用于雙頻、多頻微波鏈路測(cè)量降水量的采集裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種氣象信息處理與應(yīng)用領(lǐng)域，特別是涉及用于雙頻、多頻微波鏈路測(cè)量降水量的信息處理與應(yīng)用領(lǐng)域，更為具體的說(shuō)是涉及用于雙頻、多頻微波鏈路測(cè)量降水量的采集裝置。創(chuàng)造性地提出了公開(kāi)了一種雙頻、多頻微波鏈路測(cè)量降水量的采集裝置，從而可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間、自動(dòng)化的降水測(cè)量，更為重要地是可以準(zhǔn)確、長(zhǎng)時(shí)、高效地獲得檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)理論測(cè)定方法的實(shí)際應(yīng)用與推廣具有重要地意義。
【專利說(shuō)明】用于雙頻、多頻微波鏈路測(cè)量降水量的采集裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種氣象信息處理與應(yīng)用領(lǐng)域，特別是涉及用于雙頻、多頻微波鏈路 測(cè)量降水量的信息處理與應(yīng)用領(lǐng)域，更為具體的說(shuō)是涉及用于雙頻、多頻微波鏈路測(cè)量降 水量的采集裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 利用微波鏈路測(cè)量降水是近年來(lái)提出的降水測(cè)量的最新方法，具有高時(shí)空分辨率 的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。主要依據(jù)雨衰一降水量關(guān)系模型，通過(guò)實(shí)際測(cè)量降水時(shí)微波鏈路上的雨致信 號(hào)衰減，反演計(jì)算得到實(shí)際降水量。由于雨致衰減受雨滴譜分布、雨滴形狀、雨滴溫度等因 素影響，并且這些因素通常是未知的。為了在未知這些信息的情況下，獲得更小的反演誤 差，人們提出利用雙頻鏈路或多頻鏈路測(cè)量降水量的思想，即近距離平行設(shè)置兩條或多條 不同頻段的試驗(yàn)鏈路，同時(shí)對(duì)降水進(jìn)行觀測(cè)。
[0003] 在試驗(yàn)過(guò)程中，由于試驗(yàn)鏈路上的每個(gè)頻率均需要一套獨(dú)立的發(fā)送及接收設(shè)備， 并且每間隔一段時(shí)間采集一次數(shù)據(jù)，利用雙頻/多頻微波鏈路進(jìn)行降水測(cè)量則需要2套或 多套信號(hào)發(fā)射及信號(hào)接收設(shè)備并行設(shè)置在試驗(yàn)鏈路的發(fā)送端和接收端，使用儀器較多，不 同頻段的試驗(yàn)儀器為了避免相互影響還需要間隔一定距離，導(dǎo)致空間上采集數(shù)據(jù)的誤差。
[0004] 因此目前關(guān)于利用雙頻或多頻微波鏈路測(cè)量降水的研究主要停留在理論方面，沒(méi) 有對(duì)該理論的實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行專門(mén)探討，尤其是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量是將其推廣應(yīng)用的必要條 件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明正式基于這樣的研究基礎(chǔ)，創(chuàng)造性的公開(kāi)了一種用于雙頻、多頻微波鏈路 測(cè)量降水量的采集裝置，并且配套的公開(kāi)了基于這一采集裝置的測(cè)量方法，從而實(shí)現(xiàn)了利 用雙頻鏈路或多頻鏈路測(cè)量降水量的目的。更為重要的是，保證了采集過(guò)程中數(shù)據(jù)的可靠 性和準(zhǔn)確性。
