[發(fā)明專(zhuān)利]一種俯仰多波束天氣雷達(dá)及其探測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010110984.4
• 申請(qǐng)日: 2020-02-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111190184B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李忱;張?jiān)?/a>
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京信大氣象科學(xué)技術(shù)研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01S13/95
• 分類(lèi)號(hào): G01S13/95;G01S13/02;G01S7/02;G01S7/03;G01S7/282;G01S7/285
• 代理公司: 南京鐘山專(zhuān)利代理有限公司 32252
• 代理人: 陳月菊

本發(fā)明公開(kāi)了一種俯仰多波束天氣雷達(dá)，包括基座、偏饋天線(xiàn)反射面、多個(gè)饋源喇叭、旋轉(zhuǎn)底座、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、第一伺服驅(qū)動(dòng)器、發(fā)射接收模塊、數(shù)據(jù)處理器、通訊模塊、電源模塊、供電電源；多個(gè)饋源喇叭通過(guò)多套平行的饋線(xiàn)系統(tǒng)與發(fā)射接收模塊分別連接，在同一掃描時(shí)刻生成具有互不重疊的俯仰角覆蓋范圍的多個(gè)波束；數(shù)據(jù)處理器對(duì)調(diào)頻信號(hào)或相位編碼信號(hào)變頻放大處理后分發(fā)至多個(gè)饋源喇叭，再經(jīng)偏饋天線(xiàn)反射面輻射至探測(cè)目標(biāo)表面，以及接收多個(gè)饋源喇叭反饋的回波信號(hào)，結(jié)合接收到的多個(gè)回波信號(hào)計(jì)算得到探測(cè)目標(biāo)回波信息。本發(fā)明成功解決了現(xiàn)有相控陣天氣雷達(dá)成本高的不足，同時(shí)解決了傳統(tǒng)天氣雷達(dá)觀(guān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性低等問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種俯仰多波束天氣雷達(dá)及其探測(cè)方法。

背景技術(shù)

自雷達(dá)誕生之日起，人們就開(kāi)始利用它來(lái)進(jìn)行降水探測(cè)和測(cè)量的研究。氣象水文學(xué)家對(duì)降雨量的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)有強(qiáng)烈需求，正確的預(yù)報(bào)為防災(zāi)減災(zāi)贏(yíng)得準(zhǔn)備時(shí)間。利用雷達(dá)進(jìn)行降水估計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)在于，它可以以相當(dāng)高的時(shí)空分辨率，獲取大面積的測(cè)量數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的天氣雷達(dá)采用體積掃描的方式進(jìn)行觀(guān)測(cè)，完成一個(gè)掃描周期需要6分鐘以上，難以快速獲取探測(cè)范圍內(nèi)變化快、強(qiáng)度大的中小尺度系統(tǒng)災(zāi)害天氣的強(qiáng)度和速度等信息，另外由于方位和俯仰角度均需要旋轉(zhuǎn)掃描，兩套旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也極大地降低了雷達(dá)的可靠性，增加了雷達(dá)耗電量。

相控陣天氣雷達(dá)具有快速掃描能力，能夠在一分鐘內(nèi)完成作用范圍的三維立體探測(cè)，獲取探測(cè)范圍中小尺度天氣強(qiáng)災(zāi)害天氣的強(qiáng)度、速度等信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)該類(lèi)目標(biāo)的結(jié)構(gòu)和演變的精細(xì)化探測(cè)。現(xiàn)有的相控陣天氣雷達(dá)采用方位旋轉(zhuǎn)、俯仰相控多波束的方式工作，存在系統(tǒng)復(fù)雜、價(jià)格昂貴的不足，對(duì)架設(shè)安裝的要求較高，難以滿(mǎn)足大量部署的要求。

如專(zhuān)利號(hào)為CN201710858947.X的發(fā)明“移動(dòng)觀(guān)測(cè)相控陣天氣雷達(dá)”，提出了一種移動(dòng)觀(guān)測(cè)相控陣天氣雷達(dá)，包括固定平臺(tái)、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、相控陣?yán)走_(dá)及發(fā)電機(jī)；旋轉(zhuǎn)平臺(tái)設(shè)置在固定平臺(tái)的頂部，相控陣?yán)走_(dá)通過(guò)電動(dòng)支撐桿與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)固定連接；移動(dòng)觀(guān)測(cè)相控陣天氣雷達(dá)還包括姿態(tài)傳感器，方位傳感器及GPS模塊；所述姿態(tài)傳感器設(shè)置在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，檢測(cè)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的俯仰角及橫滾角的數(shù)值；所述方位傳感器設(shè)置在固定平臺(tái)上，檢測(cè)固定平臺(tái)的方向。其使用為：S1，啟動(dòng)發(fā)電機(jī)；S2，電動(dòng)支撐桿將相控陣?yán)走_(dá)支撐起來(lái)，其與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)平面形成45°仰角；S3，相控陣?yán)走_(dá)開(kāi)始探測(cè)，雷達(dá)天線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，完成360°方位掃描，0-90度仰角通過(guò)電掃完成；S4，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將雷達(dá)探測(cè)資料和狀態(tài)發(fā)送出并同時(shí)存儲(chǔ)。該發(fā)明專(zhuān)利中俯仰采用電掃，系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)格昂貴；另外，雖然將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的設(shè)備安裝在移動(dòng)的車(chē)輛上，但仍存在便攜性差、使用過(guò)程復(fù)雜的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種俯仰多波束天氣雷達(dá)及其探測(cè)方法，采用俯仰多波束、方位機(jī)械旋轉(zhuǎn)掃描的新型設(shè)計(jì)，借助脈沖多普勒技術(shù)，成功解決了現(xiàn)有相控陣天氣雷達(dá)成本高的不足，同時(shí)解決了傳統(tǒng)天氣雷達(dá)觀(guān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性低等問(wèn)題。本發(fā)明專(zhuān)利采用偏饋天線(xiàn)反射面，多個(gè)饋源排列形成俯仰多波束，俯仰角度可調(diào)，可實(shí)現(xiàn)不同俯仰角度的觀(guān)測(cè)。雷達(dá)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便，便攜性強(qiáng)，完成全空域掃描時(shí)間短，可靠性高，成本低，安裝使用方便。

為達(dá)成上述目的，結(jié)合圖1，本發(fā)明提出一種俯仰多波束天氣雷達(dá)，所述俯仰多波束天氣雷達(dá)包括基座、偏饋天線(xiàn)反射面、多個(gè)饋源喇叭、旋轉(zhuǎn)底座、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、第一伺服驅(qū)動(dòng)器、發(fā)射接收模塊、數(shù)據(jù)處理器、通訊模塊、電源模塊、供電電源；

所述供電電源通過(guò)電源模塊分別與多個(gè)饋源喇叭、旋轉(zhuǎn)底座、第一伺服驅(qū)動(dòng)器、發(fā)射接收模塊、數(shù)據(jù)處理器、通訊模塊連接，提供其工作所需電能；

所述偏饋天線(xiàn)反射面、多個(gè)饋源喇叭、第一伺服驅(qū)動(dòng)器、發(fā)射接收模塊、數(shù)據(jù)處理器、通訊模塊、電源模塊安裝在基座上方，所述供電電源安裝在基座內(nèi)；

所述旋轉(zhuǎn)底座固定在基座下方，依次通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、第一伺服驅(qū)動(dòng)器與數(shù)據(jù)處理器連接，所述第一伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)數(shù)據(jù)處理器發(fā)送的控制指令驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)以調(diào)整旋轉(zhuǎn)底座的旋轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)實(shí)時(shí)方位旋轉(zhuǎn)掃描；