一种风廓线雷达大气温度探测系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种风廓线雷达大气温度探测系统及方法，包括工控机、数据处理模块、系统控制模块、音频信号发生器、数字中频接收机板和信号处理模块；数据处理模块计算音频参数；系统控制模块控制温度探测过程；数字中频接收机板接收雷达回波信号；信号处理模块进行测温信号处理；数据处理模块进行温谱数据处理；本发明通过风廓线雷达探测声波在不同高度大气中的传播速度，利用声速与大气温度之间对应关系的数学模型进行处理，从而得到大气温度随高度变化的值。这种方法不用施放探空气球，可连续探测，实时获得数据，数据准确，数据率高，可用于气象观测、大气污染监测、机场气象保障等多个领域。
【专利说明】-种风廓线雷达大气温度探测系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及大气温度探测领域，尤其涉及一种风廓线雷达大气温度探测系统及方 法。
【背景技术】
[0002] 在气象观测中，探测大气温度是不可缺少的项目，原有的大气温度探测方法是通 过施放探空气球实现的。在我国的气象台站常规业务中，每天早晚各定时施放一次探空气 球，进行风速、风向、温度、湿度、气压等大气气象要素的采集。该种方法一般每天只能得到 两组气象数据，数据获取率很低，对于需监测每天大气温度连续变化的情况缺少探测数据， 无法很好地进行大气温度变化方面的研究，如对大气边界层逆温层现象变化规律的研究， 不能充分满足气象保障、环境监测和研究等各种应用的需要。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种风廓线雷达大气温 度探测系统及方法，解决目前通过施放探空气球探测大气温度的方法中存在测量时间间隔 长、温度数据少、自动化程度低的问题。
[0004] 风廓线雷达（Wind Profiling Radar, WPR)是一种多普勒脉冲雷达，是通过探测大 气瑞流对电磁波的反射和散射来连续探测大气风场等物理量的一种全天候大气遥感探测 设备，具有很高的探测实时性和精度，是中小尺度大气探测的关键设备之一，在我国得到了 快速发展和应用。
[0005] 本发明利用无线电声波探测系统RASS (Radio-Acoustic Sounding System)系统 进行大气温度探测。由于声速与大气温度有很好的对应关系，可W利用风廓线雷达探测声 音的多普勒速度来得到大气温度廓线。通过风廓线雷达探测声波在不同高度大气中的传播 速度，利用声速与大气温度之间对应关系的数学模型进行处理，从而得到大气温度随高度 变化的值。该种方法不用施放探空气球，可连续探测，实时获得数据，数据准确，数据率高， 可用于气象观测、大气污染监测、机场气象保障等多个领域。
[0006] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种风廓线雷达大气温度探测系统， 包括工控机、数据处理模块、系统控制模块、音频信号发生器、数字中频接收机板和信号处 理模块；所述工控机通过PCI总线分别与数据处理模块、系统控制模块、信号处理模块和数 字中频接收机板连接，通过串行通信接口与音频信号发生器连接；
[0007] 所述工控机，其共享内存中存储温度探测范围、采集的雷达回波信号、经过处理 的时域数据和温度数据处理结果，供数据处理模块、系统控制模块和信号处理模块加载访 问；
[0008] 所述数据处理模块，其用于根据系统控制模块的指令将工控机共享内存中存储的 首次温度探测范围转换为音频频率范围，还用于对信号处理模块存储到共享内存中的温谱 数据进行谱矩和信噪比处理，得到各高度层上的温度，保存到共享内存中；
[0009] 所述系统控制模块，其用于控制和调度数据处理模块、音频信号发生器、数字中频 接收机板和信号处理模块，执行温度探测流程；
[0010] 所述音频信号发生器，其用于在工控机输出的音频频率的驱动下产生音频信号， 并经声天线发出声波信号；
[0011] 所述数字中频接收机板，其用于采集雷达回波信号，并将雷达回波信号进行数字 化处理得到时域数据，将时域数据发送到工控机的共享内存；
