一种全集成多普勒天气雷达信号处理系统的制作方法

本实用新型涉及雷达信号处理领域，特别是一种全集成多普勒天气雷达信号处理系统。

背景技术：

多普勒天气雷达信号处理系统是多普勒天气雷达的重要组成部分，主要是对天气回波进行强度、径向速度及谱宽估计处理，以获取回波信号强度和风场等信息。多普勒天气雷达信号处理系统一般包括：数字中频接收、多普勒信号处理、触发定时、方位俯仰信号接口、数据通信等模块和单元，组成复杂。美国VISALA公司的RVP8信号处理器由数字中频接收(IFD模块)、数据接收卡(RVP8RX卡)、数据通信卡(IO62卡)、有源扩展面板和信号处理PC机五个部分组成；最新的RVP900多普勒天气雷达信号处理器也由数字中频接收机和信号处理PC机两部分组成。

多普勒天气雷达信号处理系统由多个分离硬件模块组成，存在以下问题和缺陷：

(1)系统组成复杂，各个模块之间采用多种通信方式如串行、并行、PCI等，模块和模块之间存在通信同步和协调问题，需要较多的外部通信电缆，系统连接复杂且脆弱。

(2)系统维修维护困难，需要用户有较多的经验具体判断故障和问题出现在哪个模块，故障定位复杂，可维修性和可靠性差。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种全集成多普勒天气雷达信号处理系统，该系统面向多普勒天气雷达信号处理，单个硬件模块实现所有多普勒天气雷达信号处理所需的全部功能，同时集成雷达信号处理所必需的各种接口。本发明能够解决多普勒天气雷达信号处理系统组成复杂的一系列问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种全集成多普勒天气雷达信号处理系统，它包括壳体和内部集成电路，所述的壳体上表面设置有散热风扇和电源模块，所述的机壳的第一侧设置有串行方位和俯仰角码输入接口、可编程触发脉冲输出接口和可编程输入输出接口，所述机壳的第二侧设置有电源接口、千兆网口、千兆光纤接口及LED指示灯，所述机壳的第三侧设置有中频回波信号输入接口、参考时钟CLK输入接口和数字波形输出接口，所述的电源接口通过线缆与电源模块的电源输出端连接，电源模块的电源输入端与供电电源连接；

所述的内部集成电路包括数模转换电路、时钟控制电路、DSP处理模块、FPGA处理模块和数字波形产生模块，数模转换电路接收来自前置中频放大器的中频回波信号，并转换为数字信号后传输到FPGA处理模块，时钟控制电路接收频综产生的CLK信号，并为数模转换电路提供参考信号，FPGA处理模块的一路控制信号输出端与时钟控制电路的控制信号输入端连接；FPGA处理模块抽取后的IQ数据传输给DSP处理模块进行处理，DSP处理模块将处理后的dBT、dBZ、V和W结果回传给FPGA控制模块，FPGA控制模块再通过千兆网口将处理结果传输给终端显示，同时通过千兆网口接收终端的各种控制命令，FPGA处理模块还通过外的串行方位和俯仰角码输入接口接收串行角码，通过可编程触发脉冲输出接口和可编程输入输出接口输出触发信号和可编程输入输出控制信号，FPGA控制模块的另一路精致信号输出端控制数字波形产生模块产生发射激励信号。

所述的编程触发脉冲输出接口为多路，且可扩展。

所述的中频回波信号输入接口为两路。

所述的电源模块，将电源转换为12V,3A的电源为系统供电。

所述的千兆网口和千兆光纤接口采用标准TCP/IP协议或者UDP协议。

所述的DSP处理模块为4核DSP处理模块。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供了一种全集成多普勒天气雷达信号处理系统，该系统面向多普勒天气雷达信号处理，单个硬件模块实现所有多普勒天气雷达信号处理所需的全部功能，同时集成雷达信号处理所必需的各种接口。本发明能够解决多普勒天气雷达信号处理系统组成复杂的一系列问题。