[0006] 本發(fā)明的發(fā)明目的之一，是公開(kāi)一種將雙頻、多頻微波鏈路測(cè)量降水量方法實(shí)現(xiàn) 的實(shí)驗(yàn)裝置，而其中最為重要就是要保證采集過(guò)程中獲得的數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性，為了 實(shí)現(xiàn)這一發(fā)明目的，本發(fā)明公開(kāi)了用于雙頻、多頻微波鏈路測(cè)量降水量的采集裝置，所述采 集裝置的組成部分如下，首先有一寬帶信號(hào)發(fā)生器，以及與寬帶信號(hào)發(fā)生器連接的發(fā)送端 微波電子開(kāi)關(guān)，所述發(fā)送端微波電子開(kāi)關(guān)處設(shè)置有η個(gè)不同頻率的發(fā)送天線，所述發(fā)送天 線分別與發(fā)送端電子開(kāi)關(guān)信號(hào)連接；其次有一寬帶信號(hào)頻譜分析儀，以及與寬帶信號(hào)頻譜 儀連接的接收端微波電子開(kāi)關(guān)，所述接收端微波電子開(kāi)關(guān)處設(shè)置有η個(gè)不同頻率的接收天 線，所述接收天線與發(fā)送天線相互對(duì)應(yīng)，并與接收端微波電子開(kāi)關(guān)信號(hào)連接。
[0007] 寬帶信號(hào)發(fā)生器用于產(chǎn)生雙頻、多頻微波鏈路所需要的2個(gè)或者多個(gè)頻率的微波 信號(hào)。發(fā)送端微波電子開(kāi)關(guān)用以切換不同的發(fā)射頻率，并通過(guò)與之信號(hào)連接的發(fā)送天線將 微波信號(hào)發(fā)射至空中。與發(fā)送天線對(duì)應(yīng)的接收天線接收到來(lái)自空中的微波信號(hào)，并在接收 端微波電子開(kāi)關(guān)的配合下，將接收到的微波信號(hào)傳送至寬帶信號(hào)頻譜分析儀。
[0008] 至此，就完成了雙頻、多頻微波鏈路測(cè)量降水量所需要的信號(hào)采集工作。
[0009] 進(jìn)一步地，我們公開(kāi)了還包括有微波電子開(kāi)關(guān)控制器。從而可以實(shí)現(xiàn)不同頻率之 間的自動(dòng)切換。
[0010] 這里這個(gè)微波電子開(kāi)關(guān)控制器可以用單片機(jī)電路實(shí)現(xiàn)，也可以選擇PC機(jī)與外圍 電路組合的方式實(shí)現(xiàn)，通過(guò)產(chǎn)生(T5V的定時(shí)方波信號(hào)，作為微波電子開(kāi)關(guān)的輸入控制信 號(hào)。發(fā)送端和接收端的微波電子開(kāi)關(guān)定時(shí)信號(hào)必須保持同步。為了保證方波信號(hào)的統(tǒng)一調(diào) 配，我們可以直接利用單片機(jī)進(jìn)行同步，也可以用PC機(jī)將多個(gè)外圍方波發(fā)射電路統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng) 至PC機(jī)，利用PC機(jī)本身的時(shí)間統(tǒng)一'丨生，定時(shí)、統(tǒng)一開(kāi)啟方波發(fā)射電路。
[0011] 同時(shí)，作為一種自動(dòng)記錄的優(yōu)選方式，我們還公開(kāi)還包括有發(fā)送端記錄儀、接收端 記錄儀。
[0012] 記錄儀可以選用PC機(jī)，測(cè)量?jī)x器通過(guò)網(wǎng)口或者GPIB端口與PC機(jī)相連接，PC機(jī)通 過(guò)發(fā)送讀取數(shù)據(jù)指令，獲取測(cè)量?jī)x器的輸出數(shù)據(jù)，并保存在本地文件內(nèi)。
