本發(fā)明涉及氣象雷達(dá)信號標(biāo)定裝置及標(biāo)校方法，尤其涉及氣象雷達(dá)回波強(qiáng)度標(biāo)校裝置及標(biāo)定方法。

背景技術(shù)：

氣象雷達(dá)作為氣象觀測的一種重要探測裝置，其回波強(qiáng)度Z對局部突發(fā)性災(zāi)害性的天氣預(yù)報、預(yù)警發(fā)揮著重要作用；同樣回波強(qiáng)度的穩(wěn)定性對精確降水預(yù)報也至關(guān)重要的，尤其是在雙偏振雷達(dá)中，對Zdr影響更大?，F(xiàn)有的氣象雷達(dá)對回波強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo)校采用的是統(tǒng)一標(biāo)校的方式，所有的氣象雷達(dá)都會內(nèi)置一個固定標(biāo)校源，在雷達(dá)完成一個體掃后統(tǒng)一進(jìn)行一次標(biāo)校，進(jìn)而對氣象雷達(dá)獲得的一組數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。這種方式在實際使用中有較大的誤差，首先，標(biāo)準(zhǔn)源并不一定適應(yīng)實際的情況；其次，氣象雷達(dá)在完成一個體掃的過程中有太多的不確定因素會影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，如震動等，這就造成了體掃過程中誤差的不確定性，在這種情況下只進(jìn)行一次統(tǒng)一修正會產(chǎn)生較大的誤差；再者，氣象雷達(dá)的喇叭饋源、方位俯仰旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、波導(dǎo)傳輸網(wǎng)絡(luò)、接收機(jī)、發(fā)射機(jī)等鏈路并不在一起，現(xiàn)有的固定標(biāo)校源不覆蓋發(fā)射和接收的所有鏈路，不能實現(xiàn)全鏈路標(biāo)校，進(jìn)而影響探測精度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是在現(xiàn)有氣象雷達(dá)的基礎(chǔ)上增加一個獨立的標(biāo)校裝置，該標(biāo)校裝置能夠?qū)夭◤?qiáng)度進(jìn)行實時標(biāo)校，提高數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確度。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的氣象雷達(dá)回波強(qiáng)度標(biāo)校裝置，包括接收模塊、信號處理模塊、時序控制模塊和標(biāo)校源，所述接收模塊連接信號處理模塊，信號處理模塊連接時序控制模塊，時序控制模塊連接標(biāo)校源。

上述技術(shù)方案中，所述接收模塊包括RF放大器，RF放大器連接濾波器，濾波器連接混頻器，混頻器連接IF放大器，IF放大器連接IF濾波器，還包括100MHz晶振，100MHZ晶振連接本振，本振連接混頻器。

上述技術(shù)方案中所述信號處理模塊及標(biāo)校源包括AD采樣模塊，所述AD采樣模塊連接FPGA，所述FPGA連接100MHz晶振和標(biāo)校源。

上述技術(shù)方案中，還包括通信模塊，所述通信模塊分別連接信號處理模塊、時序控制模塊和控制終端。

氣象雷達(dá)回波強(qiáng)度標(biāo)校方法，采樣發(fā)射鏈路信號，對采樣信號進(jìn)行處理，獲取發(fā)射頻譜特征，對發(fā)射頻譜特征進(jìn)行數(shù)字存儲；依據(jù)發(fā)射頻譜特征配置標(biāo)校源頻率，使標(biāo)校源頻率與發(fā)射頻譜特征中發(fā)射信號頻率一致，并產(chǎn)生一個相對延時t的標(biāo)校信號，使該標(biāo)校信號的脈沖寬度為Xμs；在一個脈沖頻率周期結(jié)束前Xμs時，使標(biāo)校信號和探測回波信號一同進(jìn)入接收鏈路，通過變頻和信號處理，得到PPI和RHI末端距離庫中標(biāo)校信號值。

