[發明專利]一種基于全數字陣列的有源相控陣天氣雷達系統

有效

• 申請號: 201410646350.5
• 申請日: 2014-11-15
• 公開（公告）號: CN104330801A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 汪旭東;卞真穩;劉琦
• 申請（專利權）人: 安徽四創電子股份有限公司
• 主分類號: G01S13/95
• 分類號: G01S13/95
• 代理公司: 合肥金安專利事務所 34114
• 代理人: 吳娜

技術領域

本發明涉及相控陣天氣雷達技術領域，尤其是一種基于全數字陣列的有源相控陣天氣雷達系統。

背景技術

在人們探測自己賴以生存的地球大氣的各種方式中，天氣雷達占有十分重要的地位，相對于其它探測手段，天氣雷達具有高的時空分辨率，能夠及時準確的對災害性天氣進行探測，特別是在中小尺度災害性天氣監測和短時天氣預報等方面是十分有效的觀測工具。

我國目前已經布網的新一代天氣雷達大大提高了對災害性天氣的監測和預警能力，能夠定量探測降雨回波強度、徑向速度、速度譜寬等信息，以其高時空分辨率、及時準確的遙感探測能力成為災害性天氣，特別是中尺度災害性天氣監測預警等方面極為有效的工具。但是由于對流天氣現象的變化是很快的，對流單體的發展時間尺度有些時候就幾分鐘到十幾分鐘，尤其對于風暴等強對流單體，幾分鐘單體情況就可能發生很大的變化。目前多普勒氣象雷達還有待提高實現對小尺度，時間持續短變化快而造成較大危害的天氣現象進行有效觀測，其主要原因是雷達探測周期長、雷達探測時間分辨率低。

我國目前有關的相控陣天氣雷達的研究尚處于起步階段。由于相控陣雷達的掃描體制不同于常規雷達，相控陣天氣雷達的快速掃描能夠使我們對中小尺度天氣過程發生、發展以及三維立體結構和動力結構有更好的了解。因此，可以肯定相控陣技術是未來天氣雷達發展的一個重要的方向，對于全數字陣列的相控陣技術應用于天氣雷達的實現方法的研究也有著重要的現實意義。

發明內容

本發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字陣列的有源相控陣天氣雷達系統。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：一種基于全數字陣列的有源相控陣天氣雷達系統，包括用于發射波束、接收波束以及對回波數據進行處理的信號處理機，信號處理機通過網絡分別與監控終端、產品終端雙向通訊，信號處理機通過第一光纖與第一高速大容量波分復用光纖通信機相連，第一高速大容量波分復用光纖通信機通過第二光纖與第二高速大容量波分復用光纖通信機相連，匯流環套設在第二光纖上，第二高速大容量波分復用光纖通信機分別與校正分機、全數字陣列模塊雙向通訊，全數字陣列模塊通過校正網絡與天線陣列相連，頻率源分別向全數字陣列模塊、信號處理機提供時鐘信號，伺服驅動電機的輸出端分別與匯流環、天線陣列相連。

所述信號處理機由數字波束形成單元和多普勒氣象信號處理器組成，所述多普勒氣象信號處理器由脈沖壓縮單元、FFT變換單元、頻域濾波單元、IIR濾波單元、DVIP單元和數據格式化單元組成，數字波束形成單元與第一光纖雙向通訊，數字波束形成單元分兩路輸出，一路直接與監控終端相連，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，FFT變換單元與頻域濾波單元串聯，IIR濾波單元與DVIP單元串聯，頻域濾波單元、DVIP單元的輸出端均與數據格式化單元的輸入端相連，數據格式化單元的輸出端與產品終端的輸入端相連。

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

所述頻率源包括100MHz晶振，其輸出端分別與第一鎖相環、第二鎖相環和基準信號產生電路的輸入端相連，第一鎖相環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字陣列模塊相連；第二鎖相環的輸出端輸出第二本振信號至第二1:8功分器的輸入端，第二1:8功分器的輸出端與全數字陣列模塊相連；所述基準信號產生電路通過功分網絡輸出時鐘信號分別至全數字陣列模塊、信號處理機。

所述校正網絡由主饋線和128個雙定向耦合器組成，主饋線采用波導，校正網絡作為一個整體與組成天線陣列的128根天線之間通過法蘭連接。

所述天線陣列所傳輸的波束信號以波導窄邊開傾斜縫的行波陣的形式傳輸，天線陣列采用裂縫波導線陣。