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一种气象雷达降雨探测分析系统及方法

阅读：1069发布：2020-05-20

专利汇可以提供一种气象雷达降雨探测分析系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种气象雷达降雨探测分析系统及方法，属于机载气象雷达的探测领域。接收机的前端设置有噪声源；噪声源能够稳定的输出信号，由信号处理机的主控单元控制该噪声源的打开与关闭，由信号处理机的数字信号处理单元分别记录噪声源打开和关闭时的AD 采样数据，经过计算处理得到接收通道增益值。基于气象雷达降雨探测分析系统的方法，步骤一、关闭噪声源，根据采样模块的IQ数据计算增益校准功率P1；步骤二、打开噪声源，根据IQ数据计算出增益校准功率P2；步骤三、计算噪声系数F；步骤四、计算接收通道的增益G；步骤五、对计算的接收通道的增益G进行处理；能够准确测量通道增益，消除通道增益误差对气象探测准确性和稳定性的影响。，下面是一种气象雷达降雨探测分析系统及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种气象雷达降雨探分析系统，包括：发射机、天线、接收机及信号处理机，其特征在于：所述接收机主要由前端和接收中放组成，所述前端设置有噪声源；
所述噪声源能够稳定的输出信号，由信号处理机的主控单元控制该噪声源的打开与关闭，由信号处理机的数字信号处理单元分别记录噪声源打开和关闭时的AD采样数据，经过计算处理得到接收通道增益值。
2.根据权利要求1所述的气象雷达降雨探测分析系统，其特征在于：所述噪声源打开时，接收通道输出功率小于AD采样模块能够采集的最大功率，使所述AD采样模块控制在未饱和的状态。
3.根据权利要求1所述的气象雷达降雨探测分析系统，其特征在于：所述噪声源由噪声二极管电路产生。
4.一种气象雷达降雨探测分析方法，其特征在于；包括以下步骤：
步骤一、关闭噪声源，根据采样模块的IQ数据计算增益校准功率P1；
步骤二、打开噪声源，根据IQ数据计算出增益校准功率P2；
步骤三、计算噪声系数F；
其中，No1：噪声源打开时的通道输出功率；
No2：噪声源关闭时的通道输出功率；
ENR：超噪比，为系统实际测量得出的常量；
步骤四、计算接收通道的增益G；
其中，Ni1：噪声源打开时的通道输入功率，为一常量；
步骤五、对计算的接收通道的增益G进行处理；
针对单频点情况，在反射率因子计算时将计算所得的增益值直接代替原有的固定值，优化气象目标强度等级的判断结果；
针对多频点情况，在参与计算前需要对不同频点的增益值进行平滑处理。
5.根据权利要求4所述的气象雷达降雨探测分析方法，其特征在于：
针对单频点情况，选取雷达校准周期内控制噪声源的打开或者关闭；
针对多频点情况，选取雷达校准周期内控制噪声源分别在每个频点下打开或者关闭。

说明书全文

一种气象雷达降雨探测分析系统及方法

技术领域

[0001] 本发明属于机载气象雷达的探测技术领域，具体涉及一种气象雷达降雨探测分析系统及方法。

背景技术

[0002] 现阶段机载气象雷达的设计，并未引入对通道增益的实时测量及校准，信号处理中使用的通道增益值，只是在实验室或飞行试验过程中测得的单一测试结果，因此，对降雨探测结果存在以下影响：

[0003] 1)由于模拟器件的固有特性，参数具有一定的波动性，导致软件中使用的参数值，与实际控制的值有一定的差异。

[0004] 2)参数与强度为线性关系，波动值直接影响探测结果。

[0005] 3)根据工程经验，系统放大增益存在±3dB的波动，从而造成反射率因子大概±3dBZ的变化，降雨等级标识的划分，存在目标强度显示误差，可能造成机组人员错判，影响飞行安全。

发明内容

[0006] 本发明的目的：为了解决上述问题，本发明提出了一种气象雷达降雨探测分析系统及方法，根据接收通道噪声系统的检测原理，在雷达系统运行过程时，动态检测接收通道，得到实时的噪声系数，从而计算出真实的通道增益，保证软件使用的增益值与实际的通道增益值一致；可以有效解决探测稳定性和准确性的问题。

[0007] 本发明的技术方案：一种气象雷达降雨探测分析系统及方法，包括：发射机、天线、接收机及信号处理机，所述接收机主要由前端和接收中放组成，所述前端设置有噪声源；

[0008] 所述噪声源能够稳定的输出信号，由信号处理机的主控单元控制该噪声源的打开与关闭，由信号处理机的数字信号处理单元分别记录噪声源打开和关闭时的AD采样数据，经过计算处理得到接收通道增益值。

[0009] 优选的，所述噪声源打开时，接收通道输出功率小于AD采样模块能够采集的最大功率，使所述AD采样模块控制在未饱和的状态。

[0010] 优选的，所述噪声源由噪声二极管电路产生。

[0011] 一种气象雷达降雨探测分析方法，包括以下步骤：

[0012] 步骤一、关闭噪声源，根据采样模块的IQ数据计算增益校准功率P1；

[0013] 步骤二、打开噪声源，根据IQ数据计算出增益校准功率P2；

[0014] 步骤三、计算噪声系数F；

[0015]

[0016] 其中，No1：噪声源打开时的通道输出功率；

[0017] No2：噪声源关闭时的通道输出功率；

[0018] ENR：超噪比，为系统实际测量得出的常量；

[0019] 步骤四、计算接收通道的增益G；

[0020]

