一种多功能气象环境参数测量侧扫雷达及其操作方法技术

本发明专利技术一种多功能气象环境参数测量侧扫雷达，属于雷达技术领域。包括安装支架、转向云台、发射天线、接收天线阵列、雷达主机箱以及电池，所述发射天线和接收天线阵列通过转向云台设置在安装支架的顶端，雷达主机箱固定在安装支架的中部，电池为多功能气象环境参数测量侧扫雷达提供电能。本发明专利技术的有益效果是，采用模块化、小型化设计、计算模块并行化设计的思想，通过天线硬件模块和软件模块的独立化设计，同时利用四种测量功能的共同需求，并最大化应用系统的共有资源，有效节省成本，能极大的扩展计算范围和计算范围内的单元分辨率，更能详细的体现出计算区域内的详细特征。的体现出计算区域内的详细特征。的体现出计算区域内的详细特征。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能气象环境参数测量侧扫雷达及其操作方法


[0001]本专利技术涉及一种雷达设备，属于雷达
，具体为一种多功能气象环境参数测量侧扫雷达。

技术介绍

[0002]侧扫雷达是进行河流表面流速测量的水文雷达，已经被广泛应用于水文、水资源等测验中。电子探空仪是高空气象探测的重要手段，通过施放带有电子探空仪的气球，地面接收雷达可接收到温、压、湿、风等高空气象。低空风场测量雷达则是用于探测低空风场的雷达设备。冰期河流观测雷达采用P波段雷达电磁波照射冰河表面，通过回波信息分析冰河所处不同冰期的典型特征，并提取相关运动参数。这四种雷达都工作在P波段，可通过设计相关的功能模块，将四部雷达统一。目前，采用雷达电磁波进行河流表面流场测量已经开始应用于水文测试中，实现了河流表面全天候观测，克服了传统测量手段无法对复杂水域测量、测量难度大等缺点，对水文测量具有重要的意义；冰期河流观测是目前水文测量的一大难点，目前均采用人工驻站观测，施测难度较大，采用雷达进行冰河观测，对解决目前的冰河观测难题具有重要意义。测风雷达用于完成低空风场测量，采用P波段宽带脉冲信号对空辐射，采用多天线阵列接收回波信号，采用数字波束形成技术，实现高空风场的测量。电子探空仪地面站采用P波段通信编码调制信号，实现探空测量数据与地面站的通信传输。
[0003]上述四种雷达各有其优点，如何将这四种雷达组合在一起充分发挥所有优点对于应急抢险救灾具有重要的意义。

