用于标定仪的校准装置及天气雷达回波强度真值标定方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了用于标定仪的校准装置及天气雷达回波强度真值标定方法，涉及天气雷达校准技术领域，该校准装置包括主机，所述主机上并排设置有极化发射天线、垂直极化接收天线以及水平极化接收天线，其中，极化发射天线的极化方向相对于水平面呈45°角设置。本发明专利技术实施例基于上述校准装置，提供了天气雷达回波强度真值标定依靠标定仪模拟目标真值进行标定，标定仪模拟目标真值基准依靠校准装置标定，校准装置利用金属球和角反射体的客观反射真值特性，以及依靠校准装置对空间辐射信号的功率密度高精度测量性能，对标定仪模拟目标发射功率及其回波强度真值基准进行校准，进而对天气雷达回波强度真值进行标定的思路，其特点是客观、准确。

【技术实现步骤摘要】
用于标定仪的校准装置及天气雷达回波强度真值标定方法
本专利技术涉及天气雷达校准
，具体涉及用于标定仪的校准装置及天气雷达回波强度真值标定方法。
技术介绍
新一代天气雷达(CINRAD)全国联网在线的数量有230多部，在全国精细化天气预报业务和灾害性天气监测预警中发挥了不可或缺的作用。组网雷达数据的准确性和一致性直接影响雷达应用和效益发挥，尤其是数字预报模式的发展对组网雷达数据同化提出了更高要求。而提高天气雷达探测数据的准确性和可靠性，确保全国组网天气雷达观测数据质量，其关键是建立起完善的天气雷达标定业务，以及为标定业务提供支撑的技术规范和平台。雷达强度测量、速度测量、坐标测量(距离、方位角、俯仰角)、谱宽测量、差分反射率测量、差分相移测量是天气雷达主要系统参数，是衡量雷达质量的主要标志。雷达天线增益、发射功率、接收灵敏度、接收动态、杂波抑制比、相位噪声等分系统指标是系统指标的基础保障。由于雷达产品缺少可方便实施的系统参数测量手段，军用雷达在产品定型时通过靶场试验对雷达系统参数和分系统参数测量和鉴定，定型后以分系统参数测试代替系统参数测试对生产使用阶段雷达性能进行评估，在部队使用中不断发现系统参数超标问题。天气雷达没有靶场试验环节，以成熟型号经验确定分系统指标和部分系统指标间接测试替代方法，因此，运行维护中同样会存在系统指标超标问题，标定仪承担双偏振天气雷达系统指标及分系统指标标定任务。但标定仪自身也需要每年定期校准，以保证对天气雷达的标定校准效果。天气雷达回波强度真值标定是天气雷达数据质量控制的核心，在天气雷达回波强度真值标定过程中，目前标定仪向天气雷达所发射的模拟目标信号没有校准手段，仅能保证雷达与雷达之间测量一致性标定，不能保证测量结果的准确性。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种用于标定仪的校准装置及天气雷达回波强度真值标定方法，校准装置可以对标定仪接收通道、发射通道的性能进行校准，以及构建距离-反射率系数-模拟目标发射功率参数表，以使标定仪依据该参数表对天气雷达回波强度真值进行标定，进而解决天气雷达回波强度真值标定准确度的问题。为了解决上述问题，本专利技术实施例公开了一种用于标定仪的校准装置，包括：主机，与所述主机分别连接的极化发射天线和极化接收天线，所述极化发射天线和所述极化接收天线的喇叭口均位于同一水平面；所述极化接收天线包括垂直极化接收天线以及水平极化接收天线；所述极化发射天线设置于主机上，所述极化发射天线的极化方向相对于水平面呈45°角设置；所述垂直极化接收天线设置于主机上，所述垂直极化接收天线的极化方向垂直于水平面设置；所述水平极化接收天线设置于主机上，所述水平极化接收天线的极化方向平行于水平面设置。在本专利技术一实施例中，所述主机包括：发射机、H接收机、V接收机、频综、H信号处理模块、V信号处理模块、数据处理模块以及显控终端；所述发射机与所述频综和所述极化发射天线分别连接；所述H接收机与所述频综、所述垂直极化接收天线以及所述H信号处理模块分别连接；所述V接收机与所述频综、所述水平极化接收天线以及所述V信号处理模块分别连接；所述数据处理模块与所述H信号处理模块、所述V信号处理模块以及所述显控终端分别连接。在本专利技术一实施例中，所述频综包括晶振、第一功分器、第一锁相环、第二锁相环、第一信号发生器DDS以及第二DDS；其中，所述第一功分器与所述晶振、第一锁相环、所述第二锁相环、所述第二DDS以及所述H信号处理模块、所述V信号处理模块分别连接；所述第一锁相环依次通过第一放大器、第一功分器、第一混频器与所述发射机连接，所述第一混频器通过第一低通滤波器与所述第一DDS连接，所述第一功分器与所述H接收机、所述V接收机分别连接；所述第二锁相环与第二功分器连接；所述第二DDS依次通过第二低通滤波器、第二放大器、第三功分器与所述H接收机、所述V接收机分别连接。