基于连续波体制气象雷达系统的回波信号处理方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及气象雷达领域，具体涉及一种基于连续波体制的气象雷达系统的回波信号处理方法及装置。
【背景技术】
[0002]在测量降水云或降水在各高度层强度、垂直速度、谱宽信息的地基遥感系统中，气象雷达通常采用脉冲体制雷达，但是由于受到发射脉冲宽度的限制，脉冲雷达的距离分辨率较低，不适用于精细化气象探测，也难以得到较为精确的气象探测数据。
【发明内容】
[0003]采用连续波体制的气象雷达系统距离分辨率高，相对于传统的脉冲体制气象雷达，在精细化气象探测方面优势明显。本发明的目的是为基于连续波体制的气象雷达系统提供回波信号处理方法及装置。
[0004]为实现上述发明目的，本发明提供了一种基于连续波体制的气象雷达系统的回波信号处理方法，所述气象雷达系统的发射信号采用线性调频连续波信号，所述回波信号处理方法包括以下步骤:
[0005]将回波模拟信号进行A/D转换，得到回波数字信号；
[0006]将所述回波数字信号进行相位检波，得到I/Q数据；
[0007]将所述I/Q数据进行数字去调频处理，再通过距离匹配滤波器得到差频回波数据；
[0008]对所述差频回波数据进行加窗处理；
[0009]对经过加窗处理的差频回波数据进行第一维FFT处理，得到回波的距离分布特性即回波距离上强度相位分布；
[0010]对所述回波距离上强度相位分布进行第二维FFT处理，得到各距离库的回波线性功率谱密度分布；
[0011]对所述各距离库的回波线性功率谱密度分布进行谱平均处理；
[0012]对经过谱平均处理后的各距离库的回波线性功率谱密度分布进行地杂波滤波处理；
[0013]对依次经过谱平均处理和滤波处理后的各距离库的回波线性功率谱密度分布进行参数估计，得到各距离库的强度、速度和谱宽数据。
[0014]优选的，所述加窗处理步骤执行用户事先从预设的若干不同副瓣抑制度的窗函数中选择的一种或两种窗函数。
[0015]优选的，所述谱平均处理采用非相干频谱积累；
[0016]优选的，所述地杂波滤波处理采用插入式滤波处理方式；
[0017]优选的，所述参数估计包括以下步骤:
[0018]对各距离库的回波线性功率谱密度分布采用滑窗法进行谱峰搜寻，以搜寻到的谱峰位置为中心向两边扩展设定范围进行矩参数计算。
[0019]优选的，所述回波信号处理方法还包括以下步骤:
[0020]对各距离库的强度、速度、谱宽数据采用最大集合法，对集合内的数据进行线性平均，减小数据方差；
[0021]根据距离匹配滤波器幅频特性及强度定标结果进行回波功率修正。
[0022]优选的，所述线性调频连续波信号为线性调频锯齿连续波信号。
[0023]相应的，本发明还提供了一种基于连续波体制气象雷达系统的回波信号处理装置，所述气象雷达系统的发射信号采用线性调频连续波信号，所述装置包括:
[0024]A/D转换单元，用于将回波模拟信号进行A/D转换，得到回波数字信号；
[0025]相位检波单元，用于将所述回波数字信号进行相位检波，得到I/Q数据；
[0026]去调频处理单元，用于将所述I/Q数据进行数字去调频处理，再通过距离匹配滤波器得到差频回波数据；
[0027]加窗处理单元，用于对所述差频回波数据进行加窗处理；
[0028]第一维FFT处理单元，用于对经过加窗处理的差频回波数据进行第一维FFT处理，得到回波距离上强度相位分布；
[0029]第二维FFT处理单元，用于对所述回波距离上强度相位分布进行第二维FFT处理，得到回波线性功率谱密度分布；
[0030]谱平均处理单元，用于对所述各距离库的回波线性功率谱密度分布进行谱平均处理；
[0031]滤波处理单元，用于对回波线性功率谱密度分布进行地杂波滤波处理；
[0032]参数估计单元，用于对经过谱平均处理和滤波处理后的回波线性功率谱密度分布进行参数估计，得到各距离库的强度、速度和谱宽数据。
