一种全固态毫米波云雷达标定探测系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种全固态毫米波云雷达标定探测系统及方法，包括产生控制信号的控制模块；根据控制信号在同一周期内按设定时序产生一个测试信号和两个发射激励信号的信号产生模块；对接收的测试信号和目标探测回波信号进行放大、下变频处理的毫米波接收模块；根据两个发射激励信号产生探测信号的全固态发射机；将探测信号辐射至空间中以及目标探测回波信号的天馈分系统；对测试信号和目标探测回波信号进行处理的信号处理分系统；对接收的信号处理结果进行显示和记录的主控模块。本发明在同一周期内产生测试信号及发射探测激励信号，实现对接收机的实时在线标定；同时两个发射激励脉冲交替工作，提高雷达探测威力的同时，实现低空补盲。
【专利说明】一种全固态毫米波云雷达标定探测系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及雷达【技术领域】，尤其涉及一种全固态毫米波云雷达标定探测系统及方法。
【背景技术】
[0002]全固态毫米波测云雷达主要用于云、雾、弱降水等目标的探测，利用小粒子对电磁波的散射作用，连续测量站点上空气象目标的回波信号，获取高时空分辨率的气象目标信息，具有全方位、全天候的观测能力，广泛应用于大气科学研究、人工影响天气、云自动化观测、机场气象保障、军事气象保障等方面和领域。
[0003]原有的全固态毫米波测云雷达采用的是同一工作周期内单个工作波形的设计，因此在同一工作周期内不能同时进行系统在线标定和气象目标探测，只能采用离线标定的方式对系统工作状态进行标定，这不能满足雷达长时间连续工作时对系统状态定量监测和标定的要求。此外，采用同一工作周期内单个工作波形的设计方法，当采用单脉冲时，雷达的探测威力受限，无法探测到高空的气象目标；当采用线性调频脉冲时，雷达的探测威力有所提高，但同时带来低空距离盲区较大的问题，无法同时兼顾探测威力与低空距离盲区。这种单一的观测方法损失了空间上的气象目标信息，对于变化较快的云、弱降水等气象目标，无法及时准确地获取其全部信息，造成气象数据获取率降低，数据质量下降，不能充分满足气象研究、气象保障等应用需求。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种全固态毫米波云雷达标定探测系统及方法，解决原有毫米波云雷达标定频次低、观测方法单一、数据缺失、观测效率不高的问题。
[0005]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种全固态毫米波云雷达标定探测系统，包括控制模块、信号产生模块、毫米波接收模块、全固态发射机、天馈分系统、信号处理分系统和主控模块；
[0006]所述控制模块，其用于产生控制信号，控制信号产生模块按设定时序产生所需信号;
[0007]所述信号产生模块，其用于根据控制信号在同一周期内按设定时序产生一个测试信号和两个发射激励信号，并将测试信号发送给毫米波接收模块，将两个发射激励信号发送给全固态发射机；
[0008]所述毫米波接收模块，其用于对接收的测试信号进行放大、下变频处理，将处理后的测试信号发送给信号处理分系统；还用于对天馈分系统接收的回波信号进行放大、下变频处理，将处理后的目标探测回波信号发送给信号处理分系统；
[0009]所述全固态发射机，其用于根据两个发射激励信号产生探测信号经天馈分系统辐射至空间中，发射信号遇到气象目标后产生目标探测回波信号，经天馈分系统接收发送给毫米波接收模块；
[0010]所述信号处理分系统，其用于对毫米波接收模块发送的测试信号和目标探测回波信号进行处理，得到接收机实时标定数据和探测目标回波强度数据，并发送给主控模块；
[0011]所述主控模块，其用于对接收的信号处理结果进行显示和记录。
[0012]本发明的有益效果是:本发明采用控制模块、信号产生模块、毫米波接收模块设计了一个测试信号，能够实现对接收机增益、噪声系数的实时在线标定；在同一周期内产生测试信号及发射激励信号，且两个发射激励脉冲交替工作，可在提高雷达探测威力的同时，实现低空补盲。采用实时标定的雷达探测的数据完整，标定结果准确，保证了对云、雾、弱降水等气象目标长时间连续观测的应用需求。