[0012] 所述信号处理模块，其用于对工控机共享内存中的时域数据进行信号处理，生成 温谱数据并保存到工控机的共享内存中，供数据处理模块处理。
[0013] 本发明的有益效果是：本发明通过风廓线雷达探测声波在不同高度大气中的传播 速度，利用声速与大气温度之间对应关系的数学模型进行处理，从而得到大气温度随高度 变化的值。该种方法不用施放探空气球，可连续探测，实时获得数据，数据准确，数据率高， 可用于气象观测、大气污染监测、机场气象保障等多个领域。
[0014] 在上述技术方案的基础上，本发明还可W做如下改进。
[0015] 进一步，所述数据处理模块包括音频处理单元、单组温度数据处理单元和温度数 据处理单元；
[0016] 所述音频处理单元，其用于获取工控机共享内存中保存的首次温度探测范围值， 将温度探测范围转换为对应的音频频率的范围，将音频频率进行离散处理，存储到工控机 的共享内存中；
[0017] 所述单组温度数据处理单元，其用于对每组温度数据进行谱矩和信噪比参数的处 理，根据信噪比大小提取出各高度层上的音频频率，将音频频率换算为声速，进而将声速换 算为大气温度数据，发送到工控机的共享内存中；
[0018] 所述温度数据处理单元，其用于对预定组数的温度数据进行平均处理，计算出每 个高度层上的平均温度，作为一次的温度测量值，将本次测量的最低高度上的温度测量值 作为下次探测的最高温度，根据温度范围计算出下次探测的最低温度，将最高温度和最低 温度保存在工控机共享内存中，作为下次探测的温度范围。
[0019] 进一步，所述系统控制模块包括声波发送控制单元、回波接收控制单元、采集数量 监听单元、信号处理控制单元和数据处理控制单元；
[0020] 所述声波发射控制单元，其用于通过串行通信接口将工控机共享内存中的音频频 率发送给音频信号发生器，控制音频信号发生器产生音频信号，并进行放大处理，进而经声 天线向大气中发出声信号；
[0021] 所述回波接收控制单元，其用于控制数字中频接收机板进行初始化和参数加载， 进而接收雷达回波；
[0022] 所述采集数量监听单元，其用于实时监听工控机共享内存中传入的雷达回波信号 的时域数据值，当达到预定值时，控制数字中频接收机停止接收雷达回波信号；
[0023] 所述信号处理控制单元，其用于控制信号处理模块从工控机的共享内存中获取经 数字化处理的时域数据，对获取的时域数据进行信号处理，生成温谱数据保存到工控机的 共享内存中；
[0024] 所述数据处理控制单元，其用于控制数据处理模块从工控机共享内存中获取温谱 数据进行数据处理，将得到的温度数据保存到工控机的共享内存中。
[0025] 进一步，所述数字中频接收机板按照加载参数对雷达回波的中频信号进行A/D变 换和采集，将采集的时域数据存入本地FIFO缓存中，再通过PCI总线传输到工控机的共享 内存中。
[0026] 本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下；一种风廓线雷达大气温度探测方 法，包括如下步骤：
[0027] 步骤1，将工控机共享内存中存储的首次温度探测范围转换为音频频率范围，将连 续的音频频率进行离散处理，获得若干个离散的音频频率；
[0028] 步骤2,将离散的音频频率发送给音频信号发生器，驱动音频信号发生器产生音频 信号，经声天线发出声波信号；
[0029] 步骤3,等待预定时间，开始接收雷达回波信号，接收的同时进行计数，达到预定值 时停止计数，对接收的雷达回波信号进行数字化处理得到时域数据，将时域数据发送到工 控机的共享内存中存储；
[0030] 步骤4,对工控机共享内存中的时域数据进行信号处理，生成温谱数据并保存到工 控机的共享内存中；
[0031] 步骤5,对工控机共享内存中的温谱数据进行谱矩和信噪比处理，得到各高度层上 的温度，保存到共享内存中，并进行显示；
[0032] 步骤6,判断本次温度探测获得的数据组数是否达到预定值L，如果是执行步骤7， 否则返回步骤1 ;
[0033] 步骤7,根据所测的L组温度数据计算每个高度层上的平均温度，得到本次温度探 测的温度数据。
