本实用新型专利技术公开了一种双偏振天气雷达ZDR在线标定装置。本实用新型专利技术ZDR在线标定装置包括网络通讯模块、GPS模块、主控制板、水平倾角模块和存储器；所述主控制板通过网络通讯模块与待标定双偏振天气雷达的信号处理机相连；所述主控制板分别与GPS模块、水平倾角模块及存储器相连。采用本实用新型专利技术能有效进行实时在线标定，无需人工干预，自动完成，不需要中断雷达的正常观测。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种双偏振天气雷达的ZDR (差分反射率因子）标定，具体涉及一 种在线标定装置。
技术介绍
双线偏振天气雷达（以下简称：双偏振雷达）同时或交替发射水平和垂直偏振电磁 波，获取云雨粒子的大小、形状、数量、相态（固态、液态、混合态)、空间取向等观测信息。这 些观测数据广泛应用于短时临近天气预报、灾害性天气预警、人工影响天气、水文径流预测 等多个领域。 差分反射率因子（ZDR)是双偏振雷达观测的主要偏振量之一，是由水平和垂直通 道回波功率的差异计算而来，是小信号量。它不仅与云雨粒子的特征有关，还与双通道差异 (天线、波导、接收机水平垂直差异)有关。由于受硬件加工精度、元器件参数漂移、热噪声起 伏等影响，双偏振雷达的水平垂直通道参数不能完全一致，所以在观测过程中需要经常标 定来修正ZDR的硬件偏差。 专利技术专利CN201310202199. 1描述了采用双通道全路径收发标校技术，减少双通 道收发系统误差，即修正ZDR硬件偏差。这种技术的缺点是无法实时标定天线、馈线(波导） 的水平垂直差异，同时存在标校信号误差的问题。因此，基于自然源信号的标定方法被广泛 应用于天气雷达。常用的标定方法之一是用雷达观测太阳信号，被称为太阳法。太阳法已 被广泛应用于天气雷达标定，常规天气雷达利用太阳法标定天线指向误差，双偏振天气雷 达还利用太阳法进行ZDR标定，订正双通道不一致引起的ZDR偏差。由于太阳辐射电磁波 是随机/均匀极化(偏振)的，水平和垂直方向的辐射能量是相同的，ZDR理论/真实值为0。 所以，用雷达观测太阳信号的理论值与测量值的差就是雷达双通道的差异。 传统的太阳法标定是离线式的，有以下几个步骤：在特定时段，停止天气回波观测 (关闭雷达发射机)，运行标定/测试软件，计算太阳的角度，控制雷达在太阳当前角度附近 上下左右搜索，找到最大回波功率(主波束中心正对太阳）位置，计算ZDR平均偏差（同时计 算雷达角度偏差)，修改信号处理机参数，结束标定。见(杜牧云等，2013 ;敏视达雷达测试软 件用户手册，第十章 P54)文献描述。离线式标定方式的缺点： 1、中断雷达正常观测。标定过程中不能观测天气回波，造成观测数据的不连续。 2、整个过程要人工控制。标定时，人工关闭天气回波观测软件，对计算机精确对 时，启动标定/测试软件。 3、标定参数设置比较复杂的，需要经过特定培训的人员来完成。 4、太阳角度是不断变化的，难以将雷达天线精确指向太阳中央，所以要求反复多 次进行。
技术实现思路
本技术的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种能够进行双偏振天 气雷达ZDR在线标定装置。 为了达到上述目的，本技术提供了一种双偏振天气雷达的ZDR在线标定装 置，包括网络通讯模块、GPS模块、主控制板、水平倾角模块和存储器；主控制板通过网络通 讯模块与待标定双偏振天气雷达的信号处理机相连；主控制板分别与GPS模块、水平倾角 模块及存储器相连。 其中，网络通讯模块采用OAHE W5500以太网芯片；GPS模块采用HOLUX M-87超 高精度的GPS模块；水平倾角模块采用无锡慧联LIS326双轴倾角传感器模块。 本技术相比现有技术具有以下优点：本技术有效进行实时在线标定，无 需人工干预，自动完成，不需要中断雷达的正常观测，在标定过程中能同时观测天气回波， 保证了观测数据的连续性。本技术适用于所有的双偏振天气雷达，能提高双偏振雷达 数据精度，具有广阔的应用前景。【附图说明】 图1为采用本技术进行在线标定的流程图； 图2为本技术在线标定装置的结构框图； 图3为效果实施例中采用双偏振天气雷达观测到的太阳回波； 图4为效果实施例中拟合得到的曲面图。【具体实施方式】 下面结合具体实施例对本技术进行详细说明。 装置实施例 如图2所示，本技术双偏振天气雷达ZDR在线标定装置包括网络通讯模块、主 控制板、GPS模块、水平倾角模块和存储器。 1、网络通讯模块采用OAHE W5500以太网芯片，基于TCP/IP协议(通讯协议：径向 数据时间频率高、数据量大，接收采用UDP组播协议，传输率高，实时性好。修正偏差指令数 据量小，采用TCP协议，可靠性好)，与双偏振天气雷达的信号处理机通讯，实时接收信号处 理机输出的径向数据并传送给主控制板；把主控制板生成的修正偏差指令发送给信号处理 机。 2、GPS模块采用HOLUX M-87超高精度的GPS模块(GPS模块定位精度〈=10米，输 出频率>IHZ)，与主控板通过RS-232 TTL端口通讯，通讯协议采用NMEAO183,为主控制板提 供高频率的GPS时间、经炜度信息。 3、水平倾角模块采用无锡慧联LIS326双轴倾角传感器模块(测量范围>10度，精 度〈=〇. 1度，频率响应>l〇〇Hz)，与主控制板通过串口通讯，通讯协议采用NMEA0183,为主控 制板提供高频率的天线XY轴水平倾角信息。 4、存储模块采用Arduino Micro SD卡模块和SanDisk SDHC卡（容量彡32G，读写 速度多ΙΟΜ/s)，与主控板通过SPI接口连接，用于存储自动识别出来的太阳信号数据及其 对应的GPS时间、天线方位读数、天线俯仰读数、水平倾角读数等信息。 5、主控制板：主控板采用ARMll四核，256M内存，运行Linux系统。方法核心代码 由C++语言实现，包括太阳角度计算、径向数据处理、太阳信号识别、二次曲面拟合、双通道 偏差分析等。5个模块在主控制板协调下，实时接收径向数据，在线提取太阳回波，分析ZDR 偏差，发送修正偏差指令给雷达，配合完成整个实时在线标定过程。 方法实施例 本技术双偏振天气雷达ZDR在线标定的具体方法如下： 1)通过网络通讯模块网络接收信号处理机输出的径向数据。 径向数据是指雷达一个观测方向的数据，包括方位角、仰角、时间及每个距离库上 的反射率因子（Z)、径向速度（V)、谱宽（SW)、差分反射率因子（ZDR)、相关系数（CC)等等。双 偏振天气雷达主流的信号处理机支持实时网络传输。 2)自动识别太阳回波信号 2. 1)利用天线水平倾角数据，修正径向数据的平台偏差。 -般来说雷达天线安装调校后都是水平的，但某些水平调校误差、雷达高塔的自 然摆动或移动雷达支撑脚不实，都可能产当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双偏振天气雷达ZDR在线标定装置，其特征在于：包括网络通讯模块、GPS模块、主控制板、水平倾角模块和存储器；所述主控制板通过网络通讯模块与待标定双偏振天气雷达的信号处理机相连；所述主控制板分别与GPS模块、水平倾角模块及存储器相连。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：楚志刚，胡汉峰，吴迪，陈魁，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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