一种艇载相控阵气象雷达的标校系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种艇载相控阵气象雷达的标校系统及方法，系统包括：雷达显控终端、主控模块、射频模块、信号处理模块、天线模块及电源模块；雷达显控终端根据操作要求，通过通信链路发送相应的控制指令给主控模块；主控模块接收并解析雷达显控终端的控制指令，并下发给各模块对全系统的状态监测信息进行采集及时序控制，以及接收标校结果和各模块传回的工作状态及参数信息并传给雷达显控终端。通过本发明专利技术提供的系统及方法，能够逐个标校每一个发射或接收通道，实现艇载相控阵气象雷达在高空环境下更精细的实时标校，标校执行方便且时间短，保证了相控阵气象雷达探测数据的准确性及可用性，系统复杂度低，设备重量轻，具有轻小化和低功耗特点。低功耗特点。低功耗特点。

【技术实现步骤摘要】
一种艇载相控阵气象雷达的标校系统及方法


[0001]本专利技术涉及雷达探测
，具体涉及一种艇载相控阵气象雷达的标校系统及方法。

技术介绍

[0002]当前，气象雷达应用广泛，用于获得丰富的气象信息，可以搭载于地面平台、机载平台、星载平台以及艇载平台。相比于地面平台，艇载平台拥有更好的机动能力，能够到达荒漠、深海等不具备架设地面探测设备的区域；相比于机载平台，艇载平台能够维持更长驻空时间，实现对台风等气象目标的持续跟踪观测；相比于星载平台，艇载平台由于距离气象过程更近，拥有更精细的探测效果和较低的成本造价。综上，艇载台风探测雷达能够对大气进行更为精细探测，提高大气研究水平，尤其加强对台风和暴雨等气象灾害的监视和预报能力，填补地基雷达和星载雷达探测之间的空白，是二者之外云雨大气探测的重要补充，是建立云雨探测空－天－地综合探测系统的重要组成部分。
[0003]艇载相控阵气象雷达主要用于对地面上空的大气进行大范围观测，例如台风，通过对台风等气象目标进行垂直精细扫描，探索台风等灾害性天气的内部结构，雷达获得的数据经处理后通过通信链路传至地面，在地面经进一步处理后可获得更丰富的气象信息。应用场景主要为平流层飞载平台，针对该应用场景和环境特点，雷达在设计和研制时需要重点关注和解决以下几个方面存在的问题：
[0004]首先，飞艇平台的载重、供电能力有限，要求艇载台风探测雷达进行电气功能整合、结构设计优化等，实现轻小化和低功耗特点。其次，飞艇平台具有一定的运动速度，并且存在三轴的姿态摇摆，需要雷达具有波束稳定的能力，同时对平台运动进行补偿，保证获取准确有效的探测结果。而且，雷达是从高空向下进行气象探测，海杂波会影响气象目标的探测，尤其是近海面的低空气象目标，所以雷达要采取有效的海杂波抑制措施，才能充分实现雷达探测性能。相控阵体制的雷达由于波束切换灵活、无需采用机械扫描、单路T/R的功率较小、合成效率高等优点，成为艇载气象雷达的较优选择。
[0005]艇载相控阵气象雷达工作在平流层环境条件下，平流层环境具有温度低、气压低、空气密度小的特点，温度一般在
‑
56℃左右，极端情况下达到
‑
85℃，气压只有约5.5kPa，为地面的1/18。因此，艇载台风探测雷达必须具有良好的低温、低压适应性，同时还要适应雷达升空过程中温度和气压的剧烈变化。
[0006]然而，上述环境条件的变化都会带来微波及电子器件性能的变化，尤其相控阵雷达的通道多，各路通道参数变化敏感，整体性能更易受到环境变化的影响。此外，气象雷达对气象目标的反演是定量化的测量，需要对雷达的各参数和测量结果进行校正，否则难以保证相控阵气象雷达探测数据的准确性及可用性。