[0034] 在上述技术方案的基础上，本发明还可W做如下改进。
[00巧]进一步，还包括将一次温度探测数据的最低高度层上的温度平均值作为下次探测 的温度探测范围的最高温度值，根据测温范围计算出最低温度值，将探测范围的最低温度 值和最高温度值存储在工控机的共享内存中，作为下次温度探测的温度探测范围。
[0036] 进一步，步骤1的具体实现为：
[0037] 步骤11，根据声速与大气温度之间的对应关系将首次温度探测范围转换为对应的 声速范围，转换关系式如下，
[0038] V。= X 20.053
[0039] 其中，Ty是大气温度，单位K，V。是声速，单位m/s ;
[0040] 步骤12,将声速范围转换为对应的音频频率范围，转换关系如下，
[00"] /。=1,。/(去乂。）
[0042] 其中，f。是音频频率，单位化，V。是声速，单位m/s，A。是雷达波长，单位m ;
[0043] 步骤13,将音频频率范围按照预定的步进进行离散，得到若干个离散的音频频率， 将离散的音频频率存储到工控机的共享内存中。
[0044] 进一步，步骤3的具体实现为；数字中频接收机板进行初始化和参数加载，数字中 频接收机板按照加载参数对雷达回波的中频信号进行A/D变换和采集，将采集的时域数据 存入本地FIFO缓存中，再通过PCI总线传输到工控机的共享内存中。
[0045] 进一步，步骤4的具体实现为；系统控制模块向信号处理模块发送处理参数和时 域数据在共享内存中的存储地址，信号处理模块利用信号处理参数对共享内存中的时域数 据进行信号处理，处理生成温谱数据保存到共享内存中。
[0046] 进一步，步骤5的具体实现：对工控机共享内存中的温谱数据进行谱矩、信噪比参 数的处理，根据信噪比大小提取出各高度层上的声波回波信号的多普勒频率，将多普勒频 率换算为多普勒速度，将多普勒速度转换为对应的大气温度，在本地显示器显示温谱数据 图形和处理出的温度数据。
【专利附图】
【附图说明】
[0047] 图1为本发明所述一种风廓线雷达大气温度探测系统框图；
[0048] 图2为本发明所述数据处理模块结构框图；
[0049] 图3为本发明所述系统控制模块结构框图；
[0050] 图4为本发明所述一种风廓线雷达大气温度探测方法流程图。
[0051] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0052] 1、工控机，2、数据处理模块，3、系统控制模块，4、音频信号发生器，5、数字中频接 收机板，6、信号处理模块，21、音频处理单元，22、单组温度数据处理单元，22、温度数据处理 单元，31、声波发送控制单元，32、回波接收控制单元，33、采集数量监听单元，34、信号处理 控制单元，35、数据处理单元。
【具体实施方式】
[0053] W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。
[0054] 如图1所示，一种风廓线雷达大气温度探测系统，包括工控机1、数据处理模块2、 系统控制模块3、音频信号发生器4、数字中频接收机板5和信号处理模块6 ;所述工控机1 通过PCI总线分别与数据处理模块2、系统控制模块3、信号处理模块4和数字中频接收机 板5连接，通过串行通信接口与音频信号发生器6连接；数据处理模块2、系统控制模块3和 信号处理模块4运行时加载到工控机1的共享内存中。
[00巧]所述工控机1，其共享内存中存储温度探测范围、采集的雷达回波信号、经过处理 的时域数据和温度数据处理结果，供数据处理模块2、系统控制模块3和信号处理模块6加 载访问；所述数据处理模块2,其用于根据系统控制模块的指令将工控机共享内存中存储 的首次温度探测范围转换为音频频率范围，还用于对信号处理模块存储到共享内存中的温 谱数据进行谱矩和信噪比处理，得到各高度层上的温度，保存到共享内存中；所述系统控制 模块3,其用于控制和调度数据处理模块2、音频信号发生器4、数字中频接收机板5和信号 处理模块6,执行温度探测流程；所述音频信号发生器4,其用于在工控机输出的音频频率 的驱动下产生音频信号，并经声天线发出声波信号；所述数字中频接收机板5,其用于采集 雷达回波信号，并将雷达回波信号进行数字化处理得到时域数据，将时域数据发送到工控 机的共享内存；所述信号处理模块6,其用于对工控机共享内存中的时域数据进行信号处 理，生成温谱数据并保存到工控机的共享内存中，供数据处理模块处理。
