双偏振相控阵天气雷达制造技术

本发明专利技术涉及双偏振相控阵天气雷达，由水平极化天线和垂直极化天线交替配置形成波导裂缝平面天线阵；由DTRU模块和散热风机构成的DTRU分系统；由信号处理和光传与定时同步模块组成的数字波束形成/信号处理分系统；以及伺服分系统、频率源及分配网络分系统、监控分系统，可实现整机系统的双发双收，单发双收，单发单收的多种工作模式要求。可实现俯仰维相扫，单/多波束接收的工作需求，快速探测天气目标信息，有效地监测暴雨、冰雹、龙卷等灾害性天气的发生、发展；同时双偏振具有良好的定量测量回波强度的性能，可以定量估测大范围降水；实现降水预报的定点、定量、定时化，为军民用气象保障提供可靠科学的探测数据。

【技术实现步骤摘要】
双偏振相控阵天气雷达
本专利技术涉及雷达领域，具体涉及一种双偏振相控阵天气雷达。
技术介绍
天气雷达是气象雷达的一种，是监测和预警强对流天气的主要工具，其工作原理是通过发射一系列脉冲电磁波，利用云、雾、雨、雪等降水粒子对电磁波的散射作用，获取降水的空间位置位置、强弱分布、垂直结构等。雷达可以有效地监测暴雨、冰雹、龙卷等灾害性天气的发生、发展；同时具有良好的定量测量回波强度的性能，可以定量估测大范围降水；实现降水预报的定点、定量、定时化，为军民用气象保障提供可靠科学的探测数据。现役业务运行天气雷达均采用机械扫描天线，仅有单个波束，完成一次空域探测通常需要6～8分钟，对于雷暴、下击暴流、风切变等航空危险天气，因其尺度小、变化速度快，导致无法即时获取危险天气的精细化三维结构，影响对危险天气的识别和监测预警。为了保证探测数据质量，只能采取减少体扫仰角个数，达不到俯仰空域全覆盖，这对获取雷暴、大风、下击暴流、风切变等航空危险天气的精细化三维结构数据造成影响，对雷暴、下击暴流等快速变化的中小尺度天气危险的有效探测。在全球气候变化异常的背景下，灾害性、突发性天气日益增多，气象保障压力日益增大，迫切需要发展新型天气雷达装备，进一步提高短临危险天气探测能力。采用相控阵天气雷达技术，可缩短对雷暴、大风等强对流危险天气的探测周期，对下击爆流、中尺度气旋等危险天气的平均预警时间将由目前的不足10分钟延长到15分钟，实现短临危险天气的精准探测和预报。相控阵双偏振多普勒天气雷达在相控阵天气雷达的基础上增加偏振测量功能，在单极化相控阵天气雷达所获取天气目标强度、速度、谱宽信息的基础上进一步获取云雨目标粒子相态、粒子尺寸谱和介电常数等微物理信息，大大提高相控阵天气雷达定量测量降水量、云中含水量的精度，实现云雨目标相态及零度层识别，对灾害性天气的预报和保障能力大大提高。发展相控阵双偏振天气雷达，可获取更多的气象目标的微观信息提高对短临危险天气精细探测，对于实现气象雷达探测技术跨越和实现天气雷达装备的更新换代具有重要作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于波导裂缝阵列天线的双偏振相控阵天气雷达，可实现整机系统的双发双收，单发双收，单发单收的多种极化工作模式要求。雷达实现俯仰维相扫，单/多波束的工作需求，快速探测雷达周边空域天气目标信息，为军民用气象保障系统提供及时可靠全面的天气信息。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种双偏振相控阵天气雷达，包括：由水平极化天线和垂直极化天线交替配置形成波导裂缝平面天线阵；由DTRU模块和散热风机构成的DTRU分系统；由信号处理和光传与定时同步模块组成的数字波束形成/信号处理分系统；以及伺服分系统、频率源及分配网络分系统、监控分系统；发射时，全阵面各DTRU模块内的数字波形产生模块DDS按指定幅度和相位控制字再结合时钟及定时信号产生发射的激励信号经上变频和功率放大输入天线单元，各天线单元产生相应偏振电磁波辐射到指定空域进行功率合成形成发射波束；接收时，波导裂缝平面天线阵将接收空域内的反射电磁波信号送入DTRU模块，经低噪声放大后下变频至中频，中频信号经A/D采样和数字下变频处理生成数字正交视频信号I/Q送入数字波束形成系统，数字波束形成系统通过对每个通道信号的幅度和相位加权控制，在扫描空域内任意形成所需的接收波束。