技术实现思路

[0004]鉴于
技术介绍
中提出的技术问题，本专利技术提供一种多功能气象环境参数测量侧扫雷达，根据四种功能雷达的共同点，从硬件架构到软件模块进行了创新性设计，将共用模块与独立模块进行详细设计，实现四种功能雷达的组合，将所有功能组合在一个雷达中。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种多功能气象环境参数测量侧扫雷达，包括安装支架、转向云台、发射天线、接收天线阵列、雷达主机箱以及电池，所述发射天线和接收天线阵列通过转向云台设置在安装支架的顶端，雷达主机箱固定在安装支架的中部，雷达主机箱内置发射信号生成单元模块，并行信号处理与数据处理模块，以及发射微波通道，发射信号生成单元模块分别与并行信号处理与数据处理模块、以及发射微波通道电连接，并行信号处理与数据处理模块由电子探空仪信号处理单元、河流表面流场信号处理单元、低空风场测量信号处理单元以及冰期河流测量信号处理单元四个子系统组成，电池为多功能气象环境参数测量侧扫雷达提供电能。
[0006]优选地，电子探空仪信号处理单元、河流表面流场信号处理单元、低空风场测量信号处理单元以及冰期河流测量信号处理单元四个子系统之间通过数据总线进行子系统之间的数据通信。
[0007]优选地，电子探空仪信号处理单元、河流表面流场信号处理单元、低空风场测量信号处理单元以及冰期河流测量信号处理单元四个子系统均配有并行存储和并行计算单元。
[0008]优选地，电子探空仪信号处理单元、河流表面流场信号处理单元、低空风场测量信号处理单元以及冰期河流测量信号处理单元四个子系统通过各子系统的数据接口，将采集的信号和中间数据分散存储于其它子系统信号处理单元，通过其它子系统的并行计算单元完成部分中间数据的计算，并通过数据接口完成对应单元之间的数据传递，将计算结果传递到并行信号处理与数据处理模块。
[0009]优选地，电池的输出端设有控制器，用于远程接收控制信号。
[0010]本专利技术同时提供一种多功能气象环境参数测量侧扫雷达的操作方法，包括以下步骤：步骤一，将试验控制计算机通过网线与雷达主机箱连接；步骤二，通过试验控制计算机向雷达主机箱中的实时控制计算机发送试验控制指令，控制多功能气象环境参数测量侧扫雷达的试验模式，解析确定对应的试验功能；步骤三，向雷达主机箱中的中频发射信号生成单元下发信号生成控制参数；步骤四，采用共用的数据存储与计算平台，对试验功能的特征参数进行精确提取。
[0011]优选地，试验功能为电子探空，具体工作流程如下：（7a）控制码元生成器生成GFSK信号的调制码元信息，由第二直接频率合成器按照频率控制码元成中频GFSK编码信号，并由DA变换模块，生成探空仪中频发射GFSK模拟信号；（7b）中频发射GFSK模拟信号通过多路选择器，切入到射频通道；（7c）射频通道的上变频将中频发射GFSK模拟信号上变频到P波段对应频点，通过带通滤波器滤波滤除带外分量，并由放大器放大至指定的功率电平，由发射天线向空间发射；（7d）同时，控制电脑向转向云台发射控制信号，使发射天线、接收天线阵列倾斜向空中发射、接收信号；（7e）接收天线阵列依次接收电子探空仪回波信号，并由独立的三个通道依次完成低噪声放大、带通滤波、下变频和数字采样相关流程，得到三个接收通道的数字回波信号；（7f）将三个接收通道的数字回波信号接入到电子探空仪信号处理单元，提取得到探空仪气象特征参数。
[0012]优选地，试验功能为低空风场测量，具体工作流程如下：（8a）根据试验控制计算机下发信号的中频工作频率，由第一直接频率合成器按照频率控制生成对应频率的连续波数字信号，并由码元生成器生成对应的信号抗干扰调制码元，并对第一直接频率合成器生成的连续波数字信号进行相位调制，并由DA生成中频发射连续波雷达模拟信号；（8b）第一数字脉冲生成器生成大脉宽低重频数字脉冲，通过选择开关对中频发射连续波雷达模拟信号进行幅度调制，生成中频模拟大脉宽雷达信号，通过多路选择器，切入到射频通道；（8c）射频通道的上变频将中频模拟大脉宽雷达信号上变频到P波段对应频点，通过带通滤波器滤波滤除带外分量，并由放大器放大至指定的功率电平，由发射天线向空间发射；
（8d）同时，控制电脑向转向云台发射控制信号，使发射天线、接收天线阵列垂直指向空中；（8e）接收天线阵列依次接收高空风场回波信号，并由独立的三个通道依次完成低噪声放大、带通滤波、下变频和数字采样流程，得到三个接收通道的数字回波信号；对三个接收通道的数字回波信号进行码元匹配处理，其中，参考码元由发射单元的码元生成器提供，通过码元匹配，对回波信号进行增强；（8f）将三个接收通道的数字回波信号接入到低空风场测量信号处理单元，将对应信号处理与数据处理过程中存储数据和计算过程通过子模块之间的通信接口和调度模块的调度，分配到电子探空信号处理单元、河流表面流场信号处理单元、冰下河流测量信号处理单元中，实现低空风场的测量信号的并行计算，实时提取得到低空风场特征参数。
