CN109946662B - 一种相控阵天气雷达机内标校*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种相控阵天气雷达机内标校***，包括：信号收发组件，用于信号采集与标校后的信号输出；标定单元，用于产生激励信号并发送激励信号至信号收发组件；数据处理端，用于幅值、相值差值计算与幅相修正参数计算，并将计算结果输出至信号收发组件。本发明可标校相控阵天气雷达的发射机各发射通道的幅度和相位，也可以标校接收***中各接收通道的增益及相位延迟，提高了对天气探测的时空分辨率。
Description
技术领域
本发明属于雷达标校技术领域，尤其涉及一种相控阵雷达机内标校***。
背景技术
目前我国每年都在遭遇台风、***、冰雹、暴雨等灾害性天气的威胁，目前布网的新一代雷达针对复杂多变的极端天气的检测和预警存在时空分辨不够的缺陷，原因是天气雷达的发射机各发射通道的幅度偏移和相位偏差，导致灾害性天气的预警时间延长。
相控阵雷达之所以能够在几十秒钟内扫描完整个空域，得益于相控阵雷达可以多通道同时收发，多通道同时进行数据采集和处理。在相控阵天气雷达中由于多通道采集，存在各个发射通道的的输出幅度及相位的差异以及接收***各个通道存在增益及相位延迟差异。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种相控阵天气雷达机内标校***，包括：
信号收发组件，用于信号采集与标校后的信号输出；
标定单元，用于产生激励信号并发送激励信号至信号收发组件；
数据处理端，用于幅值、相值差值计算与幅相修正参数计算，并将计算结果输出至信号收发组件。
本发明的有益效果在于：本发明可标校相控阵天气雷达的发射机各发射通道的幅度和相位，也可以标校接收***中各接收通道的增益及相位延迟，提高了对天气探测的时空分辨率。
附图说明
图1是本发明的***原理图；
图2是实施例的***原理图；
图3是标定单元的原理图；
图4是数据采集单元的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如附图1所示，本发明提供一种相控阵天气雷达机内标校***，包括：
信号收发组件，用于信号采集与标校后的信号输出；
标定单元，用于产生激励信号并发送激励信号至信号收发组件；
数据处理端，用于幅值、相值差值计算与幅相修正参数计算，并将计算结果输出至信号收发组件。
进一步的，所述标定单元与信号收发组件之间还连接有功分器，用于将标定单元输出的激励信号分成一路或多路至所述信号收发组件。
进一步的，所述信号收发组件与标定单元之间还连接有用于将所述信号收发组件的输出信号耦合至所述标定单元的耦合单元。
进一步的，所述标定单元包括模数转换电路、用于幅相修正的FPGA电路、用于产生激励信号的波形发生电路与用于与数据处理端数据传输的数据收发电路；所述模数转换电路输出端与FPGA电路输入端相连；所述FPGA电路输出端与波形发生电路相连；所述FPGA电路通过数据收发电路与所述数据处理端相连。
进一步的，所述数据处理端包括本地数据处理器与终端计算机；所述本地数据处理器用于信号处理与激励信号控制；所述终端计算机用于幅值、相值、幅差、相差、以及幅相修正参数计算；所述本地数据处理器与终端计算机数据连接；所述本地数据处理器与所述标定单元、信号收发组件相连。
进一步的，所述信号收发组件与数据处理端之间还连接有数据采集单元，用于信号幅值与相值检测。
发射***标校过程：标定单元产生激励信号，激励信号通过功分器后输入相控阵雷达的多个信号收发组件，多个信号收发组件分别对信号进行放大后发射，并将放大后的信号按耦合比例耦合到定向耦合器；标定单元再对定向耦合器内的信号进行采集，并将数据上传至本地数据处理器；本地数据处理器在对数据进行处理后上传至终端计算机；终端计算机对标定单元采集的多个处理后的发射信号即发射通道数据进行幅值、相值计算，并计算出各发射通道数据的幅差、相差，并与其设计值进行比较后计算出幅值修正值、以及相值修正值，再将该修正参数发送至本地数据处理器；标定单元将修正参数发送到信号收发组件。
接收***标校过程：发射***标校完成后，多个接收信号组件或采集通道分别对标校完成的信号收发组件输出的回波信号进行采集，并将回波数据传输至本地数据处理器；本地数据处理器进行信号处理后上传至终端计算机；终端计算机对标定单元采集的多个接收信号即接收通道数据进行幅值、相值计算，得出各通道数据的幅值差、相值差并将其与设定的幅值、相值比较计算出幅值修正参数与相值修正参数，再将修正参数发送至本地数据处理器进行接收通道幅相修正。