[0013]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0014]进一步，一个周期内产生一个测试信号和两个发射激励信号，所述测试信号为单脉冲形式，脉冲宽度为?μ s;所述两个发射激励信号分别为第一发射激励脉冲和第二发射激励脉冲，第一发射激励脉冲为单脉冲形式，脉冲宽度为0.3 μ S，第二个发射激励脉冲为线性调频宽脉冲形式，脉冲宽度为12 μ S。
[0015]采用上述进一步方案的有益效果:一个测试信号和两个发射激励信号工作在一个周期内，测试波形可实现接收机增益、噪声系数的实时测试；探测信号实现目标探测，实现了实时标定与雷达工作的同时进行，提高了工作效率。
[0016]进一步，所述第一发射激励脉冲用于探测30米至5.4公里范围内的气象目标，所述第二发射激励脉冲用于探测1.8公里至15公里范围内的气象目标。
[0017]采用上述进一步方案的有益效果:两个工作波形(发射激励脉冲产生的探测信号)，可兼顾低空补盲和探测威力，在一个工作周期内实现全探测高度范围内的气象目标探测。
[0018]进一步，所述信号处理分系统对测试信号进行实时采样，计算得出接收机噪声系数和测试信号幅度值，并推导得出接收机增益。
[0019]进一步所述信号处理分系统对两个发射激励脉冲的回波信号分别进行处理，得到回波强度数据，并对重合高度内的数据进行融合，实现低空补盲。
[0020]本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下:一种全固态毫米波云雷达标定探测方法，包括如下步骤:
[0021]步骤I，控制模块产生控制信号发送给信号产生模块；
[0022]步骤2，信号产生模块根据控制信号在同一周期内按设定时序产生一个测试信号和两个发射激励信号，并将测试信号发送给毫米波接收模块，将两个发射激励信号发送给全固态发射机；
[0023]步骤3，毫米波接收模块对接收的测试信号进行放大、下变频处理，将处理后的测试信号发送给信号处理分系统，所述全固态发射机根据两个发射激励信号产生探测信号经天馈分系统辐射至空间中；
[0024]步骤4，天馈分系统接收目标探测回波信号发送给毫米波接收模块；
[0025]步骤5，毫米波接收模块对天馈分系统采集的回波信号进行放大、下变频处理，将处理后的目标探测回波信号发送给信号处理分系统；
[0026]步骤6，信号处理分系统分别对毫米波接收模块发送的测试信号和目标探测回波信号进行处理，得到接收机实时标定数据和探测目标回波强度数据，并发送给主控模块；
[0027]步骤7，主控模块对接收的信号处理结果进行显示和记录。
[0028]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0029]进一步，一个周期内产生一个测试信号和两个发射激励信号，所述测试信号为单脉冲形式，脉冲宽度为?μ s;所述两个发射激励信号分别为第一发射激励发射脉冲和第二发射激励发射脉冲，第一发射激励脉冲为单脉冲形式，脉冲宽度为0.3 μ S，第二个发射激励脉冲为线性调频宽脉冲形式，脉冲宽度为12 μ S。
[0030]进一步，所述第一发射激励脉冲用于探测30米至5.4公里范围内的气象目标，所述第二发射激励脉冲用于探测1.8公里至15公里范围内的气象目标。
[0031]进一步，所述信号处理分系统对测试信号进行实时采样，计算得出接收机噪声系数和测试信号幅度值，并推导得出接收机增益。
[0032]进一步，所述信号处理分系统对两个发射激励脉冲的回波信号分别进行处理，得到回波强度数据，并对重合高度内的数据进行融合，实现低空补盲。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为本发明所述一种全固态毫米波云雷达标定探测系统框图；
[0034]图2为本发明所述波形产生模块产生的波形时序图；
[0035]图3为本发明一种全固态毫米波云雷达标定探测方法流程图。
[0036]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0037]1、控制模块，2、信号产生模块，3、毫米波接收模块，4、全固态发射机，5、天馈分系统，6、信号处理分系统，7、主控模块。
【具体实施方式】