[0013] 本發(fā)明的另一發(fā)明目的，是在實(shí)現(xiàn)雙頻、多頻微波鏈路測(cè)量降水量方法的基礎(chǔ)上， 進(jìn)一步簡(jiǎn)化整個(gè)測(cè)量結(jié)構(gòu)，合理利用測(cè)量時(shí)間，做到準(zhǔn)確、高效的數(shù)據(jù)獲取。為了實(shí)現(xiàn)這一 目的，本發(fā)明進(jìn)一步公開(kāi)一種基于前述用于雙頻、多頻微波鏈路測(cè)量降水量的采集裝置的 降水量測(cè)定方法，包括以下步驟：
[0014] 步驟1，確定用于測(cè)量降水量的微波鏈路的測(cè)量頻率個(gè)數(shù)為η個(gè)，確定信號(hào)采集的 個(gè)數(shù)為m個(gè)/分鐘，設(shè)定發(fā)送端微波電子開(kāi)關(guān)的切換頻率為秒/次；
[0015] 步驟2,發(fā)送端微波電子開(kāi)關(guān)每間隔秒在η個(gè)測(cè)量頻率間順序切換一次發(fā)送頻率， 并記錄發(fā)射時(shí)間、發(fā)射頻率、發(fā)射功率；
[0016] 步驟3,接收端微波電子開(kāi)關(guān)與發(fā)送端微波電子開(kāi)關(guān)保持同步，每間隔秒在η個(gè)頻 率間順序切換一次對(duì)應(yīng)的接收頻率，并記錄接收時(shí)間、接收頻率、接收電平；
[0017] 發(fā)送端和接收端微波電子開(kāi)關(guān)控制器可與發(fā)送端和接收端記錄儀相連接，由其提 供統(tǒng)一的控制器開(kāi)啟信號(hào)，保證開(kāi)關(guān)控制器同步。
[0018] 步驟4,比對(duì)發(fā)送端記錄下的發(fā)射時(shí)間與接收端記錄下的接收時(shí)間,確定時(shí)間的同 步與否；如果時(shí)間一致，則為有效數(shù)據(jù)；如果時(shí)間不一致，則認(rèn)為是無(wú)效數(shù)據(jù)，丟棄數(shù)據(jù)，同 時(shí)進(jìn)行發(fā)送端與接收端的時(shí)間同步調(diào)整；
[0019] 這里我們所說(shuō)的進(jìn)行發(fā)送端與接收端的時(shí)間同步調(diào)整，其方法是：
[0020] 可以在測(cè)量初期采用手動(dòng)調(diào)整辦法，對(duì)比發(fā)送端與接收端的時(shí)間，將兩部記錄儀 的時(shí)鐘調(diào)為一致。
[0021] 在運(yùn)行期間也可采用自動(dòng)調(diào)整辦法，將兩臺(tái)記錄儀同時(shí)接入互聯(lián)網(wǎng)，利用 Internet時(shí)間服務(wù)器達(dá)到同步。
[0022] 步驟5,針對(duì)步驟4中認(rèn)為是有效數(shù)據(jù)的部分，進(jìn)一步比對(duì)發(fā)送端記錄下的發(fā)射頻 率與接收端記錄下的接收頻率，如果頻率一致，則認(rèn)為數(shù)據(jù)有效；如果頻率不一致，則丟棄 數(shù)據(jù)，同時(shí)進(jìn)行發(fā)送端與接收端的頻率同步調(diào)整；
[0023] 這里我們所說(shuō)的進(jìn)行發(fā)送端與接收端的頻率同步調(diào)整，其方法是：
[0024] 將兩臺(tái)記錄儀同時(shí)接入互聯(lián)網(wǎng)，發(fā)送端記錄儀向接收端記錄儀發(fā)送當(dāng)前發(fā)送頻 率，接收端記錄儀收到后，通過(guò)GPIB端口或者網(wǎng)口向測(cè)量?jī)x器發(fā)送頻率調(diào)整指令實(shí)現(xiàn)頻率 同步調(diào)整。
[0025] 步驟6,將通過(guò)步驟5后仍認(rèn)為是有效數(shù)據(jù)的部分作為計(jì)算樣本，利用發(fā)射功率、 接收電平，按照多頻微波鏈路測(cè)量降水的算法計(jì)算該路徑上的平均降水量。
[0026] 具體的降水量計(jì)算方法，可以參考姜世泰等人發(fā)表的《基于微博鏈路的降雨場(chǎng)反 演方法研究》（物理學(xué)報(bào)，Vol62, No. 15 (2013) 154303-1 ?154303-8)。