上述氣象雷達(dá)回波強(qiáng)度標(biāo)校方法，所述采樣發(fā)射鏈路信號在饋源中心處進(jìn)行采樣，所述標(biāo)校信號進(jìn)入接收鏈路也是在饋源中心處進(jìn)入接收鏈路。

上述氣象雷達(dá)回波強(qiáng)度標(biāo)校方法，所述的X為10。

上述變頻和信號處理為變頻、多普勒雷達(dá)信號理論和譜估計的處理。

本發(fā)明的氣象雷達(dá)回波強(qiáng)度標(biāo)校裝置可以實現(xiàn)對雷達(dá)信號的采集，且除供電外與天氣雷達(dá)沒有硬件上的關(guān)聯(lián)，本發(fā)明的氣象雷達(dá)回波強(qiáng)度標(biāo)校方法可以實現(xiàn)對天氣雷達(dá)全鏈路、實時標(biāo)校，提高雷達(dá)探測精度。

附圖說明

圖1為標(biāo)校裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為接收模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為接收模塊一種設(shè)計方案；

圖4為信號處理及標(biāo)校源結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為信號處理及標(biāo)校源一種設(shè)計方案；

圖6為標(biāo)校信號動作時序圖。

具體實時方式

本發(fā)明提出了一種氣象雷達(dá)回波標(biāo)效方法，實現(xiàn)全鏈路實時標(biāo)校。即在天線仰角0°平面上，拋物面邊緣處放置一個標(biāo)校裝置，如圖1，該標(biāo)校裝置包括接收模塊1、信號處理模塊2、時序控制模塊3和標(biāo)校源4、無線通信模塊5，所述接收模塊1連接信號處理模塊2，信號處理模塊2連接時序控制模塊3和無線通信模塊5，所述時序控制模塊3連接標(biāo)校源4和無線通信模塊5。

其中的接收模塊1，接收S或C或X波段氣象雷達(dá)輻射信號，即采樣發(fā)射鏈路信號，經(jīng)過AD采樣處理，送到信號處理模塊2，得到發(fā)射頻譜特征，信號處理模塊2對采樣的發(fā)射頻譜進(jìn)行數(shù)字存儲，即DRFM，并根據(jù)接收指令，配置觸法延時時間，并產(chǎn)生10μs脈寬的標(biāo)校信號，且于氣象雷達(dá)PRF嚴(yán)格同步，該信號只在PRF結(jié)尾前10μs開啟。

這時標(biāo)校信號經(jīng)過氣象雷達(dá)天線口，與回波信號一同進(jìn)入接收鏈路，通過變頻和信號處理，得到該P(yáng)PI和RHI末端距離庫中標(biāo)效信號值。

現(xiàn)有的天氣雷達(dá)設(shè)備沒有更多的通信接口，本發(fā)明借用通用頻道上無線數(shù)傳方式，進(jìn)行標(biāo)校模塊進(jìn)行通信和監(jiān)控，也就是利用無線通信模塊5來實現(xiàn)控制終端對標(biāo)校裝置的通信和監(jiān)控。

參見圖2和3，接收模塊1要實現(xiàn)氣象雷達(dá)信號的放大、濾波、變頻等功能。RF放大器接收天線信號，傳送至濾波器，濾波器送至混頻器，100MHz晶振通過本振將信號傳送至混頻器，混頻器將信號傳送至IF放大器，IF放大器將信號送至IF濾波器，IF濾波器將處理后的信號送出。其中的一種實施方式為RF_in接口信號傳送至低噪聲放大器PA-105，低噪聲放大器PA-105信號傳送至帶通濾波器BPF2900，帶通濾波器BPF2900信號傳送至混頻器5551，鎖相本振2840plo信號傳送至混頻器5551，混頻器5551信號傳送至帶通濾波器BPF60MHz，帶通濾波器BPF60MHz信號傳送至中頻放大器PSA4-5043，中頻放大器PSA4-5043信號傳送至信號處理模塊2。