进一步的，所述水平极化天线由采用脊波导窄边开斜缝的方式形成，所述垂直极化天线由脊波导宽边开纵缝的方式形成。进一步的，所述水平极化天线和垂直极化天线分别由64行线源组成，发射时，由中间48行线源等幅发射，接收时由64行线源接收。进一步的，所述波导裂缝平面天线阵由8组子阵天线组成，每组子阵天线包括8根宽边纵缝线源和8根窄边裂缝线源。进一步的，所述DTRU分系统包括17个DTRU模块，每个DTRU模块包含8个通道，内含射频通道、数字板以及相应的电气互联接口和机械安装接口，其中射频通道和数字板可拆分。进一步的，所述数字波束形成/信号处理分系统由数字波形产生模块、数字中频接收处理模块、数字波束形成模块、数字脉冲压缩模块、多普勒信号处理模块、以及光传与定时同步处理模块组成，其中数字波形产生模块以及数字中频接收处理集成在所述DTRU模块中。进一步的，本雷达还包括用于解决探测盲区的补盲方式，所述补盲方式采用时分补盲或频分补盲；所述时分补盲采用脉间交替发射宽窄脉冲组来解决探测盲区，宽脉冲探测远区回波，窄脉冲对宽脉冲探测盲区进行补盲处理，利用两次探测数据进行拼接处理，时分方式实现补盲处理；所述频分补盲采用脉内发射不同频率宽窄脉冲来解决探测盲区，采用脉内发射双频数字波形，先发宽脉冲再发窄脉冲，宽窄脉冲在脉内采用不同的频率，数字接收通道通过不同的数字滤波器进行分离，分离后的窄脉冲回波信号和经数字脉冲压缩处理后的宽脉冲回波信号输出至多普勒信号处理单元进行处理，脉内频分方式实现探测距离补盲处理。所述时分补盲采用脉间交替发射宽窄脉冲组来解决探测盲区，宽脉冲探测远区回波，窄脉冲对宽脉冲探测盲区进行补盲处理，宽窄脉冲间隔时间为脉冲累积数(32、64、128、256可选)，利用两次探测数据进行拼接处理，时分方式实现补盲处理；所述频分补盲采用脉内发射不同频率宽窄脉冲来解决探测盲区，采用脉内发射双频数字波形，先发宽脉冲再发窄脉冲，宽窄脉冲发射间隔小于1μs，宽窄脉冲在脉内采用不同的频率，数字接收通道通过不同的数字滤波器进行分离，分离后的窄脉冲回波信号和经数字脉冲压缩处理后的宽脉冲回波信号输出至多普勒信号处理单元进行处理，脉内频分方式实现探测距离补盲处理。进一步的，本雷达还包括一个发射增益、发射波束宽度校正方法，其步骤如下：步骤1：计算天线波束宽度为：其中：θ为偏离法线角度；λ为波长；d为线源间距；In为第n路电场强度步骤2：由公式(1)计算出天线增益为：其中：θt为水平波束宽度；为垂直波束宽度；步骤3：计算接收通道增益变化引起的天线接收波束方向图变化为：P(θ)＝|WHa(θ)|……(3)其中，P(θ)为阵列天线方向图；W为阵列的权矢量，{W}H表示共轭转置；a(θ)为单元因子；步骤4：计算相扫天线波束宽度变化和增益变化分别为：G＝G0+10Xlog(cosΔδ)……(5)其中：为垂直波束宽度；Δδ为仰角偏离法线方向的角度X＝1Δδ≤30°X＝1.530≤Δδ≤40°X＝240≤Δδ≤50°X＝350≤Δδ≤60°。本专利技术的有益效果是：1、采用全数字双偏振相控阵体制，偏振方式灵活可控，可实现任意偏振。2、采用宽发窄收多波束体制，缩短探测周期，数据率高，危险天气捕获能力强。3、采用异频多波束扫描，减少波束间干扰气象回波结构清晰。4、采用在线自动幅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双偏振相控阵天气雷达，其特征在于，包括：/n由水平极化天线和垂直极化天线交替配置形成波导裂缝平面天线阵；/n由DTRU模块和散热风机构成的DTRU分系统；/n由信号处理和光传与定时同步模块组成的数字波束形成/信号处理分系统；/n以及伺服分系统、频率源及分配网络分系统、监控分系统；/n发射时，全阵面各DTRU模块内的数字波形产生模块DDS按指定幅度和相位控制字再结合时钟及定时信号产生发射的激励信号经上变频和功率放大输入天线单元，各天线单元产生相应偏振电磁波辐射到指定空域进行功率合成形成发射波束；/n接收时，波导裂缝平面天线阵将接收空域内的反射电磁波信号送入DTRU模块，经低噪声放大后下变频至中频，中频信号经A/D采样和数字下变频处理生成数字正交视频信号I/Q送入数字波束形成系统，数字波束形成系统通过对每个通道信号的幅度和相位加权控制，在扫描空域内任意形成所需的接收波束。/n