(1)完备配置多普勒天气雷达信号处理系统只需一个模块，采用标准TCP/IP或UDP协议与后端进行连接，光纤、网络自适应传输处理，系统连接简单可靠。

(2)系统维修维护简单，全集成设计多普勒天气雷达信号处理系统本身即是一个最小可更换单元，故障和问题定位简单可靠，可维修性和可靠性高。

附图说明

图1为系统俯视图；

图2为系统一侧示意图A；

图3为系统一侧示意图B；

图4为系统内部电路结构框图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1至图3所示，一种全集成多普勒天气雷达信号处理系统，它包括壳体和内部集成电路，所述的壳体上表面设置有散热风扇和电源模块，所述的机壳的第一侧设置有串行方位和俯仰角码输入接口、可编程触发脉冲输出接口和可编程输入输出接口，所述机壳的第二侧设置有电源接口、千兆网口、千兆光纤接口及LED指示灯，所述机壳的第三侧设置有中频回波信号输入接口、参考时钟CLK输入接口和数字波形输出接口，所述的电源接口通过线缆与电源模块的电源输出端连接，电源模块的电源输入端与供电电源连接。

如图2所示，所述的内部集成电路包括数模转换电路、时钟控制电路、DSP处理模块、FPGA处理模块和数字波形产生模块，数模转换电路接收来自前置中频放大器的中频回波信号，并转换为数字信号后传输到FPGA处理模块，时钟控制电路接收频综产生的CLK信号，并为数模转换电路提供参考信号，FPGA处理模块的一路控制信号输出端与时钟控制电路的控制信号输入端连接；FPGA处理模块抽取后的IQ数据传输给DSP处理模块进行处理，DSP处理模块将处理后的dBT、dBZ、V和W结果回传给FPGA控制模块，FPGA控制模块再通过千兆网口将处理结果传输给终端显示，同时通过千兆网口接收终端的各种控制命令，FPGA处理模块还通过外的串行方位和俯仰角码输入接口接收串行角码，通过可编程触发脉冲输出接口输出触发信号，通过可编程输入输出接口输出可编程输入输出控制信号，FPGA控制模块的另一路精致信号输出端控制数字波形产生模块产生发射激励信号。

所述的编程触发脉冲输出接口为多路，且可扩展。

所述的中频回波信号输入接口为两路。

所述的电源模块，将电源转换为12V,3A的电源为系统供电。

所述的千兆网口和千兆光纤接口采用标准TCP/IP协议或者UDP协议。

所述的DSP处理模块为4核DSP处理模块。

FPGA控制模块接收中频回波信号后以一定的采样速率对信号和样本中频进行高速ADC转换得到中频采样P_n和发射样本为b_n。P_n和P_n分别在FIR匹配滤波器中进行卷积运算滤波后，得到信号I/Q和样本I/Q，然后根据样本I/Q的幅度和相位对信号I/Q进行数字幅度相位校正及低通滤波抽取处理。

4核DSP处理模块接收FPGA控制模块输出的I、Q通道的采样信号进行各种计算，输出所需要的回波径向速度(V)、谱宽(W)、修正反射率(dBZ)、未修正反射率(dBT)等终端处理所需参数。

FPGA处理模块还通过千兆网口和千兆光纤接口进行数据通信，主要功能包括以下几个方面：1).处理TCP/IP或UDP协议，接收后端数据终端系统传送过来的各种控制命令并进行分发；

2).传送下变频滤波和抽取后的I/Q数据给DSP处理，同时接收DSP的处理结果并转发给终端，同时还要传送相关的控制命令给DSP；

3).初始化时钟模块(VCO)，产生内部各模块所需的时钟；

4).根据接收终端命令改变触发特性并输出相应的触发信号；

5).接收串行方位和俯仰信号；

6).根据雷达整机需要，控制可编程输入输出接口。

本实用新型完备配置多普勒天气雷达信号处理系统只需一个模块，采用标准TCP/IP或UDP协议与后端进行连接，光纤、网络自适应传输处理，系统连接简单可靠。