一种相控阵天气雷达控制系统及方法与流程

本发明涉及相控阵技术领域，具体涉及一种相控阵天气雷达控制系统及方法。

背景技术：

相控阵天气雷达相比传统体制天气雷达，具有高时间分辨率、高灵活性等优势，但是相控阵天气雷达系统由于采用相控阵体制，系统标校、波导天线阵、数字收发模块、数据合成、信号处理等技术更加有难度，数据处理更加复杂。尤其针对作用范围内的变化快、强度大的天气目标(例如小尺度系统灾害天气(龙卷、冰雹、暴雨等))，由于其变化快、对实时性要求高的特点，普通的监测手段不能快速实时控制和修改观测参数。因此，如何能够实时、准确获取这类天气目标的强度和三维速度等信息，实现对该类天气的精细化探测，从而提高相控阵天气雷达系统的实时性，实现性能完善的实时控制成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中不能实时控制相控阵天气雷达系统的缺陷，从而提供一种相控阵天气雷达控制系统及方法。

根据第一方面，本发明实施例公开了一种相控阵天气雷达控制系统，包括：显控系统、主控系统，其中，所述显控系统包括：获取模块，用于获取控制指令；第一发送模块，用于根据所述控制指令向所述主控系统发送控制数据包；第一接收模块，用于接收所述主控系统发送的反馈数据包；监测模块，用于根据所述反馈数据包监测相控阵天气雷达系统的运行状态；所述主控系统包括：第二接收模块，用于接收所述显控系统发送的所述控制数据包；控制模块，用于根据所述控制数据包控制所述相控阵天气雷达系统；第二发送模块，用于根据控制过程向所述显控模块发送反馈数据包。

结合第一方面，根据第一方面第一实施方式，所述主控系统采用powerpc架构。

结合第一方面，根据第一方面第二实施方式，所述控制模块包括：解析子模块，用于解析所述控制数据包；判断子模块，用于根据所述解析的控制数据包判断用户要进行的工作模式；控制子模块，用于根据所述工作模式控制所述相控阵天气雷达系统。

结合第一方面，根据第一方面第三实施方式，所述显控系统还包括：第一获取子模块，用于获取所述反馈数据包的报文头；第二获取子模块，用于当所述报文头满足预设条件时，获取所述反馈数据包的数组内容；新数组获得模块，用于将所述数组内容打包得到新数组；发送子模块，用于根据所述新数组发送目标信号；显示模块，用于根据所述目标信号显示目标数据。

结合第一方面，根据第一方面第四实施方式，所述控制模块包括：时序控制子模块，用于设置不同脉冲个数和脉冲重复时间，根据所述脉冲个数和脉冲重复时间控制频率源模块形成相应的同步脉冲周期；监测及分析子模块，用于监测所述相控阵天气雷达系统的各个设备，并根据监测信息分析所述各个设备状态；报警子模块，用于当所述各个设备状态超过预设值时，发出警告信号。

结合第一方面第二方式或第一方面第四实施方式，在第一方面第五实施方式中，所述控制模块还包括：测试子模块，用于根据所述解析的控制数据包进行不同功能的测试；标校子模块，用于在每个脉冲周期内进行自动标校。

结合第一方面，根据第一方面第六实施方式，所述相控阵天气雷达控制系统还包括：网络交换机，分别与所述主控系统和所述显控系统连接，用于传输信息。

根据第二方面，本发明实施例还公开了一种相控阵天气雷达控制方法，包括如下步骤：获取控制命令；通过显控系统根据所述控制命令将控制数据包发送给主控系统；通过所述主控系统根据所述控制数据包控制相控阵天气雷达系统，包括：时序控制、监测和分析、报警、测试和标校。

结合第一方面，在第二方面第一实时方式中，所述方法还包括：获取所述主控系统根据所述控制数据包发送的反馈数据包；根据所述反馈数据包监测显示所述相控阵天气雷达系统的目标数据。

结合第二方面第一实施方式，在第二方面第二实施方式中，所述根据所述反馈数据包监测显示所述相控阵天气雷达系统的目标数据，包括：获取所述反馈数据包的报文头；当所述报文头满足预设条件时，获取所述反馈数据包的数组内容；将所述数组内容打包得到新数组；根据所述新数组发送目标信号；根据所述目标信号显示目标数据。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的相控阵天气雷达控制系统，包括：显控系统、主控系统，显控系统包括：获取模块，用于获取控制指令，第一发送模块，用于根据控制指令向主控系统发送控制数据包，第一接收模块，用于接收主控系统发送的反馈数据包，监测模块，用于根据反馈数据包监测相控阵天气雷达系统的运行状态，主控系统包括：第二接收模块，用于接收显控系统发送的控制数据包，控制模块，用于根据控制数据包控制相控阵天气雷达系统，第二发送模块，用于根据控制过程向显控模块发送反馈数据包，能够根据观测目标的变化实时进行相控阵天气雷达控制系统主要观测参数的控制，能够实现在1min完成一次高时空分辨率观测，为大气科学研究与应用、开展人工消云和增减雨雪作业提供重要的支撑。