[0038]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0039]如图1所示，一种全固态毫米波云雷达标定探测系统，包括控制模块1、信号产生模块2、毫米波接收模块3、全固态发射机4、天馈分系统5、信号处理分系统6和主控模块7 ；所述控制模块1，其用于产生控制信号，控制信号产生模块2按设定时序产生所需信号；所述信号产生模块2，其用于控制信号在同一周期内按设定时序产生一个测试信号和两个发射激励信号，并将测试信号发送给毫米波接收模块3，将两个发射激励信号发送给全固态发射机4 ;所述毫米波接收模块3，其用于对接收的测试信号进行放大、下变频处理，得到放大后的中频测试信号，放大后的中频测试信号发送给信号处理分系统6 ;还用于对天馈分系统5接收的回波信号进行放大、下变频处理，将处理后的目标探测回波信号发送给信号处理分系统6 ;所述全固态发射机4，其用于根据两个发射激励信号产生探测信号经天馈分系统5辐射至空间中，发射信号遇到气象目标后产生目标探测回波信号，经天馈分系统5接收发送给毫米波接收模块3 ;所述信号处理分系统6，其用于对毫米波接收模块3发送的测试信号和目标探测回波信号进行处理，得到接收机实时标定数据和探测目标回波强度数据，并发送给主控模块；所述主控模块7，其用于对接收的信号处理结果进行显示和记录。
[0040]如图2所示，一个测试信号和两个发射激励信号工作在一个周期内。所述测试信号为单脉冲形式，脉冲宽度为I μ S，所述两个发射激励信号分别为第一发射激励发射脉冲和第二发射激励发射脉冲，第一发射激励脉冲为单脉冲形式，脉冲宽度为0.3 μ S，第二个发射激励脉冲为线性调频宽脉冲形式，脉冲宽度为12ys。在同一个工作周期内，先发射第一发射激励脉冲，再发射第二发射激励脉冲；接着在下一个工作周期内，再依次发射第一发射激励脉冲和第二发射激励脉冲。因此第一发射激励脉冲和第二发射激励脉冲交替工作。第二发射激励脉冲采用了线性调频宽脉冲，它的发射回波信号采用脉冲压缩技术进行处理。
[0041]第一发射激励脉冲I的探测威力不足，但是距离盲区很小，而第二发射激励脉冲工作脉冲的雷达探测威力较强，但是低空距离盲区很大。本申请采用两个工作脉冲交替工作，既提高了探测威力，又实现了低空补盲，兼顾了低空的探测。
[0042]两个发射激励脉冲波形输入至全固态发射机4，全固态发射机4对发射激励脉冲波形进行放大后，输出发射信号至天馈分系统5，天馈分系统5对发射信号进一步放大后，将发射信号辐射至空间中。其中第一发射激励脉冲对应的单脉冲波形用于探测30米至5.4公里范围内的气象目标，第二发射激励脉冲对应的线性调频宽脉冲波形用于探测1.8公里至15公里范围内的气象目标。气象目标产生的后向散射回波信号经天馈分系统5后输入至毫米波接收模块3，毫米波接收模块3对回波信号进行放大、下变频处理，输出放大后的中频信号。
[0043]信号处理分系统6对测试信号进行实时采样，计算得出接收机噪声系数和测试信号幅度值，并推导得出接收机增益。信号处理分系统6对两个目标探测回波信号分别进行处理，得到回波强度数据，并对重合高度内的数据进行融合，实现低空补盲。在同一个重复周期内，先进行测试信号的处理，再进行回波信号的处理。
[0044]如图3所示，一种全固态毫米波云雷达标定探测方法，包括如下步骤:
[0045]步骤I，控制模块I产生控制信号发送给信号产生模块2 ；
[0046]步骤2，信号产生模块2根据控制信号在同一周期内按设定时序产生一个测试信号和两个发射激励信号，并将测试信号发送给毫米波接收模块3，将两个发射激励信号发送给全固态发射机4;
[0047]步骤3，毫米波接收模块3对接收的测试信号进行放大、下变频处理，将处理后的测试信号发送给信号处理分系统6，所述全固态发射机4根据两个发射激励信号产生探测信号经天馈分系统5辐射至空间中，发射信号遇到气象目标后产生目标探测回波信号，经天馈分系统5接收发送给毫米波接收模块3 ；
[0048]步骤4，毫米波接收模块3对天馈分系统5采集的回波信号进行放大、下变频处理，将处理后的目标探测回波信号发送给信号处理分系统6 ；
[0049]步骤5，信号处理分系统6分别对毫米波接收模块3发送的测试信号和目标探测回波信号进行处理，得到接收机实时标定数据和探测目标回波强度数据，并发送给主控模块；
[0050]步骤6，主控模块7对接收的信号处理结果进行显示和记录。