[0056] 如图2所示，所述数据处理模块2包括音频处理单元21、单组温度数据处理单元 22和温度数据处理单元23 ;所述音频处理单元21，其用于获取工控机共享内存中保存的首 次温度探测范围值，将温度探测范围转换为对应的音频频率的范围，将音频频率进行离散 处理，存储到工控机的共享内存中；所述单组温度数据处理单元22,其用于对每组温度数 据进行谱矩和信噪比参数的处理，根据信噪比大小提取出各高度层上的音频频率，将音频 频率换算为声速，进而将声速换算为大气温度数据，发送到工控机的共享内存中；所述温度 数据处理单元23,其用于对预定组数的温度数据进行平均处理，计算出每个高度层上的平 均温度，作为一次的温度测量值，将本次测量的最低高度上的温度测量值作为下次探测的 最高温度，根据温度范围计算出下次探测的最低温度，将最高温度和最低温度保存在工控 机共享内存中，作为下次探测的温度范围。
[0057] 如图3所示，所述系统控制模块3包括声波发送控制单元31、回波接收控制单元 32、采集数量监听单元33、信号处理控制单元34和数据处理单元35 ;所述声波发射控制单 元31，其用于通过串行通信接口将工控机共享内存中的音频频率发送给音频信号发生器 4,控制音频信号发生器4产生音频信号，并进行放大处理，进而经声天线向大气中发出声 信号；所述回波接收控制单元32,其用于控制数字中频接收机板5进行初始化和参数加载， 进而接收雷达回波；所述采集数量监听单元33,其用于实时监听工控机共享内存中传入的 雷达回波信号的时域数据值，当达到预定值时，控制数字中频接收机5停止接收雷达回波 信号；所述信号处理控制单元34,其用于控制信号处理模块6从工控机1的的共享内存中 获取经数字化处理的时域数据，对获取的时域数据进行信号处理，生成温谱数据保存到工 控机1的共享内存中；所述数据处理控制单元35,其用于控制数据处理模块2从工控机1 的共享内存中获取温谱数据进行数据处理，将得到的温度数据保存到工控机1的共享内存 中。
[0058] 风廓线雷达中的接收机将模拟信号传输给数字中频接收机，作数字化处理；所述 数字中频接收机板5按照加载参数对雷达回波的中频信号进行A/D变换和采集，将采集的 时域数据存入本地FIFO缓存中，再通过PCI总线传输到工控机的共享内存中。
[0059] 如图4所示，一种风廓线雷达大气温度探测方法，包括如下步骤：
[0060] 步骤1，将工控机共享内存中存储的首次温度探测范围转换为音频频率范围，将连 续的音频频率进行离散处理，获得若干个离散的音频频率；
[0061] 步骤2,将离散的音频频率发送给音频信号发生器，驱动音频信号发生器产生音频 信号，经声天线发出声波信号；
[0062] 步骤3,等待预定时间，开始接收雷达回波信号，接收的同时进行计数，达到预定值 时停止计数，对接收的雷达回波信号进行数字化处理得到时域数据，将时域数据发送到工 控机的共享内存中存储；
[0063] 步骤4,对工控机共享内存中的时域数据进行信号处理，生成温谱数据并保存到工 控机的共享内存中；
[0064] 步骤5,对工控机共享内存中的温谱数据进行谱矩和信噪比处理，得到各高度层上 的温度，保存到共享内存中，并进行显示；
[0065] 步骤6,判断本次温度探测获得的数据组数是否达到预定值L，如果是执行步骤7， 否则返回步骤1 ;
[0066] 步骤7,根据所测的L组温度数据计算每个高度层上的平均温度，得到本次温度探 测的温度数据。
[0067] 步骤1将工控机共享内存中存储的首次温度探测范围转换为音频频率范围，将连 续的音频频率进行离散处理，获得若干个离散的音频频率。
[006引声速与大气温度之间的对应关系如下：
[0069] Tv = (Va/20. 053)2 (〇
[0070] 其中，Ty是大气温度，单位K ;Vg是声速，单位m/s。
[00川 由公式（1)得到：
[007引 1，"=.八 X20.053 (2)