如附图2所示标定单元原理图，波形发生电路产生发射激励信号输出至功分器分至各发射通道，模数转换电路采集定向耦合器输出的信号后传输至FPGA电路进行数据处理。数据收发电路接收FPGA电路输出的数据并将其串行化后通过光纤传输至本地数据处理器；本地数据处理器将数据进一步处理与封装后上传至终端计算机。
波形发生电路包括数字频率合成芯片及其***电路、差分转换电路与放大器电路；FPGA电路控制该芯片工作于RAM模式并根据FPGA电路提供的RAM值产生相应频率的波形。数字频率合成芯片产生的波形经变压器由差分转换电路转换成单端后经放大器放大输出至所述功分器。
数据收发电路主要用于与数据处理板进行数据交换，该电路可利用SFP模块将大量数据进行串化并调制到激光载体上，通过光纤进行高速传输。本设计采用的是单模双向全双工SFP激光模块。
数据采集单元包括依次相连的采集通道电路、第二可编程逻辑电路、时钟分配电路与第二数据收发电路。采集通道电路用于采集信号收发电路输出检测。第二数据收发电路输出端连接本地数据处处理器。
采用数字方式计算幅度与相位，参数可以准确进行标校。本装置以SFP激光模块配合单模光纤进行数据传输，增强了数据传输距离、增强了数据传输的稳定性与抗干扰能力。以全数字的方式进行幅相修正，避免了大量类似模拟电路调试的难度与安装难度，加之本装置采用大规模集成电路器件（FPGA），降低了***庞大的电路结构，降低了***硬件成本。
本发明可标校相控阵天气雷达的发射机各发射通道的幅度和相位，也可以标校接收***中各接收通道的增益及相位延迟，提高了对天气探测的时空分辨率。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种相控阵天气雷达机内标校***，其特征在于，包括：
信号收发组件，用于信号采集与标校后的信号输出；
标定单元，用于产生激励信号并发送激励信号至信号收发组件；
数据处理端，用于幅值、相值差值计算与幅相修正参数计算，并将计算结果输出至信号收发组件；
所述标定单元包括模数转换电路、用于幅相修正的FPGA电路、用于产生激励信号的波形发生电路与用于与数据处理端数据传输的数据收发电路；所述模数转换电路输出端与FPGA电路输入端相连；所述FPGA电路输出端与波形发生电路相连；所述FPGA电路通过数据收发电路与所述数据处理端相连；
发射***标校过程为：标定单元产生激励信号，激励信号通过功分器后输入相控阵雷达的多个信号收发组件，多个信号收发组件分别对信号进行放大后发射，并将放大后的信号按耦合比例耦合到定向耦合器；标定单元再对定向耦合器内的信号进行采集，并将数据上传至本地数据处理器；本地数据处理器在对数据进行处理后上传至终端计算机；终端计算机对标定单元采集的多个处理后的发射信号即发射通道数据进行幅值、相值计算，并计算出各发射通道数据的幅差、相差，并与其设计值进行比较后计算出幅值修正值、以及相值修正值，再将该修正参数发送至本地数据处理器；标定单元将修正参数发送到信号收发组件；
接收***标校过程为：发射***标校完成后，多个接收信号组件或采集通道分别对标校完成的信号收发组件输出的回波信号进行采集，并将回波数据传输至本地数据处理器；本地数据处理器进行信号处理后上传至终端计算机；终端计算机对标定单元采集的多个接收信号即接收通道数据进行幅值、相值计算，得出各通道数据的幅值差、相值差并将其与设定的幅值、相值比较计算出幅值修正参数与相值修正参数，再将修正参数发送至本地数据处理器进行接收通道幅相修正。
2.根据权利要求1所述一种相控阵天气雷达机内标校***，其特征在于，所述标定单元与信号收发组件之间还连接有功分器，用于将标定单元输出的激励信号分成一路或多路至所述信号收发组件。
3.根据权利要求1所述一种相控阵天气雷达机内标校***，其特征在于，所述信号收发组件与标定单元之间还连接有用于将所述信号收发组件的输出信号耦合至所述标定单元的耦合单元。
4.根据权利要求1所述一种相控阵天气雷达机内标校***，其特征在于，所述数据处理端包括本地数据处理器与终端计算机；所述本地数据处理器用于信号处理与激励信号控制；所述终端计算机用于幅值、相值、幅差、相差、以及幅相修正参数计算；所述本地数据处理器与终端计算机数据连接；所述本地数据处理器与所述标定单元、信号收发组件相连。
5.根据权利要求1所述一种相控阵天气雷达机内标校***，其特征在于，所述信号收发组件与数据处理端之间还连接有数据采集单元，用于信号幅值与相值检测。
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