本发明提供的相控阵天气雷达控制方法，通过获取控制命令，通过显控系统根据控制命令将控制数据包发送给主控系统，通过主控系统根据控制数据包控制相控阵天气雷达系统，能够根据观测目标的变化实时进行相控阵天气雷达控制系统主要观测参数的控制，能够实现在1min完成一次高时空分辨率观测，为大气科学研究与应用、开展人工消云和增减雨雪作业提供重要的支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中相控阵天气雷达控制系统的一个具体示例的原理框图；

图2为本发明实施例中显控系统的控制命令流程图；

图3为本发明实施例中显控系统的接收显示流程图；

图4为本发明实施例2中相控阵天气雷达控制方法的一个具体示例的流程图。

具体实施方

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种相控阵天气雷达控制系统，如图1所示，包括：显控系统10和主控系统20。

示例性地，在本发明实施例中，主控系统的软件采用基于vxworks嵌入式实时操作系统，硬件上采用powerpc架构的主控机，显控系统软件采用基于qt的跨平台c++图形用户界面应用程序开发框架进行显示，qt无需采用数据库，实时显示与实时存储与调用。

本发明硬件上采用实时处理功能强、多任务工作性能高的设备，软件上采用嵌入式实时操作系统vxworks和面向对象框架的qt进行控制与显示设计，能够充分发挥相控阵高灵活性、高时间分辨率等优势。能够根据观测目标的变化实时进行相控阵天气雷达控制系统主要观测参数的控制，能够实现在1min完成一次高时空分辨率观测，为大气科学研究与应用、开展人工消云和增减雨雪作业提供重要的支撑。

作为本申请一个可选实施方式，相控阵天气雷达控制系统还包括：

网络交换机30，分别与主控系统20和显控系统10连接，用于传输信息。

示例性地，显控系统10和主控系统20利用网络交换机通过udp协议进行通信，技术成熟可靠，能够具备通用化设计，只需要一个网络交换机，即可实现不同设备的通信功能，确保数据实时转发。主控系统20和显控系统10采用双向判机制，显控系统10向主控系统20发送控制指令，主控系统20根据控制指令进行相控阵天气雷达控制系统的多任务操作与控制，主控系统20回送显控系统10反馈数据包，显控系统10根据反馈数据包进行相控阵天气雷达控制系统的状态监测和数据显示。

其中，显控系统10包括：获取模块101、第一发送模块102、第一接收模块103和监测模块104，主控系统20包括：第二接收模块201、控制模块202和第二发送模块203，以下结合该显控系统10与主控系统20的各个模块之间的交互过程，描述本发明实施例的相控阵天气雷达控制系统的具体执行过程：

获取模块101，用于获取控制指令。

示例性地，该控制指令是用户在显控软件的ui界面输入的，该控制指令可以为工作模式的切换，其中，工作模式包括空闲、工作和维护，工作模式的切换可以为空闲模式切换为工作模式，也可以为空闲模式切换为维护模式，本发明对该控制指令不作限定，可以根据用户实际需求进行选择。

第一发送模块102，用于根据控制指令向主控系统发送控制数据包。

示例性地，如图2所示，当切换到某个功能时，显控软件通过显控系统设计的ui界面，由界面对应的控件得到相应的数值，例如系统参数、扫描参数、波束参数、波形参数、信号处理参数、伺服参数及其他参数，发送给frame组件，然后由frame将这一些参数一起打包发出，当comminterface通信子程序接收到这个信号的时候，把frame发送的信息通过udp进行传输到组播地址，由主控软件进行读取，以供主控系统对相控阵天气雷达系统进行实时控制。

第二接收模块201，用于接收显控系统发送的控制数据包。

示例性地，主控系统20的主控软件首先会进行上电操作，vxworks系统启动，加载系统默认参数，包括系统配置项、设备参数等，加载完毕后第二接收模块201接收显控系统10发送的控制数据包，判断要进行的工作模式，根据工作模式对相控阵天气雷达系统进行控制。