[0073] 根据本领域技术人员都知道的化agg条件，音频频率的处理公式为：
[0074] fa 二 V。乂与义J (3)
[007引其中，f。是音频频率，单位化；V。是声速，单位m/s ; A。是雷达波长，单位m。
[007引将公式似代入公式做中得到：
[0077] /"=2*20.053*7^/乂 （4)
[007引设大气温度探测范围为；Tyb?Tw Tyb是探测的最低温度，Tw是探测的最高温度； 对应的音频频率范围是；fab?f。。，f；b是最小音频频率，f。。是最大音频频率，其中：
[007引 /。6= 2*20.053*侣：/疋（5)
[0080] Xe=2*20.053*V^/4 (白）
[008。 处理出f,b和f。。后，从f；b到f。。按1化步进处理出离散的音频频率，共有N个音 频频率，N的处理公式为：
[008引 N = fae-fab+1 (7)
[0083] 为了达到更好的探测效果，将该N个音频频率的排序进行随机处理，将随机排序 的N个音频频率保存到工控机的共享内存中。
[0084] 步骤2将离散的音频频率发送给音频信号发送器，驱动音频信号产生音频信号， 经声天线发出声波信号。
[0085] 系统控制模块3通过串行通信接口将共享内存中的N个音频频率发送给音频信号 发生器4,控制音频信号发生器4产生音频信号，并放大输出给垂直向上放置的声天线，驱 动声天线发出声波信号。进而系统控制模块3对数字中频接收机板5进行初始化和参数加 载，并将雷达测风天线的波束指向垂直方向；为了让声波信号传播到最大有效探测高度上， 如3000m高度上。
[0086] 步骤3,等待预定时间，开始接收雷达回波信号，接收的同时进行计数，达到预定值 时停止计数，对接收将雷达回波信号进行数字化处理得到时域数据，将时域数据发送到工 控机的共享内存中存储。
[0087] 系统控制模块3等待3s延时，然后启动测温的工作时序，开始进行大气温度的探 测和处理过程。数字中频接收机板5按照加载参数中设置的采样率、抽取因子、滤波系数， 直接对雷达回波的中频信号进行A/D变换和采集，将采集的时域数据先存入数字中频接收 机板内的FIFO缓存中，通过PCI总线传输到工制机I的共享内存中，由系统控制模块3接 收和管理；系统控制模块3边接收时域数据边进行计数，当计数值达到预设的数值M时，M = FFT点数X时域积累数X谱平均数，停止采集回波信号的工作时序，系统控制模块3完 成时域数据接收。
[0088] 步骤4,对工控机共享内存中的时域数据进行信号处理，生成的温谱数据并保存到 工控机的共享内存中。
[0089] 系统控制模块3与信号处理模块6使用共享内存交换接收和处理后的数据，系统 控制模块3调用信号处理模块6,向信号处理模块6传送信号处理参数和共享内存的地址， 由信号处理模块6利用信号处理参数对共享内存中的时域数据进行信号处理，处理完毕后 将生成的温谱数据保存到共享内存中，向系统控制模块3返回处理完毕的标志信息，系统 控制模块3接收温谱数据的内存地址，并对预设的温谱数据保存标志作判断，如果标志为1 则保存到工业控制计算机的硬盘上。如果为0则不保存温谱数据。
[0090] 步骤5,对工控机共享内存中的温谱数据进行谱矩和信噪比处理，得到各高度层上 的温度，保存到共享内存中，并进行显示。
[0091] 系统控制模块3调用数据处理模块2对温谱数据进行谱矩、信噪比参数的处理，根 据信噪比大小提取出各高度层上的声波回波信号的多普勒频率，即音频频率，换算为多普 勒速度，即声速，用公式（1)处理出声速对应的大气温度，单位为K，再换算为单位为摄氏度 的温度值，在本地显示器显示温谱数据图形和处理出的温度数据。
[0092] 声速的处理公式为：
[009引 Va = fa 入 e/2 巧）
[0094] 其中，V。是声速，单位m/s ;f。是音频频率，单位化；入。是雷达波长，单位m。
[0095] 开尔文温度转换为摄氏温度的处理公式为：
[0096] Tc = Tv-273. 15 巧）
[0097] T。是摄氏温度，单位"Cd
[0098] 步骤7,根据所测的L组温度数据计算每个高度层上的平均温度，得到本次温度探 测的温度数据。
