[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于全數(shù)字陣列的有源相控陣天氣雷達(dá)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410646350.5
• 申請(qǐng)日: 2014-11-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104330801A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-02-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪旭東;卞真穩(wěn);劉琦
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 安徽四創(chuàng)電子股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01S13/95
• 分類(lèi)號(hào): G01S13/95
• 代理公司: 合肥金安專(zhuān)利事務(wù)所 34114
• 代理人: 吳娜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及相控陣天氣雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于全數(shù)字陣列的有源相控陣天氣雷達(dá)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在人們探測(cè)自己賴(lài)以生存的地球大氣的各種方式中，天氣雷達(dá)占有十分重要的地位，相對(duì)于其它探測(cè)手段，天氣雷達(dá)具有高的時(shí)空分辨率，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的對(duì)災(zāi)害性天氣進(jìn)行探測(cè)，特別是在中小尺度災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)等方面是十分有效的觀測(cè)工具。

我國(guó)目前已經(jīng)布網(wǎng)的新一代天氣雷達(dá)大大提高了對(duì)災(zāi)害性天氣的監(jiān)測(cè)和預(yù)警能力，能夠定量探測(cè)降雨回波強(qiáng)度、徑向速度、速度譜寬等信息，以其高時(shí)空分辨率、及時(shí)準(zhǔn)確的遙感探測(cè)能力成為災(zāi)害性天氣，特別是中尺度災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警等方面極為有效的工具。但是由于對(duì)流天氣現(xiàn)象的變化是很快的，對(duì)流單體的發(fā)展時(shí)間尺度有些時(shí)候就幾分鐘到十幾分鐘，尤其對(duì)于風(fēng)暴等強(qiáng)對(duì)流單體，幾分鐘單體情況就可能發(fā)生很大的變化。目前多普勒氣象雷達(dá)還有待提高實(shí)現(xiàn)對(duì)小尺度，時(shí)間持續(xù)短變化快而造成較大危害的天氣現(xiàn)象進(jìn)行有效觀測(cè)，其主要原因是雷達(dá)探測(cè)周期長(zhǎng)、雷達(dá)探測(cè)時(shí)間分辨率低。

我國(guó)目前有關(guān)的相控陣天氣雷達(dá)的研究尚處于起步階段。由于相控陣?yán)走_(dá)的掃描體制不同于常規(guī)雷達(dá)，相控陣天氣雷達(dá)的快速掃描能夠使我們對(duì)中小尺度天氣過(guò)程發(fā)生、發(fā)展以及三維立體結(jié)構(gòu)和動(dòng)力結(jié)構(gòu)有更好的了解。因此，可以肯定相控陣技術(shù)是未來(lái)天氣雷達(dá)發(fā)展的一個(gè)重要的方向，對(duì)于全數(shù)字陣列的相控陣技術(shù)應(yīng)用于天氣雷達(dá)的實(shí)現(xiàn)方法的研究也有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有天線波束快速掃描能力、空間功率合成能力和多波束形成能力的基于全數(shù)字陣列的有源相控陣天氣雷達(dá)系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種基于全數(shù)字陣列的有源相控陣天氣雷達(dá)系統(tǒng)，包括用于發(fā)射波束、接收波束以及對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的信號(hào)處理機(jī)，信號(hào)處理機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分別與監(jiān)控終端、產(chǎn)品終端雙向通訊，信號(hào)處理機(jī)通過(guò)第一光纖與第一高速大容量波分復(fù)用光纖通信機(jī)相連，第一高速大容量波分復(fù)用光纖通信機(jī)通過(guò)第二光纖與第二高速大容量波分復(fù)用光纖通信機(jī)相連，匯流環(huán)套設(shè)在第二光纖上，第二高速大容量波分復(fù)用光纖通信機(jī)分別與校正分機(jī)、全數(shù)字陣列模塊雙向通訊，全數(shù)字陣列模塊通過(guò)校正網(wǎng)絡(luò)與天線陣列相連，頻率源分別向全數(shù)字陣列模塊、信號(hào)處理機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出端分別與匯流環(huán)、天線陣列相連。

所述信號(hào)處理機(jī)由數(shù)字波束形成單元和多普勒氣象信號(hào)處理器組成，所述多普勒氣象信號(hào)處理器由脈沖壓縮單元、FFT變換單元、頻域?yàn)V波單元、IIR濾波單元、DVIP單元和數(shù)據(jù)格式化單元組成，數(shù)字波束形成單元與第一光纖雙向通訊，數(shù)字波束形成單元分兩路輸出，一路直接與監(jiān)控終端相連，另一路與脈沖壓縮單元的輸入端相連，脈沖壓縮單元的輸出端分別與FFT變換單元、IIR濾波單元的輸入端相連，F(xiàn)FT變換單元與頻域?yàn)V波單元串聯(lián)，IIR濾波單元與DVIP單元串聯(lián)，頻域?yàn)V波單元、DVIP單元的輸出端均與數(shù)據(jù)格式化單元的輸入端相連，數(shù)據(jù)格式化單元的輸出端與產(chǎn)品終端的輸入端相連。

所述全數(shù)字陣列模塊由8個(gè)數(shù)字陣列模塊單元組成，每個(gè)數(shù)字陣列模塊單元由16個(gè)全數(shù)字收發(fā)組件組成，所述全數(shù)字收發(fā)組件包括波形產(chǎn)生電路，其輸出端依次與第一放大濾波電路、接收第二本振信號(hào)的第一上變頻、第二放大濾波電路、接收第一本振信號(hào)的第二上變頻、第一濾波器、功率放大器相連，功率放大器的輸出端與環(huán)形器的輸入端相連，環(huán)形器與天線陣列雙向通訊，環(huán)形器的輸出端依次與隔離限幅低噪放大器、第二濾波器、接收第一本振信號(hào)的第一下變頻、第三放大濾波電路、接收第二本振信號(hào)的第二下變頻、第四放大濾波電路相連，第四放大濾波電路的輸出端與數(shù)字接收機(jī)的輸入端相連。

所述頻率源包括100MHz晶振，其輸出端分別與第一鎖相環(huán)、第二鎖相環(huán)和基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路的輸入端相連，第一鎖相環(huán)的輸出端與倍頻器的輸入端相連，倍頻器輸出第一本振信號(hào)至第一1:8功分器的輸入端，第一1:8功分器的輸出端與全數(shù)字陣列模塊相連；第二鎖相環(huán)的輸出端輸出第二本振信號(hào)至第二1:8功分器的輸入端，第二1:8功分器的輸出端與全數(shù)字陣列模塊相連；所述基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路通過(guò)功分網(wǎng)絡(luò)輸出時(shí)鐘信號(hào)分別至全數(shù)字陣列模塊、信號(hào)處理機(jī)。

所述校正網(wǎng)絡(luò)由主饋線和128個(gè)雙定向耦合器組成，主饋線采用波導(dǎo)，校正網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)整體與組成天線陣列的128根天線之間通過(guò)法蘭連接。

所述天線陣列所傳輸?shù)牟ㄊ盘?hào)以波導(dǎo)窄邊開(kāi)傾斜縫的行波陣的形式傳輸，天線陣列采用裂縫波導(dǎo)線陣。