[發明專利]一種C波段相控陣天氣雷達

在審

• 申請號: 202110185576.X
• 申請日: 2021-02-10
• 公開（公告）號: CN112987001A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 陸建兵;官林海;劉新安;劉一峰;何軍;楊振宙;宋國棟;劉超;徐東東;何添業
• 申請（專利權）人: 南京恩瑞特實業有限公司
• 主分類號: G01S13/95
• 分類號: G01S13/95
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 高嬌陽

本發明公開了一種C波段相控陣天氣雷達，采用一維有源相控陣全相參脈沖多普勒體制，利用數字波束形成技術，在方位上進行機械掃描，俯仰角度多波束電子掃描，包括室外部分和室內部分，所述室外部分包括天線座、天線陣面、光傳、數字波束形成，所述室內部分包含信號處理、伺服、健康管理、數據處理、氣象二次產品處理服務器。本發明采用全數字相控陣體制，實現快速掃描，1分鐘內可完成40層體掃；采用數字波束形成技術，最多同時接收40個波束。實現冰雹、暴雨、龍卷等快速變化的中小尺度強對流單體快速精細化探測和預警。

技術領域

本發明涉及相控陣雷達技術，特別是一種C波段相控陣天氣雷達。

背景技術

目前的多普勒天氣雷達采用機械掃描體制，掃描速度慢，完成一個探測精度不太高的體掃需要約6分鐘。而且空間覆蓋率和垂直分辨率比較低，這種觀測方式得到的快速變化的降水單體垂直結構會出現失真，對于冰雹、暴雨、龍卷風等這些快速變化的中小尺度天氣過程無法探測到變化的細節，不能滿足災害性天氣的預警要求。

相控陣天氣雷達是一種新型的進行定量觀測的氣象雷達系統，它采用電子掃描方式，雷達波束形成一般可以在幾微秒內完成，波束位置轉換迅速，可以使天氣雷達的掃描時間從目前的分鐘減少至幾十秒鐘，也可以形成多個波束對多個區域同時觀測，從而大大地提高了對龍卷風、暴雨等災害性天氣的預警能力，有效縮短預報時間。相控陣天氣雷達因其高時空分辨率的探測能力，高實時性探測和準確的探測數據等特點，將成為天氣探測雷達領域的一個熱點。

從天氣雷達技術的發展趨勢看，相控陣天氣雷達以其靈活快速的掃描方式、穩定和可靠的運行狀態等優勢，克服了目前的多普勒天氣雷達的不足。發展相控陣技術的天氣雷達、研究相控陣天氣雷達的觀測方法，對提高災害性天氣系統的檢測預警能力、應急觀測能力以及提高天氣預報和氣候模式的預測精度等都具有重要的現實意義。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供了一種采用全數字相控陣體制，實現快速掃描，1分鐘內可完成40層體掃；采用數字波束形成技術，最多同時接收40個波束。實現冰雹、暴雨、龍卷等快速變化的中小尺度強對流單體快速精細化探測和預警的C波段相控陣天氣雷達。

本發明的目的通過以下技術方案實現。

一種C波段相控陣天氣雷達，采用一維有源相控陣全相參脈沖多普勒體制，利用數字波束形成技術，在方位上進行機械掃描，俯仰角度多波束電子掃描，包括室外部分和室內部分，所述室外部分包括天線座、天線陣面、光傳、數字波束形成，所述室內部分包含信號處理、伺服、健康管理、數據處理、氣象二次產品處理服務器。

所述天線陣面包括N根波導縫隙天線、綜合網絡、陣面監測、8通道數字TR組件、監測組件、頻率源、陣面電源。

工作流程包括以下步驟：

a)雷達正常開機；

b)在數據處理軟件界面中啟動某個“工作任務”；

c)雷達發射通道開始工作，頻率源根據數據處理的工作指令產生所需的激勵信號，激勵信號放大后通過綜合網絡分配至每個數字TR組件單元，同時數字TR組件內的DDS按預置的幅度和相位控制字經上變頻激勵末級功率放大器放大信號后，通過N根波導縫隙天線向空間輻射，在空間形成所需的發射波束，覆蓋探測空域。同時伺服根據數據處理的指令進行方位掃描；

d)雷達接收時，當發射信號遇到氣象目標時，目標粒子的后向散射返回形成回波信號，N根波導縫隙天線接收空域內的回波信號，經環形器后送入數字T/R組件的接收通道，后經低噪聲放大、A/D變換后形成數字正交信號，經過光傳送DBF，DBF根據信號處理器的指令形成空域內的任意數字接收波束，接收波束的I/Q信號通過光纜送信號處理進行FFT/PPP處理，完成積分處理和地物抑制，再估計出氣象回波的強度、速度、譜寬，數據處理對信號處理輸出的氣象目標探測的原始數據進行處理、顯示，同時完成系統狀態監控和工作模式控制，通過局域網絡將雷達探測數據分發給產品終端，進行云雨回波的實時顯示；