在本专利技术一实施例中，所述H接收机包括：依次连接的第二混频器、第三低通滤波器、第三放大器、第三混频器、第四低通滤波器、第一中频放大器；所述第二混频器与所述垂直极化接收天线、所述第一功分器分别连接；所述第三混频器与所述第二放大器连接；所述第一中频放大器与所述H信号处理模块连接。为了解决上述问题，本专利技术实施例还公开了一种天气雷达综合标定仪强度标定方法，所述方法包括：对如本专利技术实施例所述的校准装置发射通道的发射天线增益功率积进行校准，通过校准后的所述校准装置发射通道发射基准信号，以对标定仪接收通道性能进行校准；将所述校准装置接收通道对空间辐射信号的功率密度测量性能进行校准，以对标定仪发射通道性能进行校准；其中，所述功率密度测量性能包括功率密度测量基准值和功率密度测量动态范围，所述功率密度测量基准值基于反射体的标准反射性能进行校准，所述功率密度测量动态范围通过控制校准装置发射功率，再将该发射功率送标准增益喇叭，以使标准增益喇叭向所述校准装置的接收天线辐射进行校准；建立反射体测量系统，在所述反射体测量系统中，所述校准装置的极化发射天线和极化接收天线的喇叭口均对准远场反射体；其中，所述校准装置依据脉冲雷达方程对所述反射体的雷达截面积进行测量，并依据天气雷达方程对不同距离下的所述反射体的回波功率进行测量，建立距离-雷达截面积-回波功率参数表；所述校准装置根据所述反射体的雷达截面积，计算天气雷达中所述反射体的反射率系数，将所述距离-雷达截面积-回波功率参数表转换为距离-反射率系数-回波功率参数表；其中，所述反射体的反射率系数范围与天气雷达测量动态范围匹配；建立模拟目标发射功率校准系统，在所述模拟目标发射功率校准系统中，所述校准装置极化发射天线和极化接收天线的喇叭口均对准远场标定仪的天线，其中，根据所述距离-反射率系数-回波功率参数表，调整所述标定仪的模拟目标发射功率，以使所述校准装置在特定距离下接收到所述模拟目标发射功率对应的回波功率与所述校准装置在所述特定距离下接收到的所述反射体在对应的反射率系数下的回波功率相等，记录所述模拟目标发射功率，得到距离-反射率系数-模拟目标发射功率参数表；利用发射通道和接收通道均校准后的所述标定仪，依据所述距离-反射率系数-模拟目标发射功率参数表，对天气雷达回波强度真值进行标定。在本专利技术一实施例中，对校准装置发射通道的发射天线增益功率积进行校准，包括以下步骤：在远场设置标准增益喇叭天线，以及与所述标准增益喇叭天线连接的功率计，并将所述校准装置的极化发射天线的喇叭口对准所述标准增益喇叭天线；所述校准装置发射功率为Pj，通过所述极化发射天线辐射，天线增益Gj；标准增益喇叭天线与所述极化发射天线喇叭口之间的距离为Rc，标准增益喇叭天线的空间辐射功率密度为Dj，标准增益喇叭天线口径面积为Ac，功率计测量功率为Pcj；其中，标准增益喇叭天线所接收的空间辐射信号的功率密度为：功率计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于标定仪的校准装置，其特征在于，包括：/n主机(1)，与所述主机(1)分别连接的极化发射天线(2)和极化接收天线，所述极化发射天线(2)和所述极化接收天线的喇叭口均位于同一水平面；/n所述极化接收天线包括垂直极化接收天线(3)以及水平极化接收天线(4)；/n所述极化发射天线(2)设置于主机上，所述极化发射天线(2)的极化方向相对于水平面呈45°角设置；/n所述垂直极化接收天线(3)设置于主机上，所述垂直极化接收天线(3)的极化方向垂直于水平面设置；/n所述水平极化接收天线(4)设置于主机上，所述水平极化接收天线(4)的极化方向平行于水平面设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于标定仪的校准装置，其特征在于，包括：
主机(1)，与所述主机(1)分别连接的极化发射天线(2)和极化接收天线，所述极化发射天线(2)和所述极化接收天线的喇叭口均位于同一水平面；
所述极化接收天线包括垂直极化接收天线(3)以及水平极化接收天线(4)；
所述极化发射天线(2)设置于主机上，所述极化发射天线(2)的极化方向相对于水平面呈45°角设置；
所述垂直极化接收天线(3)设置于主机上，所述垂直极化接收天线(3)的极化方向垂直于水平面设置；
所述水平极化接收天线(4)设置于主机上，所述水平极化接收天线(4)的极化方向平行于水平面设置。