[0013]优选地，试验功能为河流表面流场测量，具体流程如下：（9a）根据试验控制计算机下发信号的中频工作频率，由第一直接频率合成器按照频率控制生成对应频率的连续波数字信号，并由码元生成器生成对应的信号抗干扰调制码元，并对第一直接频率合成器生成的连续波信号进行相位调制，并由DA变换生成中频发射连续波雷达模拟信号；（9b）第二数字脉冲生成器生成窄脉宽高重频数字脉冲，通过选择开关对中频发射连续波雷达模拟信号进行幅度调制，生成中频模拟窄脉宽高重频雷达信号，通过多路选择器，切入到射频通道；（9c本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能气象环境参数测量侧扫雷达，其特征在于，包括安装支架、转向云台、发射天线、接收天线阵列、雷达主机箱以及电池，所述发射天线和接收天线阵列通过转向云台设置在安装支架的顶端，雷达主机箱固定在安装支架的中部，雷达主机箱内置发射信号生成单元模块，并行信号处理与数据处理模块，以及发射微波通道，发射信号生成单元模块分别与并行信号处理与数据处理模块、以及发射微波通道电连接，并行信号处理与数据处理模块由电子探空仪信号处理单元、河流表面流场信号处理单元、低空风场测量信号处理单元以及冰期河流测量信号处理单元四个子系统组成，电池为多功能气象环境参数测量侧扫雷达提供电能。2.根据权利要求1所述的一种多功能气象环境参数测量侧扫雷达，其特征在于，电子探空仪信号处理单元、河流表面流场信号处理单元、低空风场测量信号处理单元以及冰期河流测量信号处理单元四个子系统之间通过数据总线进行子系统之间的数据通信。3.根据权利要求2所述的一种多功能气象环境参数测量侧扫雷达，其特征在于，电子探空仪信号处理单元、河流表面流场信号处理单元、低空风场测量信号处理单元以及冰期河流测量信号处理单元四个子系统均配有并行存储和并行计算单元。4.根据权利要求3所述的一种多功能气象环境参数测量侧扫雷达，其特征在于，电子探空仪信号处理单元、河流表面流场信号处理单元、低空风场测量信号处理单元以及冰期河流测量信号处理单元四个子系统通过各子系统的数据接口，将采集的信号和中间数据分散存储于其它子系统信号处理单元，通过其它子系统的并行计算单元完成部分中间数据的计算，并通过数据接口完成对应单元之间的数据传递，将计算结果传递到并行信号处理与数据处理模块。5.根据权利要求4所述的一种多功能气象环境参数测量侧扫雷达，其特征在于，电池的输出端设有控制器，用于远程接收控制信号。6.一种多功能气象环境参数测量侧扫雷达的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将试验控制计算机通过网线与雷达主机箱连接；步骤二，通过试验控制计算机向雷达主机箱中的实时控制计算机发送试验控制指令，控制多功能气象环境参数测量侧扫雷达的试验模式，解析确定对应的试验功能；步骤三，向雷达主机箱中的中频发射信号生成单元下发信号生成控制参数；步骤四，采用共用的数据存储与计算平台，对试验功能的特征参数进行精确提取。7.根据权利要求6所述的一种多功能气象环境参数测量侧扫雷达的操作方法，其特征在于，试验功能为电子探空，具体工作流程如下：（7a）控制码元生成器生成GFSK信号的调制码元信息，由第二直接频率合成器按照频率控制码元成中频GFSK编码信号，并由DA变换模块，生成探空仪中频发射GFSK模拟信号；（7b）中频发射GFSK模拟信号通过多路选择器，切入到射频通道；（7c）射频通道的上变频将中频发射GFSK模拟信号上变频到P波段对应频点，通过带通滤波器滤波滤除带外分量，并由放大器放大至指定的功率电平，由发射天线向空间发射；（7d）同时，控制电脑向转向云台发射控制信号，使发射天线、接收天线阵列倾斜向空中发射、接收信号；（7e）接收天线阵列依次接收电子探空仪回波信号，并由独立的三个通道依次完成低噪声放大、带通滤波、下变频和数字采样相关流程，得到三个接收通道的数字回波信号；
（7f）将三个接收通道的数字回波信号接入到电子探空仪信号处理单元，提取得到探空仪气象特征参数。8.根据权利要求6所述的一种多功能气象环境参数测量侧扫雷达的操作方法，其特征在于，试验功能为低空风场测量，具体工作流程如下：（8a）根据试验控制计算机下发信号的中频工作频率，由第一直接频率合成器按照频率控制生成对应频率的连续波数字信号，并由码元生成器生成对应的信号抗干扰调制码元，并对第一直接频率合成器生成的连续波数字信号进行相位调制，并由DA生成中频发射连续波雷达模拟信号；（8b）第一数字脉冲生成器生成大脉宽低重频数字脉冲，通过选择开关对中频发射连续波雷达模拟信号进行幅度调制，生成中频模拟大脉宽雷达信号，通过多路选择器，切入到射频通道；（8c）射频通道的上变频将中频模拟大脉宽雷达信号上变频到P波段对应频点，通过带通滤波器滤波滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张越，李忱，尹光，林思夏，曾仲毅，
申请(专利权)人：南京微麦科斯电子科技有限责任公司，
类型：发明
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