[0021] 其中，Ni1：噪声源打开时的通道输入功率，为一常量；

[0022] 步骤五、对计算的接收通道的增益G进行处理；

[0023] 针对单频点情况，在反射率因子计算时将计算所得的增益值直接代替原有的固定值，优化气象目标强度等级的判断结果；

[0024] 针对多频点情况，在参与计算前需要对不同频点的增益值进行平滑处理。

[0025] 优选的，针对单频点情况，选取雷达校准周期内控制噪声源的打开或者关闭；

[0026] 针对多频点情况，选取雷达校准周期内控制噪声源分别在每个频点下打开或者关闭。

[0027] 本发明技术方案的技术有益效果：本发明一种气象雷达降雨探测分析系统及方法,准确快捷测量通道增益，消除通道增益误差对气象探测准确性的影响，提高机载气象雷达对气象目标探测的准确性和稳定性，提升机载气象雷达对气象目标危险等级及区域范围准确判断的能力，更加安全的引导飞行安全。
附图说明

[0028] 图1为本发明一种气象雷达降雨探测分析系统的一优选实施例的系统结构示意图；

[0029] 图2为本发明一种气象雷达降雨探测分析方法的一优选实施例的流程示意图。

具体实施方式

[0030] 为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

[0031] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

[0032] 下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明，请参阅图1至图2；

[0033] 一种气象雷达降雨探分析系统，包括：发射机、天线、接收机及信号处理机，接收机主要由前端和接收中放组成，前端设置有噪声源，主要完成回波信号的下变频、中频滤波放大、增益控制等处理，处理后的中频信号再经过AD采样转换为数字信号，送至数字处理单元进行处理。

[0034] 噪声源能够稳定的输出信号，由信号处理机的主控单元控制该噪声源的打开与关闭，由信号处理机的数字信号处理单元分别记录噪声源打开和关闭时的AD采样数据，经过计算处理得到接收通道增益值。

[0035] 本实施例中，噪声源的功率选取要考虑整个接收通道，噪声源打开时，接收通道输出功率小于AD采样模块能够采集的最大功率，使AD采样模块控制在未饱和的状态，从而避免增益计算时出现误差；

[0036] 噪声源的闭开控制要能够不影响雷达系统正常工作，因而选取在系统完成校准的过程中。

[0037] 本实施例中，噪声源由噪声二极管电路产生，该二极管管路可以保证稳定的输出。

[0038] 待雷达系统进入校准状态后，进行接收通道增益值计算，具体包括以下步骤：

[0039] 步骤一、关闭噪声源，根据采样模块的IQ数据计算增益校准功率P1；

[0040] 步骤二、打开噪声源，根据IQ数据计算出增益校准功率P2；

[0041] 步骤三、计算噪声系数F；

[0042]

[0043] 其中，No1：噪声源打开时的通道输出功率；

[0044] No2：噪声源关闭时的通道输出功率；

[0045] ENR：超噪比，为系统实际测量得出的常量；

[0046] 步骤四、计算接收通道的增益G；

[0047]

[0048] 其中，Ni1：噪声源打开时的通道输入功率，为一常量；

[0049] 步骤五、对计算的接收通道的增益G进行处理；

[0050] 1)针对单频点情况，在反射率因子计算时将计算所得的增益值直接代替原有的固定值，优化气象目标强度等级的判断结果：

[0051] 在反射率因子计算时将直接代替单一测试所得的固定值，优化气象目标强度等级的判断结果。

[0052] 2)针对多频点情况，在参与计算前需要对不同频点的增益值进行平滑处理：

[0053] 针对多频点(跳频)情况下，由于硬件差异，每个频点计算的参数会略有不同，如果涉及到帧间积累，在参与计算前需要根据实际情况对不同频点的增益校准结果进行平滑处理。

[0054] 本实施例中，针对单频点情况，选取雷达校准周期内控制噪声源的打开或者关闭；

[0055] 针对多频点情况，选取雷达校准周期内控制噪声源分别在每个频点下打开或者关闭。

[0056] 本发明一种气象雷达降雨探分析系统及方法在接收前端增加噪声二极管电路，实现了动态校准放大增益，有效的解决了参数波控带来的降雨强度的不准确性和不稳定性；同时当放大通道某一级放大器异常时，通过实时校准设计在探测距离内仍可以得到有效的降雨强度，进一步提高了雷达系统的可靠性。

[0057] 本发明在传统机载气象雷达接收通道的设计上，只需增加一个功率适当的噪声源，通过优化软件控制的形式即可实现。

[0058] 本发明一方面能够彻底解决接收通道增益误差对气象探测准确性的影响，提升机载气象雷达对气象目标危险等级及区域范围准确判断的能力，更加安全的引导飞行安全。

[0059] 另一方面能够完全消除不同批套间探测结果不稳定的现象，打消飞行员驾驶不同架次飞机时对气象探测结果不一致的顾虑，为其能够更准确的判断危险气象和规划飞机规避路径提供了强有力的依据。

[0060] 本发明专利可应用于军用和民用机载气象雷达领域，提高机载气象雷达对气象目标探测的准确性和稳定性，具有良好的市场应用前景。同时该发明专利经济成本低，实施难度容易，应用在产品设计中既能缩短接收机的研制周期，降低调试成本，又减少了接收通道噪声校准的物理链路，增强了系统全寿命周期的可维护性。

[0061] 最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

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