控制模块202，用于根据控制数据包控制相控阵天气雷达系统。

示例性地，控制模块202根据第二接收模块201接收的数据控制包对相控阵天气雷达系统进行控制，该控制模块202具体可以包括：

解析子模块，用于解析控制数据包。

判断子模块，用于根据解析的控制数据包判断用户要进行的工作模式。

控制子模块，用于根据工作模式控制相控阵天气雷达系统。

示例性地，主控系统20根据控制数据包进行解析，判断用户将要进行的工作模式，工作模式分别为空闲，工作，维护3种状态，空闲状态下数字tr不发射波形；工作状态下根据要求可进行ppi、vol、rhi和固定指向四种工作任务；其中，ppi指的是平面显示相控阵天气雷达扫描的数据，即相控阵天气雷达在仰角固定、方位角作0o-360o的环扫得到的数据；rhi指的是距离一定高度显示相控阵天气雷达扫描的数据，即相控阵天气雷达在方位角固定、仰角自下而上垂直扫描得到的数据；vol指的是体积扫描，即一组不同仰角的ppi扫描组成，仰角数可选为9-20个；固定指向指的是雷达不转动，只观测一个方向。维护状态，可根据不同控制命令进行不同的测试，测试可以包括：幅相一致性测试、天线方向图测试、角编码测试、天线转速测试、天线转动平稳性测试、系统调试、天线近场测试、天线远场测试、强度标校、速度标校、谱宽标校、噪声测试、动态范围标校、太阳标校等维护测试项。

第二发送模块203，用于根据控制过程向显控模块发送反馈数据包。

第一接收模块103，用于接收主控系统发送的反馈数据包。

示例性地，主控系统20的主控软件将检测数据回送给显控系统10的显控软件时，显控系统10检测组播网络有没有主控系统20发送给显控软件的数据，当检测到有数据时，接收并显示该数据。

监测模块104，用于根据反馈数据包监测相控阵天气雷达系统的运行状态。

示例性地，如图3所示，当comminterface通信子程序接收到这个信号的时候，把反馈数据包的数据发送给显控软件，显控软件在ui界面显示对应的数据，同时便于用户实时监测数据，发现问题，及时处理。

作为本申请一个可选实施方式，第一接收模块103接收到反馈数据包后，为了便于操作人员监测和查看数据，需要在ui界面显示反馈数据包的数据，该显控系统10还包括：

第一获取子模块，用于获取反馈数据包的报文头。

示例性地，当检测到数据时，获取反馈数据包的报文头信息，具体地，通过配置本地报文头获取，可以在不影响接口接收和转发报文的前提下，将报文头捕获并保存到显控软件的指定位置，然后对报文头进行判定，对当前的数据进行监控和分析。

第二获取子模块，用于当报文头满足预设条件时，获取反馈数据包的数组内容。

示例性地，当反馈数据包为udp报文时，报文头包括2字节源端口字段、2字节目的端口字段、2字节长度字段和2字节校验和字段，当上述报文组成部分全部正确时，判断获取的报文头符合udp报文的格式，就会获取反馈数据包的数组内容。

新数组获得模块，用于将数组内容打包得到新数组。

示例性地，数组是以一个名称和一块相连的内存地址来存储多个相同数据类型的数据，在本发明实施例中，在上述获得的数组之前加入内部约定的报文头之后组成新的数组。

发送子模块，用于根据新数组发送目标信号，当形成新的数组后发送一个信号，告诉显控软件已经形成新的数组，便于显控软件的ui界面显示该数据。

显示模块，用于根据目标信号显示目标数据。

示例性地，当出现上述目标信号的时候，各个ui界面会检测到这个信号，然后就会识别数据的帧标识和帧类型，当帧标识和帧类型都正确的时候，就会读取数据内容，然后再解析内部的数据，最终在ui界面显示。

主控软件与数字收发模块、频率源模块通过光纤进行通信，与波束合成组合和信号处理组合通过自定义总线进行通信。通过自定义总线背板插件进行信息交换，主控软件将波束合成组合和信号处理组合、数字收发模块及频率源模块等设备控制字先通过自定义总线发送给信号处理组合插件内的不同缓存内，之后按照各设备的物理接口协议将数据发送给分系统；数字收发模块及频率源模块物理传输接口为光纤。信号处理组合通过计算机板载的4路异步串口向伺服组合(双向通信)、加电组合(双向通信)、光功分放大组合(双向通信：发送信息指令，接收监测信息)、风机监测(只收监测信息)、程控衰减器(单向通信：只进行控制)等进行通讯，通过串口获取角编码、伺服状态信息以及加电模块等信息。