【技术特征摘要】
1.一种双偏振相控阵天气雷达，其特征在于，包括：
由水平极化天线和垂直极化天线交替配置形成波导裂缝平面天线阵；
由DTRU模块和散热风机构成的DTRU分系统；
由信号处理和光传与定时同步模块组成的数字波束形成/信号处理分系统；
以及伺服分系统、频率源及分配网络分系统、监控分系统；
发射时，全阵面各DTRU模块内的数字波形产生模块DDS按指定幅度和相位控制字再结合时钟及定时信号产生发射的激励信号经上变频和功率放大输入天线单元，各天线单元产生相应偏振电磁波辐射到指定空域进行功率合成形成发射波束；
接收时，波导裂缝平面天线阵将接收空域内的反射电磁波信号送入DTRU模块，经低噪声放大后下变频至中频，中频信号经A/D采样和数字下变频处理生成数字正交视频信号I/Q送入数字波束形成系统，数字波束形成系统通过对每个通道信号的幅度和相位加权控制，在扫描空域内任意形成所需的接收波束。


2.根据权利要求1所述的双偏振相控阵天气雷达，其特征在于，所述水平极化天线由采用脊波导窄边(1)开斜缝(3)的方式形成，所述垂直极化天线由脊波导宽边(2)开纵缝(4)的方式形成。


3.根据权利要求2所述的双偏振相控阵天气雷达，其特征在于，所述水平极化天线和垂直极化天线分别由64行线源组成，发射时，由中间48行线源等幅发射，接收时由64行线源接收。


4.根据权利要求3所述的双偏振相控阵天气雷达，其特征在于，所述波导裂缝平面天线阵由8组子阵天线组成，每组子阵天线包括8根宽边纵缝线源和8根窄边裂缝线源。


5.根据权利要求1所述的双偏振相控阵天气雷达，其特征在于，所述DTRU分系统包括17个DTRU模块，每个DTRU模块包含8个通道，内含射频通道、数字板以及相应的电气互联接口和机械安装接口，其中射频通道和数字板可拆分。


6.根据权利要求5所述的双偏振相控阵天气雷达，其特征在于，所述数字波束形成/信号处理分系统由数字波形产生模块、数字中频接收处理模块、数字波束形成模块、数字脉冲压缩模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云，付亚鹏，解妍琼，韩月琪，寇正，高细桥，黄轶，赵岗，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32