技术实现思路

[0007]因此，本专利技术提供了一种艇载相控阵气象雷达的标校系统及方法，系统复杂度低
和设备重量轻，具有轻小化和低功耗特点；逐个标校每一个通道发射、接收的性能变化，实现艇载相控阵气象雷达在高空环境下的更精细的实时标校，标校执行方便且时间短，保证了相控阵气象雷达探测数据的准确性及可用性，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0008]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术实施例提供一种艇载相控阵气象雷达的标校系统，包括：
[0010]雷达显控终端、主控模块、射频模块、信号处理模块、天线模块及电源模块；
[0011]雷达显控终端，用于根据操作要求，通过通信链路发送相应的控制指令给主控模块，并接收主控模块反馈的标校结果和工作状态及参数信息进行显示及存储；
[0012]主控模块，用于接收并解析雷达显控终端的控制指令，并下发给各模块对全系统的状态监测信息进行采集及时序控制，以及接收标校结果和各模块传回的工作状态及参数信息并传给雷达显控终端；
[0013]射频模块，用于产生发射激励信号发送给天线模块以及接收天线模块反馈的回波信号并对其进行下变频处理后发送至信号处理模块，信号处理模块，对射频模块处理后的回波信号进行模数采样和数字下变频处理后对其进行提取得到标校结果，将标校结果反馈给主控模块或进行本地存储；
[0014]天线模块，包括：天线阵面、耦合波导、多个T/R组件、波控组件、功分网络及开关网络；
[0015]其中，开关网络，用于根据主控模块下发的控制命令，通过开关的不同状态切换为发射标校工作模式或接收标校工作模式，确定不同工作模式下对应的发射激励信号和接收回波信号，对所有发射通道或接收通道的状态检测和在线标校；
[0016]功分网络，用于对发射激励信号进行功率分配和对接收回波信号进行功率合成；
[0017]波控组件，用于根据下发的控制指令，计算每个T/R组件的发射激励信号的发射配相值和发射幅度控制值以及接收回波信号的接收移相值和接收增益控制值，并将其发送给相应的T/R组件；
[0018]多个T/R组件，用于对发射激励信号和接收回波信号进行功率放大得到放大的发射信号和回波信号，并对发射激励信号和接收回波信号的相位和幅度进行控制；
[0019]天线阵面，用于提供发射信号的辐射方向以及回波信号的接收方向；
[0020]耦合波导，位于天线阵面和T/R组件之间，用于将发射信号耦合输出得到发射校准信号，及将接收校准信号耦合到T/R组件及天线阵面；
[0021]电源模块，用于给各模块供电及控制、监测各模块的用电状态。
[0022]可选地，开关网络为一个具有4个端口的微波有源组件，包括：第一开关、第二开关、第三开关、环形器以及衰减器，各部件通过互联传输线连接，其基于主控模块的控制形成可灵活切换内部射频信号流向。
[0023]可选地，耦合波导的确定过程，包括：在辐射波导的输入端背面窄边开两个横缝，不断调整横缝的位置用以获得最优的信号耦合度和隔离度，得到耦合波导，耦合波导包括：垂直极化耦合波导与水平极化耦合波导。
[0024]可选地，控制指令，包括：当前的工作模式、当前标校的T/R组件的编号以及每个T/R组件校正的幅度和相位值；工作模式，包括：发射标校工作模式、接收标校工作模式以及标校后补偿校正工作模式。
[0025]可选地，标校结果为各T/R组件的幅度和相位信息以及标校后补偿校正的各T/R组件的幅度和相位信息。
[0026]第二方面，本专利技术实施例提供一种艇载相控阵气象雷达的标校方法，包括：
[0027]雷达显控终端根据操作要求通过通信链路发送相应的控制指令给主控模块；