參見圖4和5，信號處理及標(biāo)校源的結(jié)構(gòu)及工作原理，中頻信號送到16位或14位AD采樣模塊，進(jìn)行數(shù)字處理。由接收模塊1送來的中頻信號，經(jīng)高速AD采樣處理，再進(jìn)行FPGA處理，F(xiàn)PGA為信號處理模塊2即可得到發(fā)射鏈路的發(fā)射信號頻譜特征，包含發(fā)射信號頻率、發(fā)射功率、脈沖寬度等信息，同時將該采樣的發(fā)射信號頻譜特征信號頻譜進(jìn)行陣列存儲，即DRFM數(shù)字存儲技術(shù)。其中的一種實施方式為IF_in接口信號傳送至16位AD采樣模塊，AD采樣模塊信號傳送至數(shù)字存儲陣列，數(shù)字存儲陣列信號傳送至DA轉(zhuǎn)換器和信號處理模塊，DA轉(zhuǎn)換器和鎖相本振2840plo信號傳送至上行變頻器，上行變頻器信號傳送至BPF2900，BPF2900信號傳送至RF_out接口，通信模塊信號傳送至信號處理模塊，信號處理模塊信號傳送至數(shù)字存儲陣列，信號處理模塊信號設(shè)定PRF10μs后傳送至DA轉(zhuǎn)換器。

參見圖6，F(xiàn)PGA根據(jù)通信指令，通過上變頻配置標(biāo)效源頻率，與發(fā)射信號頻率一致，并產(chǎn)生一個相對延時t的脈沖信號，也就是標(biāo)校信號，脈寬10μs。

由于標(biāo)校信號源的強(qiáng)度與采樣到的發(fā)射鏈路信號強(qiáng)度幅度相關(guān)聯(lián)的，因此，標(biāo)效信號幅度的變化，就是反映了發(fā)射鏈路和接收鏈路特性的變化，因而，可以在同一方位角上直接修正各距離庫的回波強(qiáng)度，從而實現(xiàn)了天氣雷達(dá)信號的強(qiáng)度的動態(tài)標(biāo)定。

在實際使用時，只需將標(biāo)校裝置設(shè)置在饋源中心，一般為雷達(dá)天線仰角0°平面上，拋物面邊緣處；如天氣雷達(dá)是雙偏振雷達(dá)則每個饋源中心均設(shè)置一個標(biāo)校裝置，從而實現(xiàn)信號的采樣和發(fā)送。

本設(shè)計具有如下特征：首次將數(shù)字存儲技術(shù)即DRFM應(yīng)用到氣象雷達(dá)領(lǐng)域中，即在氣象雷達(dá)正常工作情況下，通過采樣雷達(dá)發(fā)射脈沖信號，進(jìn)行數(shù)字存儲，經(jīng)過一定延遲并PRF截至前，發(fā)送已存儲的頻譜信號，即標(biāo)校信號，因而具有實時性和相干性；由于在天線端口進(jìn)行采樣發(fā)射信號和發(fā)送標(biāo)校信號，即包含了從發(fā)射機(jī)輸出端口、波導(dǎo)傳輸網(wǎng)絡(luò)、方位俯仰旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)以及喇叭饋源等所有發(fā)射鏈路特性；同樣發(fā)送標(biāo)校信號經(jīng)過喇叭饋源、方位俯仰旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、波導(dǎo)傳輸網(wǎng)絡(luò)以及接收機(jī)等所有接收通道特性，因而具有發(fā)射、接收全鏈路標(biāo)校特性，提高雷達(dá)探測精度；校準(zhǔn)因子可以在氣象產(chǎn)品中進(jìn)行修正，因而具有獨立完整性，使用兩個模塊，可以對雙偏振雷達(dá)進(jìn)行Zdr校準(zhǔn)；除了供電以外，與雷達(dá)沒有任何牽連，操作簡便，因而具有較強(qiáng)的操作、實用性，有著廣闊的使用前景。