作为本申请一个可选实施方式，当主控系统20解析到用户要进行的工作模式后，要按照该工作模式控制相控阵天气雷达系统，控制模块202包括：

时序控制子模块，用于设置不同脉冲个数和脉冲重复时间，根据脉冲个数和脉冲重复时间控制频率源模块形成相应的同步脉冲周期。

示例性地，时序控制包括系统同步脉冲周期、脉冲重复周期、脉冲个数等产生与控制；主控软件能够设置不同的脉冲个数和脉冲重复时间,根据脉冲个数和脉冲重复时间两者的乘积,控制频率源模块形成相应的同步脉冲周期,此周期信号作为整个相控阵天气雷达系统的同步工作基准，信号处理组合根据系统同步脉冲周期进行数据合成等相关算法实现。

监测及分析子模块，用于监测相控阵天气雷达系统的各个设备，并根据监测信息分析各个设备状态；

示例性地，监测与分析可以为主控系统20根据相控阵天气雷达系统的实时状态信息进行监测，分析各个设备的状态，其中，实时状态信息可以包括：接收数字收发模块、频率源模块、波束合成组合和信号处理组合、加电组合、伺服组合等的电源正常与故障、信号正常与故障、通信有无等状态，根据上述实时状态信息分析各个设备的状态。

报警子模块，用于当各个设备状态超过预设值时，发出警告信号。

示例性地，对上述的各个实时状态信息设置不同的预设值，根据接收到的实时状态信息和预设值进行比对，进而对各个设备的状态信息进行判断，当各个设备状态超过预设值时，发出警告信号，提示操作人员设备有问题，进而便于操作人员及时修理。

功能调度模块，用于不同工作状态下的功能调度，例如，当工作状态从空闲变为工作时，调度工作状态时对应的控制功能，当工作状态从工作变为维护时，调用维护状态时对应的控制功能。

数据保存模块，用于保存雷达观测数据、维护测试数据等数据。

作为本申请一个可选实施方式，控制模块202还包括：

测试子模块，用于根据解析的控制数据包进行不同功能的测试。

示例性地，测试可以包括：幅相一致性测试、天线方向图测试、角编码测试、天线转速测试、天线转动平稳性测试、系统调试、天线近场测试、天线远场测试等，具体测试过程属于现有技术，在此不再赘述。

标校子模块，用于在每个脉冲周期内进行自动标校。

示例性地，自动标校包括：强度标校、速度标校、谱宽标校、动态范围标校、太阳标校等，具体标校过程属于现有技术，在此不再赘述。

实施例2

本发明实施例提供一种相控阵天气雷达控制方法，如图4所示，包括：

步骤s41：获取控制指令。具体实现方式见实施例1中对应模块的相关描述，在此不再赘述。

步骤s42：通过显控系统根据所述控制命令将控制数据包发送给主控系统。具体实现方式见实施例1中对应模块的相关描述，在此不再赘述。

步骤s43：通过所述主控系统根据所述控制数据包控制相控阵天气雷达系统。具体实现方式见实施例1中对应模块的相关描述，在此不再赘述。

本发明提供的相控阵天气雷达控制方法，通过获取控制命令，通过显控系统根据控制命令将控制数据包发送给主控系统，通过主控系统根据控制数据包控制相控阵天气雷达系统，能够根据观测目标的变化实时进行相控阵天气雷达控制系统主要观测参数的控制，能够实现在1min完成一次高时空分辨率观测，为大气科学研究与应用、开展人工消云和增减雨雪作业提供重要的支撑。

作为本申请一个可选实施方式，该相控阵天气雷达控制方法还包括：

获取所述主控系统根据所述控制数据包发送的反馈数据包。具体实现方式见实施例1中对应模块的相关描述，在此不再赘述。

根据所述反馈数据包监测显示所述相控阵天气雷达系统的目标数据。具体实现方式见实施例1中对应模块的相关描述，在此不再赘述。

作为本申请一个可选实施方式，所述通过所述主控系统根据所述控制数据包控制相控阵天气雷达系统，包括：

解析所述控制数据包，得到工作模式；具体实现方式见实施例1中对应模块的相关描述，在此不再赘述。

通过所述主控系统根据所述工作模式控制相控阵天气雷达系统。具体实现方式见实施例1中对应模块的相关描述，在此不再赘述。

作为本申请一个可选实施方式，所述根据所述反馈数据包监测显示所述相控阵天气雷达系统的目标数据，包括：

获取所述反馈数据包的报文头；具体实现方式见实施例1中对应模块的相关描述，在此不再赘述。

当所述报文头满足预设条件时，获取所述反馈数据包的数组内容；具体实现方式见实施例1中对应模块的相关描述，在此不再赘述。

将所述数组内容打包得到新数组；具体实现方式见实施例1中对应模块的相关描述，在此不再赘述。

根据所述新数组发送目标信号；具体实现方式见实施例1中对应模块的相关描述，在此不再赘述。

根据所述目标信号显示目标数据。具体实现方式见实施例1中对应模块的相关描述，在此不再赘述。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。