[0033]优选的，所述加窗处理单元包括:
[0034]选择执行单元，用于根据用户的指令从窗函数单元中选择一种或两种窗函数对所述差频回波数据进行加窗处理；
[0035]窗函数单元，包括若干不同副瓣抑制度的窗函数。
[0036]优选的，所述谱平均处理采用非相干频谱积累；
[0037]所述地杂波滤波处理采用插入式滤波的方式；
[0038]所述参数估计单元包括:
[0039]谱峰搜寻单元，用于对各距离库的回波线性功率谱密度分布采用滑窗法进行谱峰搜寻；
[0040]矩参数计算单元，用于以搜寻到的谱峰位置为中心向两边扩展进行矩参数计算。
[0041]优选的，所述回波信号处理装置还包括:
[0042]平均处理单元，用于对各距离库的强度、速度、谱宽采用最大集合法，对集合内数据进行线性平均，减小数据方差；
[0043]回波功率修正单元，用于根据距离匹配滤波器幅频特性及强度定标结果进行回波功率修正。
[0044]优选的，所述线性调频连续波信号为线性调频锯齿连续波信号。
[0045]本发明的有益效果如下:
[0046]本发明中的回波信号处理方法及装置应用于基于连续波体制的气象雷达，此气象雷达的发射信号采用连续波信号，相对于脉冲体制雷达其距离分辨率更高，特别适用于精细化气象探测。本发明中的回波信号处理方法及其装置的应用，使得基于连续波体制的气象雷达能够用于测量15?30m高度分层的降水云及降水回波的线性功率谱密度信息，且能实时探测0.2?24km高度以下的降水云或降水在各高度层的强度、垂直速度和谱宽信息，实现了精细化气象探测的目的。
【附图说明】
[0047]图1是本发明气象雷达系统的一个实施例的原理框图；
[0048]图2是本发明气象雷达系统的一个实施例的原理框图；
[0049]图3是本发明气象雷达系统的一个实施例的原理框图；
[0050]图4是本发明气象雷达系统的一个实施例的设备外形示意图；
[0051]图5是本发明气象雷达系统控制方法的一个实施例的时序关系图；
[0052]图6是本发明中回波信号处理方法的一个实施例的结构流程图；
[0053]图7是本发明中回波信号处理方法的一个实施例的结构流程图。
【具体实施方式】
[0054]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
[0055]本发明提供的回波信号处理方法和装置用于基于连续波体制的气象雷达系统，请参照图1，所述基于连续波体制的气象雷达系统包括:
[0056]发射分机300，用于接收来自接收分机400的线性调频连续波信号并将该信号进行放大处理后得到连续波发射信号，并将连续波发射信号输出到发射天线模块100 ;
[0057]接收分机400，用于输出线性调频连续波信号到发射分机300，以及接收来自接收天线模块200的气象回波信号，并对所述气象回波信号进行变频放大处理后输出到数字处理分机500 ；
[0058]发射天线模块100，用于发射连续波发射信号；
[0059]接收天线模块200，用于接收气象回波信号；
[0060]数字处理分机500，用于对来自接收分机的模拟信号进行信号处理得到气象数据信息，同时对雷达系统状态进行指令控制。
[0061]进一步的，如图2所示，在本发明气象雷达系统的其他优选实施例中还可以包括显示处理终端分机700，用于对所述气象数据信息进行处理得到气象产品信息，并显示所述气象产品信息。在实际应用中，数字处理分机500和显示处理终端分机700可以通过路由器相连，完成内部数据及控制信号传递，显示处理终端分机700可以采用高性能的计算机，不仅可以完成气象产品信息的实时显示工作，还可以参与气象雷达系统的指令控制，原始数据的采集、融合、数据预处理等工作，还可以提供用户需要的全程谱数据和强度、速度、谱宽信息，可以浏览各种非实时数据。
[0062]如图2所示，在本发明气象雷达系统的其他优选实施例中