[發明專利]雙偏振相控陣天氣雷達

有效

• 申請號: 202010683651.0
• 申請日: 2020-07-15
• 公開（公告）號: CN111983617B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 張云;付亞鵬;解妍瓊;韓月琪;寇正;高細橋;黃軼;趙崗
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01S13/95
• 分類號: G01S13/95;G01S7/02
• 代理公司: 成都立新致創知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51277
• 代理人: 周方建

1.一種雙偏振相控陣天氣雷達，其特征在于，包括：

由水平極化天線和垂直極化天線交替配置形成波導裂縫平面天線陣；

由DTRU模塊和散熱風機構成的DTRU分系統；

由信號處理和光傳與定時同步模塊組成的數字波束形成/信號處理分系統；

以及伺服分系統、頻率源及分配網絡分系統、監控分系統；

發射時，全陣面各DTRU模塊內的數字波形產生模塊DDS按指定幅度和相位控制字再結合時鐘及定時信號產生發射的激勵信號經上變頻和功率放大輸入天線單元，各天線單元產生相應偏振電磁波輻射到指定空域進行功率合成形成發射波束；

接收時，波導裂縫平面天線陣將接收空域內的反射電磁波信號送入DTRU模塊，經低噪聲放大后下變頻至中頻，中頻信號經A/D采樣和數字下變頻處理生成數字正交視頻信號I/Q送入數字波束形成系統，數字波束形成系統通過對每個通道信號的幅度和相位加權控制，在掃描空域內任意形成所需的接收波束；

還包括，用于解決探測盲區的補盲方式，所述補盲方式采用時分補盲或頻分補盲；

所述時分補盲采用脈間交替發射寬窄脈沖組來解決探測盲區，寬脈沖探測遠區回波，窄脈沖對寬脈沖探測盲區進行補盲處理，寬窄脈沖間隔時間為脈沖累積數，利用兩次探測數據進行拼接處理，時分方式實現補盲處理；

所述頻分補盲采用脈內發射不同頻率寬窄脈沖來解決探測盲區，采用脈內發射雙頻數字波形，先發寬脈沖再發窄脈沖，寬窄脈沖發射間隔小于1μs，寬窄脈沖在脈內采用不同的頻率，數字接收通道通過不同的數字濾波器進行分離，分離后的窄脈沖回波信號和經數字脈沖壓縮處理后的寬脈沖回波信號輸出至多普勒信號處理單元進行處理，脈內頻分方式實現探測距離補盲處理。

2.根據權利要求1所述的雙偏振相控陣天氣雷達，其特征在于，所述水平極化天線由采用脊波導窄邊(1)開斜縫(3)的方式形成，所述垂直極化天線由脊波導寬邊(2)開縱縫(4)的方式形成。

3.根據權利要求2所述的雙偏振相控陣天氣雷達，其特征在于，所述水平極化天線和垂直極化天線分別由64行線源組成，發射時，由中間48行線源等幅發射，接收時由64行線源接收。

4.根據權利要求3所述的雙偏振相控陣天氣雷達，其特征在于，所述波導裂縫平面天線陣由8組子陣天線組成，每組子陣天線包括8根寬邊縱縫線源和8根窄邊裂縫線源。

5.根據權利要求1所述的雙偏振相控陣天氣雷達，其特征在于，所述DTRU分系統包括17個DTRU模塊，每個DTRU模塊包含8個通道，內含射頻通道、數字板以及相應的電氣互聯接口和機械安裝接口，其中射頻通道和數字板可拆分。

6.根據權利要求5所述的雙偏振相控陣天氣雷達，其特征在于，所述數字波束形成/信號處理分系統由數字波形產生模塊、數字中頻接收處理模塊、數字波束形成模塊、數字脈沖壓縮模塊、多普勒信號處理模塊、以及光傳與定時同步處理模塊組成，其中數字波形產生模塊以及數字中頻接收處理集成在所述DTRU模塊中。

7.根據權利要求1～6任一項所述的雙偏振相控陣天氣雷達，其特征在于，本雷達還包括一個發射增益、發射波束寬度校正方法，其步驟如下：

步驟1：計算天線波束寬度為：

其中：θ為偏離法線角度；

λ為波長；

d為線源間距；

I_n為第n路電場強度；

步驟2：由公式(1)計算出天線增益為：

其中：θ_t為水平波束寬度；

為垂直波束寬度；

步驟3：計算接收通道增益變化引起的數字接收波束方向圖變化為：

P(θ)＝|W^Ha(θ)|……(3)

其中，P(θ)為陣列天線方向圖；W為陣列的權矢量，W^H表示共軛轉置；a(θ)為單元因子；

步驟4：計算天線相掃波束寬度變化和增益變化分別為：

G＝G₀+10X log(cosΔδ)……(5)

其中：為垂直波束寬度；

Δδ為仰角偏離法線方向的角度

X＝1，Δδ≤30°；

X＝1.5，30°≤Δδ≤40°；

X＝2，40°≤Δδ≤50°；

X＝3，50°≤Δδ≤60°。