[0027] 基于本發(fā)明所公開(kāi)的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間、自動(dòng)化的降水測(cè)量，更為重要地 是可以準(zhǔn)確、長(zhǎng)時(shí)、高效地獲得檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)理論測(cè)定方法的實(shí)際應(yīng)用與推廣具有重要地意 義。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】 [0028]
[0029] 圖1為用于雙頻、多頻微波鏈路測(cè)量降水量的采集裝置示意圖；
[0030] 圖2為基于用于雙頻、多頻微波鏈路測(cè)量降水量的采集裝置的降水量測(cè)定方法流 程圖。

【具體實(shí)施方式】 [0031]
[0032] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的闡述。
[0033] 實(shí)施例1
[0034] 如圖1所示，用于雙頻、多頻微波鏈路測(cè)量降水量的采集裝置，所述采集裝置的組 成部分如下，首先有一寬帶信號(hào)發(fā)生器1，以及與寬帶信號(hào)發(fā)生器連接的發(fā)送端微波電子開(kāi) 關(guān)2,所述發(fā)送端微波電子開(kāi)關(guān)處設(shè)置有η個(gè)不同頻率的發(fā)送天線3,所述發(fā)送天線3分別 與發(fā)送端電子開(kāi)關(guān)2信號(hào)連接；其次有一寬帶信號(hào)頻譜分析儀4,以及與寬帶信號(hào)頻譜儀4 連接的接收端微波電子開(kāi)關(guān)5,所述接收端微波電子開(kāi)關(guān)5處設(shè)置有η個(gè)不同頻率的接收天 線6,所述接收天線6與發(fā)送天線3相互對(duì)應(yīng)，并與接收端微波電子開(kāi)關(guān)5信號(hào)連接。
[0035] 寬帶信號(hào)發(fā)生器1用于產(chǎn)生雙頻、多頻微波鏈路所需要的2個(gè)或者多個(gè)頻率的微 波信號(hào)。發(fā)送端微波電子開(kāi)關(guān)2用以切換不同的發(fā)射頻率，并通過(guò)與之信號(hào)連接的發(fā)送天 線3將微波信號(hào)發(fā)射至空中。與發(fā)送天線3對(duì)應(yīng)的接收天線6接收到來(lái)自空中的微波信號(hào)， 并在接收端微波電子開(kāi)關(guān)5的配合下，將接收到的微波信號(hào)傳送至寬帶信號(hào)頻譜分析儀4。
[0036] 從而完成了雙頻、多頻微波鏈路測(cè)量降水量所需要的信號(hào)采集。
[0037] 實(shí)施例2
[0038] 在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，我們還進(jìn)一步公開(kāi)有微波電子開(kāi)關(guān)控制器，并且分別將這 一微波電子開(kāi)關(guān)控制器配置在發(fā)送端和接收端，從而形成發(fā)送端微波電子開(kāi)關(guān)控制器71、 接收端微波電子開(kāi)關(guān)控制器72,本實(shí)施例中微波電子開(kāi)關(guān)控制器可以用單片機(jī)電路實(shí)現(xiàn)， 也可以選擇PC機(jī)與外圍電路組合的方式實(shí)現(xiàn)，通過(guò)產(chǎn)生0~5V的定時(shí)方波信號(hào)，作為微波電 子開(kāi)關(guān)的輸入控制信號(hào)。發(fā)送端和接收端的微波電子開(kāi)關(guān)定時(shí)信號(hào)必須保持同步。為了保 證方波信號(hào)的統(tǒng)一調(diào)配，我們可以直接利用單片機(jī)進(jìn)行同步，也可以用PC機(jī)將多個(gè)外圍方 波發(fā)射電路統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)至PC機(jī)，利用PC機(jī)本身的時(shí)間統(tǒng)一'I"生，定時(shí)、統(tǒng)一開(kāi)啟方波發(fā)射電路。