[0028]主控模块接收雷达显控终端的控制指令进行解析处理后下发给各模块对全系统的状态监测信息进行采集及时序控制；通过控制射频模块产生发射激励信号发送给天线模块以及接收天线模块反馈的回波信号并对其进行下变频处理后发送至信号处理模块；通过控制天线模块进行发射标校工作模式、接收标校工作模式或标校后补偿校正工作模式，得到对应的各T/R组件的发射通道、接收通道或标校后补偿校正的幅度和相位信息，并通过射频模块和信号处理模块的处理得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种艇载相控阵气象雷达的标校系统，其特征在于，包括：雷达显控终端、主控模块、射频模块、信号处理模块、天线模块及电源模块；所述雷达显控终端，用于根据操作要求，通过通信链路发送相应的控制指令给主控模块，并接收主控模块反馈的标校结果和工作状态及参数信息进行显示及存储；所述主控模块，用于接收并解析雷达显控终端的控制指令，并下发给各模块对全系统的状态监测信息进行采集及时序控制，以及接收标校结果和各模块传回的工作状态及参数信息并传给雷达显控终端；所述射频模块，用于产生发射激励信号发送给天线模块以及接收天线模块反馈的回波信号并对其进行下变频处理后发送至信号处理模块，所述信号处理模块，对所述射频模块处理后的回波信号进行模数采样和数字下变频处理后对其进行提取得到标校结果，将标校结果反馈给主控模块或进行本地存储；所述天线模块，包括：天线阵面、耦合波导、多个T/R组件、波控组件、功分网络及开关网络；其中，开关网络，用于根据主控模块下发的控制命令，通过开关的不同状态切换为发射标校工作模式或接收标校工作模式，确定不同工作模式下对应的发射激励信号和接收回波信号，对所有发射通道或接收通道的状态检测和在线标校；功分网络，用于对发射激励信号进行功率分配和对接收回波信号进行功率合成；波控组件，用于根据下发的控制指令，计算每个T/R组件的发射激励信号的发射配相值和发射幅度控制值以及接收回波信号的接收移相值和接收增益控制值，并将其发送给相应的T/R组件；多个T/R组件，用于对发射激励信号和接收回波信号进行功率放大得到放大的发射信号和回波信号，并对发射激励信号和接收回波信号的相位和幅度进行控制；天线阵面，用于提供发射信号的辐射方向以及回波信号的接收方向；耦合波导，位于天线阵面和T/R组件之间，用于将发射信号耦合输出得到发射校准信号，及将接收校准信号耦合到T/R组件及天线阵面；所述电源模块，用于给各模块供电及控制、监测各模块的用电状态。2.根据权利要求1所述的艇载相控阵气象雷达的标校系统，其特征在于，所述开关网络为一个具有4个端口的微波有源组件，包括：第一开关、第二开关、第三开关、环形器以及衰减器，各部件通过互联传输线连接，其基于主控模块的控制形成可灵活切换内部射频信号流向。3.根据权利要求1所述的艇载相控阵气象雷达的标校系统，其特征在于，所述耦合波导的确定过程，包括：在辐射波导的输入端背面窄边开两个横缝，不断调整横缝的位置用以获得最优的信号耦合度和隔离度，得到耦合波导，所述耦合波导包括：垂直极化耦合波导与水平极化耦合波导。4.根据权利要求1所述的艇载相控阵气象雷达的标校系统，其特征在于，所述控制指令，包括：当前的工作模式、当前标校的T/R组件的编号以及每个T/R组件校正的幅度和相位值；所述工作模式，包括：发射标校工作模式、接收标校工作模式以及标校后补偿校正工作模式。5.根据权利要求1所述的艇载相控阵气象雷达的标校系统，其特征在于，所述标校结果
为各T/R组件的幅度和相位信息以及标校后补偿校正的各T/R组件的幅度和相位信息。6.一种艇载相控阵气象雷达的标校方法，所述标校方法基于权利要求1至5中任一权利要求所述的艇载相控阵气象雷达的标校系统进行标校，其特征在于，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯凯，李英贺，孔龙时，王震，王志锐，
申请(专利权)人：航天新气象科技有限公司，
类型：发明
国别省市：