[發明專利]一種風廓線雷達信號處理方法

有效

• 申請號: 201110173250.1
• 申請日: 2011-06-25
• 公開（公告）號: CN102323574A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 任迎新;賈曉星;張哲
• 申請（專利權）人: 中國航天科工集團第二研究院二十三所
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S13/95
• 代理公司: 中國航天科工集團公司專利中心 11024
• 代理人: 岳潔菱

技術領域

本發明涉及一種雷達信號處理方法，特別是一種風廓線雷達信號處理方法。

背景技術

風廓線雷達（Wind?Profiling?Radar,?WPR）是通過探測大氣湍流對電磁波的反射和散射來連續探測大氣風場等物理量的一種全天候大氣遙感探測設備，具有較高的測風實時性和精度，是中小尺度大氣探測的關鍵設備之一，在我國得到了快速發展和應用。

原有的風廓線雷達信號處理方法是使用專用的進口信號處理器，進口信號處理器包括：AD轉換部件、DSP信號處理部件，硬件復雜成本較高。由于硬件資源有限，在算法擴展、計算精度、數據存儲等方面都受到限制。在產品設計時需要專用的開發工具，程序固化在器件中，數據處理位數只有23位，不能錄取原始數據和中間處理數據，在風廓線雷達中的應用有其局限性。

信號處理器是風廓線雷達系統的關鍵設備之一，其性能好壞直接影響到測風的準確性和精度。原有信號處理器的硬件電路會帶來額外的干擾信號，增加了故障幾率，影響到系統的性能和可靠性，并且批量化受到國外生產廠家的限制，系統升級和擴展困難，這些問題制約了風廓線雷達產品的大批量生產和推廣使用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種風廓線雷達信號處理方法，解決原有風廓線雷達信號處理方法依賴進口器件、成本高、故障幾率大以及升級困難的問題。

一種風廓線雷達信號處理方法，其具體步驟為：

第一步??搭建風廓線雷達信號處理系統

風廓線雷達信號處理系統包括：工業控制計算機、數字中頻接收機板、系統控制模塊和信號處理模塊，其中工業控制計算機包括：PCI總線、共享內存和以太網卡。

數字中頻接收機板與工業控制計算機PCI總線連接，數字中頻接收機板與風廓線雷達系統中的模擬接收機連接；工業控制計算機與數據終端機以太網卡連接；系統控制模塊與工業控制計算機PCI總線連接，信號處理模塊與工業控制計算機PCI總線連接。工業控制計算機為系統的運行平臺，數字中頻接收機板用于采集雷達回波信號，系統控制模塊用于控制和調度系統的工作流程，信號處理模塊用于對回波采樣信號進行信號處理，系統控制模塊和信號處理模塊保存在工業控制計算機上，系統運行時加載到共享內存中。

第二步??數字中頻接收機板采集雷達回波信號

系統控制模塊首先進行數字中頻接收機板的初始化和參數加載，然后啟動工作時序，數字中頻接收機板按照加載參數中設置的采樣率、抽取因子、濾波系數，直接對雷達回波的中頻信號進行A/D變換和采集，將采集的時域數據先存入數字中頻接收機板內的FIFO緩存中，通過DMA中斷方式傳輸到工業控制計算機內存中，由系統控制模塊接收，再保存到工業控制計算機的共享內存中。系統控制模塊邊接收時域數據邊進行計數，當計數值達到預設的數值N時，N＝FFT點數×時域積累數×譜平均數，停止信號采集的工作時序，系統控制模塊完成信號接收，然后對預設的時域數據保存標志作判斷，如果標志為1，則保存到工業控制計算機的硬盤上。

第三步??信號處理模塊進行信號處理

系統控制模塊與信號處理模塊使用共享內存交換接收到的時域數據，系統控制模塊調用信號處理模塊，向信號處理模塊傳送信號處理參數和共享內存地址，由信號處理模塊利用信號處理參數對共享內存中的時域數據進行時域積累、脈沖壓縮、去直流、加窗、FFT變換、譜平均的一系列信號處理過程，處理完畢后將生成的譜數據保存到共享內存中，向系統控制模塊返回處理完畢的標志信息，系統控制模塊接收處理后生成的譜數據，并對預設的譜數據保存標志作判斷，如果標志為1則保存到工業控制計算機的硬盤上。?

第四步??系統控制模塊進行譜數據的處理、顯示和傳送

系統控制模塊對信號處理模塊生成的譜數據進行譜矩、信號功率和信噪比參數的計算，在本地顯示器顯示譜數據圖形和處理的信息，用于對風場回波信號進行監測和評估，同時通過以太網卡將譜數據傳送給數據終端機，作進一步的風譜信號識別、提取處理。

譜數據的處理過程如下：

信號功率譜的零階矩為：

????????????????????????????????????（1）

式中：m₀為信號功率譜的零階矩，?為第i點功率值，求和范圍為信號譜帶寬。

信號功率譜的一階矩為：

?????????????????????????????????（2）

信號功率譜的二階矩為：

???????????????????????????????（3）