[0039] 實(shí)施例3
[0040] 更為優(yōu)選的方式，是在實(shí)施例1或者實(shí)施例2的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步公開(kāi)還包括有 發(fā)送端記錄儀81、接收端記錄儀82。
[0041] 實(shí)施例4
[0042] 基于實(shí)施例1、或者是實(shí)施例2,特別更為優(yōu)選的是基于實(shí)施例3,我們進(jìn)一步配合 圖2,公開(kāi)了一種基于前述用于雙頻、多頻微波鏈路測(cè)量降水量的采集裝置的降水量測(cè)定方 法，包括以下步驟：
[0043] 步驟1，確定用于測(cè)量降水量的微波鏈路的測(cè)量頻率個(gè)數(shù)為η個(gè)，確定信號(hào)采集的 個(gè)數(shù)為m個(gè)/分鐘，設(shè)定發(fā)送端微波電子開(kāi)關(guān)的切換頻率為秒/次；
[0044] 步驟2,發(fā)送端微波電子開(kāi)關(guān)每間隔秒在η個(gè)測(cè)量頻率間順序切換一次發(fā)送頻率， 并記錄發(fā)射時(shí)間、發(fā)射頻率、發(fā)射功率；
[0045] 步驟3,接收端微波電子開(kāi)關(guān)與發(fā)送端微波電子開(kāi)關(guān)保持同步，每間隔秒在η個(gè)頻 率間順序切換一次對(duì)應(yīng)的接收頻率，并記錄接收時(shí)間、接收頻率、接收電平；
[0046] 步驟4,比對(duì)發(fā)送端記錄下的發(fā)射時(shí)間與接收端記錄下的接收時(shí)間,確定時(shí)間的同 步與否；如果時(shí)間一致，則為有效數(shù)據(jù)；如果時(shí)間不一致，則認(rèn)為是無(wú)效數(shù)據(jù)，丟棄數(shù)據(jù)，同 時(shí)進(jìn)行發(fā)送端與接收端的時(shí)間同步調(diào)整；
[0047] 例如，發(fā)送端記錄儀與接收端記錄儀同時(shí)接入互聯(lián)網(wǎng)，利用Internet時(shí)間服務(wù)器 達(dá)到同步。發(fā)送端記錄儀將記錄的發(fā)送時(shí)間、發(fā)送頻率、發(fā)送功率等數(shù)據(jù)記錄文件發(fā)送或共 享給接收端記錄儀。接收端記錄儀讀取發(fā)送端記錄儀的記錄數(shù)據(jù)，并與本地的記錄數(shù)據(jù)進(jìn) 行比較，如果發(fā)送時(shí)間與接收時(shí)間不一致，可主動(dòng)進(jìn)行Internet時(shí)間同步。
[0048] 步驟5,針對(duì)步驟4中認(rèn)為是有效數(shù)據(jù)的部分，進(jìn)一步比對(duì)發(fā)送端記錄下的發(fā)射頻 率與接收端記錄下的接收頻率，如果頻率一致，則認(rèn)為數(shù)據(jù)有效；如果頻率不一致，則丟棄 數(shù)據(jù)，同時(shí)進(jìn)行發(fā)送端與接收端的頻率同步調(diào)整；
[0049] 具體來(lái)說(shuō)，兩臺(tái)記錄儀同時(shí)接入互聯(lián)網(wǎng)，發(fā)送端記錄儀將記錄的發(fā)送時(shí)間、發(fā)送頻 率、發(fā)送功率等數(shù)據(jù)記錄文件發(fā)送或共享給接收端記錄儀。接收端記錄儀讀取發(fā)送端記錄 儀的記錄數(shù)據(jù)，并與本地的記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果發(fā)送頻率與接收頻率不一致，接收端記 錄儀可通過(guò)GPIB端口或者網(wǎng)口向測(cè)量?jī)x器發(fā)送頻率調(diào)整指令實(shí)現(xiàn)頻率同步調(diào)整。