[0099] 系统控制模块3将该一组温度数据保存到共享内存中。在测温轮数计够L次后， 系统控制模块3调用数据处理模块2对保存的L组温度数据进行平均处理，处理出每个高 度层上的平均温度，作为该一次的温度测量值。
[0100] 温度平均的处理公式为：
[0101] 朽=(教',)/左 !'=〇 (10)
[0102] 其中，氏是L组摄氏温度的平均值，单位C。
[0103] 上述技术方案还包括将一次温度探测数据的最低高度层上的温度平均值作为下 次探测的温度探测范围的最高温度值，根据测温范围计算出最低温度值，将探测范围的最 低温度值和最高温度值存储在工控机的共享内存中，作为下次温度探测的温度探测范围。
[0104] 完成L轮温度探测后，系统控制模块3控制音频信号发生器6停止输出音频信号， 启动测风过程，并监视工业控制计算机的系统时钟，根据预设的测温间隔时间，在到达下一 次测温时间时，先停止测风过程，从数据处理模块处理音频参数处开始新一次的测温过程。
[0105] W上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用W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. 一种风廓线雷达大气温度探测系统，其特征在于，包括工控机、数据处理模块、系统 控制模块、音频信号发生器、数字中频接收机板和信号处理模块；所述工控机通过PCI总线 分别与数据处理模块、系统控制模块、信号处理模块和数字中频接收机板连接，通过串行通 信接口与音频信号发生器连接； 所述工控机，其共享内存中存储温度探测范围、采集的雷达回波信号、经过处理的时域 数据和温度数据处理结果，供数据处理模块、系统控制模块和信号处理模块加载访问； 所述数据处理模块，其用于根据系统控制模块的指令将工控机共享内存中存储的首次 温度探测范围转换为音频频率范围，还用于对信号处理模块存储到共享内存中的温谱数据 进行谱矩和信噪比处理，得到各高度层上的温度，保存到共享内存中； 所述系统控制模块，其用于控制和调度数据处理模块、音频信号发生器、数字中频接收 机板和信号处理模块，执行温度探测流程； 所述音频信号发生器，其用于在工控机输出的音频频率的驱动下产生音频信号，并经 声天线发出声波信号； 所述数字中频接收机板，其用于采集雷达回波信号，并将雷达回波信号进行数字化处 理得到时域数据，将时域数据发送到工控机的共享内存； 所述信号处理模块，其用于对工控机共享内存中的时域数据进行信号处理，生成温谱 数据并保存到工控机的共享内存中，供数据处理模块处理。
2. 根据权利要求1所述一种风廓线雷达大气温度探测系统，其特征在于，所述数据处 理模块包括音频处理单元、单组温度数据处理单元和温度数据处理单元； 所述音频处理单元，其用于获取工控机共享内存中保存的首次温度探测范围值，将温 度探测范围转换为对应的音频频率的范围，将音频频率进行离散处理，存储到工控机的共 享内存中； 所述单组温度数据处理单元，其用于对每组温度数据进行谱矩和信噪比参数的处理， 根据信噪比大小提取出各高度层上的音频频率，将音频频率换算为声速，进而将声速换算 为大气温度数据，发送到工控机的共享内存中； 所述温度数据处理单元，其用于对预定组数的温度数据进行平均处理，计算出每个高 度层上的平均温度，作为一次的温度测量值，将本次测量的最低高度上的温度测量值作为 下次探测的最高温度，根据温度范围计算出下次探测的最低温度，将最高温度和最低温度 保存在工控机共享内存中，作为下次探测的温度范围。
3. 根据权利要求1所述一种风廓线雷达大气温度探测系统，其特征在于，所述系统控 制模块包括声波发送控制单元、回波接收控制单元、采集数量监听单元、信号处理控制单元 和数据处理控制单元； 所述声波发射控制单元，其用于通过串行通信接口将工控机共享内存中的音频频率发 送给音频信号发生器，控制音频信号发生器产生音频信号，并进行放大处理，进而经声天线 向大气中发出声信号； 所述回波接收控制单元，其用于控制数字中频接收机板进行初始化和参数加载，进而 接收雷达回波； 所述采集数量监听单元，其用于实时监听工控机共享内存中传入的雷达回波信号的时 域数据值，当达到预定值时，控制数字中频接收机停止接收雷达回波信号； 所述信号处理控制单元，其用于控制信号处理模块从工控机的共享内存中获取经数字 化处理的时域数据，对获取的时域数据进行信号处理，生成温谱数据保存到工控机的共享 内存中； 所述数据处理控制单元，其用于控制数据处理模块从工控机共享内存中获取温谱数据 进行数据处理，将得到的温度数据保存到工控机的共享内存中。
