[發(fā)明專利]雙偏振相控陣天氣雷達(dá)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010683651.0
• 申請(qǐng)日: 2020-07-15
• 公開（公告）號(hào): CN111983617B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?jiān)?/a>;付亞鵬;解妍瓊;韓月琪;寇正;高細(xì)橋;黃軼;趙崗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/95
• 分類號(hào): G01S13/95;G01S7/02
• 代理公司: 成都立新致創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 51277
• 代理人: 周方建

本發(fā)明涉及雙偏振相控陣天氣雷達(dá)，由水平極化天線和垂直極化天線交替配置形成波導(dǎo)裂縫平面天線陣；由DTRU模塊和散熱風(fēng)機(jī)構(gòu)成的DTRU分系統(tǒng)；由信號(hào)處理和光傳與定時(shí)同步模塊組成的數(shù)字波束形成/信號(hào)處理分系統(tǒng)；以及伺服分系統(tǒng)、頻率源及分配網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)、監(jiān)控分系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)的雙發(fā)雙收，單發(fā)雙收，單發(fā)單收的多種工作模式要求。可實(shí)現(xiàn)俯仰維相掃，單/多波束接收的工作需求，快速探測(cè)天氣目標(biāo)信息，有效地監(jiān)測(cè)暴雨、冰雹、龍卷等災(zāi)害性天氣的發(fā)生、發(fā)展；同時(shí)雙偏振具有良好的定量測(cè)量回波強(qiáng)度的性能，可以定量估測(cè)大范圍降水；實(shí)現(xiàn)降水預(yù)報(bào)的定點(diǎn)、定量、定時(shí)化，為軍民用氣象保障提供可靠科學(xué)的探測(cè)數(shù)據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及雷達(dá)領(lǐng)域，具體涉及一種雙偏振相控陣天氣雷達(dá)。

背景技術(shù)

天氣雷達(dá)是氣象雷達(dá)的一種，是監(jiān)測(cè)和預(yù)警強(qiáng)對(duì)流天氣的主要工具，其工作原理是通過發(fā)射一系列脈沖電磁波，利用云、霧、雨、雪等降水粒子對(duì)電磁波的散射作用，獲取降水的空間位置位置、強(qiáng)弱分布、垂直結(jié)構(gòu)等。雷達(dá)可以有效地監(jiān)測(cè)暴雨、冰雹、龍卷等災(zāi)害性天氣的發(fā)生、發(fā)展；同時(shí)具有良好的定量測(cè)量回波強(qiáng)度的性能，可以定量估測(cè)大范圍降水；實(shí)現(xiàn)降水預(yù)報(bào)的定點(diǎn)、定量、定時(shí)化，為軍民用氣象保障提供可靠科學(xué)的探測(cè)數(shù)據(jù)。

現(xiàn)役業(yè)務(wù)運(yùn)行天氣雷達(dá)均采用機(jī)械掃描天線，僅有單個(gè)波束，完成一次空域探測(cè)通常需要6～8分鐘，對(duì)于雷暴、下?lián)舯┝鳌L(fēng)切變等航空危險(xiǎn)天氣，因其尺度小、變化速度快，導(dǎo)致無法即時(shí)獲取危險(xiǎn)天氣的精細(xì)化三維結(jié)構(gòu)，影響對(duì)危險(xiǎn)天氣的識(shí)別和監(jiān)測(cè)預(yù)警。為了保證探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，只能采取減少體掃仰角個(gè)數(shù)，達(dá)不到俯仰空域全覆蓋，這對(duì)獲取雷暴、大風(fēng)、下?lián)舯┝鳌L(fēng)切變等航空危險(xiǎn)天氣的精細(xì)化三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)造成影響，對(duì)雷暴、下?lián)舯┝鞯瓤焖僮兓闹行〕叨忍鞖馕ｋU(xiǎn)的有效探測(cè)。

在全球氣候變化異常的背景下，災(zāi)害性、突發(fā)性天氣日益增多，氣象保障壓力日益增大，迫切需要發(fā)展新型天氣雷達(dá)裝備，進(jìn)一步提高短臨危險(xiǎn)天氣探測(cè)能力。采用相控陣天氣雷達(dá)技術(shù)，可縮短對(duì)雷暴、大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流危險(xiǎn)天氣的探測(cè)周期，對(duì)下?lián)舯鳌⒅谐叨葰庑任ｋU(xiǎn)天氣的平均預(yù)警時(shí)間將由目前的不足10分鐘延長(zhǎng)到15分鐘，實(shí)現(xiàn)短臨危險(xiǎn)天氣的精準(zhǔn)探測(cè)和預(yù)報(bào)。

相控陣雙偏振多普勒天氣雷達(dá)在相控陣天氣雷達(dá)的基礎(chǔ)上增加偏振測(cè)量功能，在單極化相控陣天氣雷達(dá)所獲取天氣目標(biāo)強(qiáng)度、速度、譜寬信息的基礎(chǔ)上進(jìn)一步獲取云雨目標(biāo)粒子相態(tài)、粒子尺寸譜和介電常數(shù)等微物理信息，大大提高相控陣天氣雷達(dá)定量測(cè)量降水量、云中含水量的精度，實(shí)現(xiàn)云雨目標(biāo)相態(tài)及零度層識(shí)別，對(duì)災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)和保障能力大大提高。發(fā)展相控陣雙偏振天氣雷達(dá)，可獲取更多的氣象目標(biāo)的微觀信息提高對(duì)短臨危險(xiǎn)天氣精細(xì)探測(cè)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)氣象雷達(dá)探測(cè)技術(shù)跨越和實(shí)現(xiàn)天氣雷達(dá)裝備的更新?lián)Q代具有重要作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于波導(dǎo)裂縫陣列天線的雙偏振相控陣天氣雷達(dá)，可實(shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)的雙發(fā)雙收，單發(fā)雙收，單發(fā)單收的多種極化工作模式要求。雷達(dá)實(shí)現(xiàn)俯仰維相掃，單/多波束的工作需求，快速探測(cè)雷達(dá)周邊空域天氣目標(biāo)信息，為軍民用氣象保障系統(tǒng)提供及時(shí)可靠全面的天氣信息。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種雙偏振相控陣天氣雷達(dá)，包括：

由水平極化天線和垂直極化天線交替配置形成波導(dǎo)裂縫平面天線陣；

由DTRU模塊和散熱風(fēng)機(jī)構(gòu)成的DTRU分系統(tǒng)；

由信號(hào)處理和光傳與定時(shí)同步模塊組成的數(shù)字波束形成/信號(hào)處理分系統(tǒng)；

以及伺服分系統(tǒng)、頻率源及分配網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)、監(jiān)控分系統(tǒng)；

發(fā)射時(shí)，全陣面各DTRU模塊內(nèi)的數(shù)字波形產(chǎn)生模塊DDS按指定幅度和相位控制字再結(jié)合時(shí)鐘及定時(shí)信號(hào)產(chǎn)生發(fā)射的激勵(lì)信號(hào)經(jīng)上變頻和功率放大輸入天線單元，各天線單元產(chǎn)生相應(yīng)偏振電磁波輻射到指定空域進(jìn)行功率合成形成發(fā)射波束；