[0050] 步驟6,將通過(guò)步驟5后仍認(rèn)為是有效數(shù)據(jù)的部分作為計(jì)算樣本，利用發(fā)射功率、 接收電平，按照多頻微波鏈路測(cè)量降水的算法計(jì)算該路徑上的平均降水量。具體來(lái)說(shuō)，收集 在某一發(fā)送頻率上，信號(hào)接收頻率與發(fā)送頻率相同、信號(hào)接收時(shí)間與發(fā)送時(shí)間一致，并且發(fā) 送功率相同的情況下，在不同時(shí)間和天氣狀況下的若干個(gè)接收電平樣本值，按照多頻微波 鏈路測(cè)量降水的算法計(jì)算該路徑上的平均降水量。
[0051] 實(shí)施例5
[0052] 作為一種更進(jìn)一步的細(xì)化說(shuō)明，我們?cè)趯?shí)施例4的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步說(shuō)明。
[0053] 首先，確定用于測(cè)量降水量的微波鏈路的測(cè)量頻率個(gè)數(shù)為2個(gè)，分別是11GHz和 20GHz，確定信號(hào)采集的個(gè)數(shù)為3個(gè)/分鐘，即每個(gè)頻率上每20秒采集1次數(shù)據(jù)，基于此設(shè) 定發(fā)送端微波電子開(kāi)關(guān)的切換頻率為10秒/次；
[0054] 其次，要求發(fā)送端和接收端均可在11GHz和20GHz頻段上正常工作，發(fā)送端和接收 端首先在2013年7月5號(hào)九點(diǎn)10分00秒同時(shí)工作在11GHz上，間隔10秒后，發(fā)送端和接 收端同時(shí)切換到20GHz的工作頻率，再間隔10秒后，發(fā)送端和接收端再同時(shí)切換到11GHz 的工作頻率，以此類推，反復(fù)進(jìn)行。在發(fā)送端和接收端同時(shí)切換工作頻率后5秒時(shí)，進(jìn)行發(fā) 送信號(hào)和接收信號(hào)的數(shù)據(jù)采集。
[0055] 表1發(fā)送端記錄的數(shù)據(jù)
[0056]

【權(quán)利要求】
1. 用于雙頻、多頻微波鏈路測(cè)量降水量的采集裝置，其特征是，所述采集裝置的組成部 分如下，首先有一寬帶信號(hào)發(fā)生器，以及與寬帶信號(hào)發(fā)生器連接的發(fā)送端微波電子開(kāi)關(guān)，所 述發(fā)送端微波電子開(kāi)關(guān)處設(shè)置有η個(gè)不同頻率的發(fā)送天線，所述發(fā)送天線分別與發(fā)送端電 子開(kāi)關(guān)信號(hào)連接；其次有一寬帶信號(hào)頻譜分析儀，以及與寬帶信號(hào)頻譜儀連接的接收端微 波電子開(kāi)關(guān)，所述接收端微波電子開(kāi)關(guān)處設(shè)置有η個(gè)不同頻率的接收天線，所述接收天線 與發(fā)送天線相互對(duì)應(yīng)，并與接收端微波電子開(kāi)關(guān)信號(hào)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于雙頻、多頻微波鏈路測(cè)量降水量的采集裝置，其特征是， 還包括有微波電子開(kāi)關(guān)控制器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于雙頻、多頻微波鏈路測(cè)量降水量的采集裝置，其特 征是，還包括有發(fā)送端記錄儀、接收端記錄儀。
【文檔編號(hào)】G01W1/14GK204102307SQ201420349751
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月28日
【發(fā)明者】印敏, 王培章, 梁妙元, 高太長(zhǎng), 劉西川, 姜世泰, 孫梯全 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)