[0051 ] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种全固态毫米波云雷达标定探测系统，其特征在于，包括控制模块(I)、信号产生模块(2)、毫米波接收模块(3)、全固态发射机(4)、天馈分系统(5)、信号处理分系统(6)和主控模块(7)； 所述控制模块(I)，其用于产生控制信号，控制信号产生模块(2)按设定时序产生所需信号; 所述信号产生模块(2)，其用于根据控制信号在同一周期内按设定时序产生一个测试信号和两个发射激励信号，并将测试信号发送给毫米波接收模块(3)，将两个发射激励信号发送给全固态发射机(4)； 所述毫米波接收模块(3)，其用于对接收的测试信号进行放大、下变频处理，将处理后的测试信号发送给信号处理分系统(6);还用于对天馈分系统(5)接收的回波信号进行放大、下变频处理，将处理后的目标探测回波信号发送给信号处理分系统(6)； 所述全固态发射机(4)，其用于根据两个发射激励信号产生探测信号经天馈分系统(5)辐射至空间中，发射信号遇到气象目标后产生目标探测回波信号，经天馈分系统(5)接收发送给毫米波接收模块(3)； 所述信号处理分系统￠)，其用于对毫米波接收模块(3)发送的测试信号和目标探测回波信号进行处理，得到接收机实时标定数据和探测目标回波强度数据，并发送给主控模块； 所述主控模块(7)，其用于对接收的信号处理结果进行显示和记录。
2.根据权利要求1所述一种全固态毫米波云雷达标定探测系统，其特征在于，一个周期内产生一个测试信号和两个发射激励信号，所述测试信号为单脉冲形式，脉冲宽度为Iys;所述两个发射激励信号分别为第一发射激励脉冲和第二发射激励脉冲，第一发射激励脉冲为单脉冲形式，脉冲宽度为0.3 μ S，第二个发射激励脉冲为线性调频宽脉冲形式，脉冲宽度为12 μ S。
3.根据权利要求2所述一种全固态毫米波云雷达标定探测系统，其特征在于，所述第一发射激励脉冲用于探测30米至5.4公里范围内的气象目标，所述第二发射激励脉冲用于探测1.8公里至15公里范围内的气象目标。
4.根据权利要求1所述一种全固态毫米波云雷达标定探测系统，其特征在于，所述信号处理分系统(6)对测试信号进行实时采样，计算得出接收机噪声系数和测试信号幅度值，并推导得出接收机增益。
5.根据权利要求1所述一种全固态毫米波云雷达标定探测系统，其特征在于，所述信号处理分系统(6)对两个发射激励脉冲的回波信号分别进行处理，得到回波强度数据，并对重合高度内的数据进行融合，实现低空补盲。
6.一种全固态毫米波云雷达标定探测方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤I，控制模块(I)产生控制信号发送给信号产生模块(2); 步骤2，信号产生模块(2)根据控制信号在同一周期内按设定时序产生一个测试信号和两个发射激励信号，并将测试信号发送给毫米波接收模块(3)，将两个发射激励信号发送给全固态发射机⑷； 步骤3，毫米波接收模块(3)对接收的测试信号进行放大、下变频处理，将处理后的测试信号发送给信号处理分系统￠)，所述全固态发射机(4)根据两个发射激励信号产生探测信号经天馈分系统(5)辐射至空间中，发射信号遇到气象目标后产生目标探测回波信号，经天馈分系统(5)接收发送给毫米波接收模块(3)； 步骤4，毫米波接收模块(3)对天馈分系统(5)接收的回波信号进行放大、下变频处理，将处理后的目标探测回波信号发送给信号处理分系统(6)； 步骤5，信号处理分系统(6)分别对毫米波接收模块(3)发送的测试信号和目标探测回波信号进行处理，得到接收机实时标定数据和探测目标回波强度数据，并发送给主控模块(7)； 步骤6，主控模块(7)对接收的信号处理结果进行显示和记录。
7.根据权利要求6所述一种全固态毫米波云雷达标定探测方法，其特征在于，一个周期内产生一个测试信号和两个发射激励信号，所述测试信号为单脉冲形式，脉冲宽度为Iys;所述两个发射激励信号分别为第一发射激励脉冲和第二发射激励脉冲，第一发射激励脉冲为单脉冲形式，脉冲宽度为0.3 μ S，第二个发射激励脉冲为线性调频宽脉冲形式，脉冲宽度为12 μ S。
8.根据权利要求7所述一种全固态毫米波云雷达标定探测方法，其特征在于，所述第一发射激励脉冲用于探测30米至5.4公里范围内的气象目标，所述第二发射激励脉冲用于探测1.8公里至15公里范围内的气象目标。
9.根据权利要求6所述一种全固态毫米波云雷达标定探测方法，其特征在于，所述信号处理分系统(6)对测试信号进行实时采样，计算得出接收机噪声系数和测试信号幅度值，并推导得出接收机增益。
10.根据权利要求6所述一种全固态毫米波云雷达标定探测方法，其特征在于，所述信号处理分系统(6)对两个发射激励脉冲的回波信号分别进行处理，得到回波强度数据，并对重合高度内的数据进行融合，实现低空补盲。
【文档编号】G01S7/40GK104459649SQ201410698554
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】周亭亭, 魏艳强, 冯凯, 王志锐 申请人:北京无线电测量研究所