2.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于，所述主机(1)包括：
发射机、H接收机、V接收机、频综、H信号处理模块、V信号处理模块、数据处理模块以及显控终端；
所述发射机与所述频综和所述极化发射天线(2)分别连接；
所述H接收机与所述频综、所述垂直极化接收天线(3)以及所述H信号处理模块分别连接；
所述V接收机与所述频综、所述水平极化接收天线(4)以及所述V信号处理模块分别连接；
所述数据处理模块与所述H信号处理模块、所述V信号处理模块以及所述显控终端分别连接。


3.根据权利要求2所述的校准装置，其特征在于，所述频综包括晶振、第一功分器、第一锁相环、第二锁相环、第一信号发生器DDS以及第二DDS；
其中，所述第一功分器与所述晶振、第一锁相环、所述第二锁相环、所述第二DDS以及所述H信号处理模块、所述V信号处理模块分别连接；
所述第一锁相环依次通过第一放大器、第一功分器、第一混频器与所述发射机连接，所述第一混频器通过第一低通滤波器与所述第一DDS连接，所述第一功分器与所述H接收机、所述V接收机分别连接；
所述第二锁相环与第二功分器连接；
所述第二DDS依次通过第二低通滤波器、第二放大器、第三功分器与所述H接收机、所述V接收机分别连接。


4.根据权利要求2所述的校准装置，其特征在于，所述H接收机包括：
依次连接的第二混频器、第三低通滤波器、第三放大器、第三混频器、第四低通滤波器、第一中频放大器；
所述第二混频器与所述垂直极化接收天线(3)、所述第一功分器分别连接；
所述第三混频器与所述第二放大器连接；
所述第一中频放大器与所述H信号处理模块连接。


5.一种天气雷达回波强度真值标定方法，其特征在于，所述方法包括：
对如权利要求1～4任一项所述的校准装置发射通道的发射天线增益功率积进行校准，通过校准后的所述校准装置发射通道发射基准信号，以对标定仪接收通道性能进行校准；
将所述校准装置接收通道对空间辐射信号的功率密度测量性能进行校准，以对标定仪发射通道性能进行校准；其中，所述功率密度测量性能包括功率密度测量基准值和功率密度测量动态范围，所述功率密度测量基准值基于反射体的标准反射性能进行校准，所述功率密度测量动态范围通过控制校准装置发射功率，再将该发射功率送标准增益喇叭，以使标准增益喇叭向所述校准装置的接收天线辐射进行校准；
建立反射体测量系统，在所述反射体测量系统中，所述校准装置的极化发射天线(2)和极化接收天线的喇叭口均对准远场反射体；其中，所述校准装置依据脉冲雷达方程对所述反射体的雷达截面积进行测量，并依据天气雷达方程对不同距离下的所述反射体的回波功率进行测量，建立距离-雷达截面积-回波功率参数表；
所述校准装置根据所述反射体的雷达截面积，计算天气雷达中所述反射体的反射率系数，将所述距离-雷达截面积-回波功率参数表转换为距离-反射率系数-回波功率参数表；其中，所述反射体的反射率系数范围与天气雷达测量动态范围匹配；
建立模拟目标发射功率校准系统，在所述模拟目标发射功率校准系统中，所述校准装置极化发射天线(2)和极化接收天线的喇叭口均对准远场标定仪的天线，其中，根据所述距离-反射率系数-回波功率参数表，调整所述标定仪的模拟目标发射功率，以使所述校准装置在特定距离下接收到所述模拟目标发射功率对应的回波功率与所述校准装置在所述特定距离下接收到的所述反射体在对应的反射率系数下的回波功率相等，记录所述模拟目标发射功率，得到距离-反射率系数-模拟目标发射功率参数表；
利用发射通道和接收通道均校准后的所述标定仪，依据所述距离-反射率系数-模拟目标发射功率参数表，对天气雷达回波强度真值进行标定。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对校准装置发射通道的发射天线增益功率积进行校准，包括以下步骤：
在远场设置标准增益喇叭天线，以及与所述标准增益喇叭天线连接的功率计，并将所述校准装置的极化发射天线(2)的喇叭口对准所述标准增益喇叭天线；
所述校准装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：王箫鹏，陈玉宝，刘洁，步志超，韩旭，邵楠，
申请(专利权)人：中国气象局气象探测中心，
类型：发明
国别省市：北京;11