达发射毫米电磁波的峰值几百瓦至十几千瓦，甚至更大的探 测效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 图1是本发明的低功率毫米波测云仪的结构框图。
[0008] 图2是本发明收发单元的工作流程图。
[0009] 图3是本发明终端工作流程图。
【具体实施方式】
[0010] 本发明的所述的低功率毫米波测云仪由天线、收发单元、电源和终端组成。
[0011] 参见图1，天线由反射面和馈源组成，用于发射和接收毫米波信号，天线固定指向 天空。收发单元产生稳定的经过调制的毫米波信号，通过天线向空中辐射出去，然后接收来 至天线，由云散射回来的毫米波信号，经解码并转换成数值信号，对应累加后送给终端，终 端是一台微机。终端完成信号功率谱分析，谱累加，识别云特征量(云底高、云顶高)。显示 云廓线。终端还对收发单元进行设置，设置收发单元发射脉冲宽度和脉冲重复频率。
[0012] 工作流程： 收发单元工作流程如图2所示。脉冲宽度赋值M，M可以是大于1的整数(例如3)，表示 有几组脉冲宽度和脉冲重复频率值，根据Μ设置脉冲宽度和脉冲重复频率。赋值累加次数 Ν，发射毫米波脉冲，接收毫米波信号，对应累加，如果Ν-1不等于0,再次发射毫米波脉冲， 接收毫米波信号，对应累加，直至Ν-1等于0,检查Μ-1是否等于0,如果不等于0,设置下一 组脉冲宽度和脉冲重复频率，发射毫米波脉冲，接收毫米波信号，对应累加，直至Μ-1等于 0，将上述过程获得数据传送给终端。收发单元重复上述工作。
[0013] 终端工作流程图3所示。终端不断接收收发单元送来的数据，当有C组数据时，终 端进行数据处理，数据处理包括功率谱分析，云顶高度、云底高度分析和显示。C 一般大于 64,可以事先设置。
[0014] 方法特点： (1)采用低峰值功率(三分之一瓦至十几瓦)，经过调制的脉冲毫米波脉冲作为发射脉 冲向空中辐射电磁波；将接收到Ν个脉冲产生的散射信号进行对应累加平均，增强信号强 度，抑制噪声。通过上述发射和接收处理实现小峰值功率发射条件下高探测性能。即通过 上述发射和接收处理实现发射脉冲峰值功率只有三分之一瓦至十几瓦，而探测能力与发射 毫米电磁波峰值功率几百瓦至十几千瓦的传统云雷达相当或更高。
[0015] (2)采用不同宽度发射脉冲和不同脉冲重复频率组合，在发射宽脉冲Τ1时，脉冲 重复频率F1低，对应累加平均数Α1少；发射窄脉冲Τ2时，脉冲重复频率F2高，对应累加平 均数Α2多。
[0016] 当A1/F1= A2/F2,发射宽脉冲和发射窄脉冲，对接收到Ν个脉冲产生的散射信号 进行对应累加平均的效果(增强信号强度，抑制噪声）就会相当。
[0017] 当A1/F1= A2/F2,且A1*T1= A2*T2,发射宽脉冲和发射在脉冲的探测能力就会相 当。
[0018] 例子： 探测距离范围3 - 15KM 脉冲宽度Tl=20us重复频率Fl=8000Hz，积累数Al=64,积累时间=64/8000=0. 008s 探测距离范围0. 75 - 3KM 脉冲宽度T2=5us 重复频率F2=32000Hz 积累数A2=256,积累时间 =256/32000=0.008s 探测距离范围0. 3 - 0. 75KM 脉冲宽度T3=2us 重复频率F3=128000Hz 积累数A3=1024,积累时间 =1024/128000=0. 008s
【权利要求】
1. 一种低功率毫米波测云方法，由天线、收发单元、电源和终端组成低功率毫米波测云 仪；收发单元产生稳定的经过调制的脉冲宽度设置的毫米波信号，发射脉冲峰值功率只有 三分之一瓦至十几瓦，通过天线向空中辐射出去，然后接收来至天线，由云散射回来的毫米 波信号，经解码或解调并转换成数值信号，对应累加；低功率毫米波测云方法的工作流程： 赋值累加次数N，发射毫米波脉冲，接收毫米波信号，对应累加，如果N-1不等于0,再次发射 毫米波脉冲，接收毫米波信号，对应累加，直至N-1等于0,检查M-1是否等于0,如果不等 于0,设置下一组脉冲宽度和脉冲重复频率，发射毫米波脉冲，接收毫米波信号，对应累加， 直至等于〇,将上述过程获得数据传送给终端；收发单元重复上述工作；终端是一台微 机，终端完成信号功率谱分析，谱累加，识别包括云底高、云顶高等云特征量和显示云廓线； 终端工作流程如下，终端不断接收收发单元送来的数据，当有C组数据时，终端进行数据处 理，数据处理包括功率谱分析，谱累加，云顶高度、云底高度分析和显示；C 一般大于32,可 以事先设置；终端还对收发单元进行设置，设置收发单元发射脉冲宽度和脉冲重复频率； 脉冲宽度赋值Μ，Μ可以是大于1的整数，表示有几组脉冲宽度和脉冲重复频率值，根据Μ设 置脉冲宽度和脉冲重复频率。
【文档编号】G01S17/95GK104215955SQ201410415750
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】高玉春, 马舒庆, 刘丽华, 陈炎, 王钢, 何建新, 谢承华, 王文明 申请人:西安华腾微波有限责任公司