4. 根据权利要求1所述一种风廓线雷达大气温度探测系统，其特征在于，所述数字中 频接收机板按照加载参数对雷达回波的中频信号进行A/D变换和采集，将采集的时域数据 存入本地FIFO缓存中，再通过PCI总线传输到工控机的共享内存中。
5. -种风廓线雷达大气温度探测方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1，将工控机共享内存中存储的首次温度探测范围转换为音频频率范围，将连续的 音频频率进行离散处理，获得若干个离散的音频频率； 步骤2,将离散的音频频率发送给音频信号发生器，驱动音频信号发生器产生音频信 号，经声天线发出声波信号； 步骤3,等待预定时间，开始接收雷达回波信号，接收的同时进行计数，达到预定值时停 止计数，对接收的雷达回波信号进行数字化处理得到时域数据，将时域数据发送到工控机 的共享内存中存储； 步骤4,对工控机共享内存中的时域数据进行信号处理，生成温谱数据并保存到工控机 的共享内存中； 步骤5,对工控机共享内存中的温谱数据进行谱矩和信噪比处理，得到各高度层上的温 度，保存到共享内存中，并进行显示； 步骤6,判断本次温度探测获得的数据组数是否达到预定值L，如果是执行步骤7,否则 返回步骤1 ; 步骤7,根据所测的L组温度数据计算每个高度层上的平均温度，得到本次温度探测的 温度数据。
6. 根据权利要求5所述一种风廓线雷达大气温度探测方法，其特征在于，还包括将一 次温度探测数据的最低高度层上的温度平均值作为下次探测的温度探测范围的最高温度 值，根据测温范围计算出最低温度值，将探测范围的最低温度值和最高温度值存储在工控 机的共享内存中，作为下次温度探测的温度探测范围。
7. 根据权利要求5所述一种风廓线雷达大气温度探测方法，其特征在于，步骤1的具体 实现为： 步骤11，根据声速与大气温度之间的对应关系将首次温度探测范围转换为对应的声速 范围，转换关系式如下， va=yl7\x20.053 其中，τν是大气温度，单位K，va是声速，单位m/s ; 步骤12,将声速范围转换为对应的音频频率范围，转换关系如下， L-vJ(]-Ae) 其中，fa是音频频率，单位Hz, va是声速，单位m/s，是雷达波长，单位m ; 步骤13,将音频频率范围按照预定的步进进行离散，得到若干个离散的音频频率，将离 散的音频频率存储到工控机的共享内存中。
8. 根据权利要求5所述一种风廓线雷达大气温度探测方法，其特征在于，步骤3的具体 实现为：数字中频接收机板进行初始化和参数加载，数字中频接收机板按照加载参数对雷 达回波的中频信号进行A/D变换和采集，将采集的时域数据存入本地FIFO缓存中，再通过 PCI总线传输到工控机的共享内存中。
9. 根据权利要求5所述一种风廓线雷达大气温度探测方法，其特征在于，步骤4的具 体实现为：系统控制模块向信号处理模块发送处理参数和时域数据在共享内存中的存储地 址，信号处理模块利用信号处理参数对共享内存中的时域数据进行信号处理，处理生成温 谱数据保存到共享内存中。
10. 根据权利要求5所述一种风廓线雷达大气温度探测方法，其特征在于，步骤5的具 体实现：对工控机共享内存中的温谱数据进行谱矩、信噪比参数的处理，根据信噪比大小 提取出各高度层上的声波回波信号的多普勒频率，将多普勒频率换算为多普勒速度，将多 普勒速度转换为对应的大气温度，在本地显示器显示温谱数据图形和处理出的温度数据。
【文档编号】G01K11/24GK104237892SQ201410475319
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】任迎新, 贾晓星, 王志锐, 高雪峰 申请人:北京无线电测量研究所