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天气雷达定标方法

阅读:819发布:2020-05-12

专利汇可以提供天气雷达定标方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及天气雷达定标方法,用1.5Km处的小、中、大三种固定功率的RFD和从5Km到200Km范围内随距离循环步进的固定功率的CW 信号 ,从接收机前端注入,用这四种类型的定标信号的测量值和目标值差值的平均值进行实时修正回波强度测量值,以保证雷达定量观测范围内高、中、低回波强度测量 精度 ;并同时8小时一次用速调管输出KD信号(三种功率信号)经延时模拟回波信号从接收机前端注入,计算出其测量值和目标值差值的平均值进行回波强度定标检查,超限时自动报警,以确保回波强度测量值的精度。本发明达到的有益效果是:能自动在线校正、准确性好、精度高。,下面是天气雷达定标方法专利的具体信息内容。

1.天气雷达定标方法,所述天气雷达定标方法的定标步骤在RDA启动期间、以及在RDA正常运行时两个体扫之间的从高仰到低仰角转换期间完成,天线雷达定标方法的定标步骤在RDA启动期间进行定标时还增加相噪、地杂波抑制测试,其特征在于:
所述天气雷达定标时的定标项包括:①线性通道反射率,②反射率定标检查,③速度和谱宽检查,④杂波抑制检查、⑤噪声电平,⑥系统噪声温度检查;
当在体扫之间时进行①、③、⑤、⑥测试,但只有仰角大于3.5度时才做测试⑤和测试⑥中的噪声电平部分;系统8小时测试,即系统冷启动时,包括系统累计运行8小时时和“离线”工作状态,增加②和④测试,即①、②、③、④、⑤、⑥全部进行定标;
系统在锥扫之间不进行定标,仅计算发射机功率;
所述的天气雷达定标的步骤为:
S1、线性通道反射率,即回波强度定标,新的强度校正值应用于下一个体扫,参与标校的信号有连续波测试信号信号、脉冲激励信号,即CW信号和RFD信号,其中RFD信号的脉宽为
10μs;
S11、通过频率综合器提供连续波测试信号,即CW信号,其功率为-90~-40dBm,间隔为
10dB,其距离范围为5~200Km范围,取5Km、50Km、100Km、150Km、200Km距离点,经测试通道注入接收机;
S12、从脉冲功放耦合输出的脉冲激励信号采样,并从接收前端分别注入小、中、大功率的脉冲激励信号,功率分别为-60dBm、-45dBm、-25dBm,且三者功率的固定距离均为1.5Km;
S13、根据每次体扫开始前四种测试信号的在线定标情况,计算出线性通道增益定标目标常数的变化量ΔSr,并在下一个体扫开始校正回波强度测量值;ΔSr计算方法为:
ΔSr用于下一个体扫校正回波强度测量值的线性通道增益目定标常数Sr目标-更新,计算方法为:
Sr目标-更新=Sr测量+ΔSr,
其中,Sr测量为测量获得的线性通道增益定标目标常数;
S2、反射率定标检查,即强度定标检查,不更改强度校正值,只做超限告警用,即利用经过延迟线后的KD信号作为测试信号;
在发射状态下,使用延迟10μs/5μs的速调管输出测试信号,即KD信号,并从接收前端分别注入三种功率信号,功率分别为-65dBm、-55dBm、-45dBm,利用反射率校准值与测试目标信号进行比较,以确定它是否位于限定范围内;如果反射率测量值与预期值之间的差值超过一定范围,则产生告警信号,该差值计算方法为:
S3、速度和谱宽检查,在两个体扫间隙的高仰角向低仰角转换期间,测试信号CW开启,控制频率综合器频率或相位,将测试信号注入接收机前端,距离5km~200km,接收前端注入峰值功率-40dBm;移相值测试4个点,测试值与期望值进行对比,如误差超过1m/s则报警提示;
S4、杂波抑制检查,在发射状态下,利用经过延迟线后的KD信号作为测试信号,依据其滤波前后的强度差检查判断杂波抑制能是否合格,超限告警;
S5、噪声电平测量,不关高压,发射机不发射,PIN开关转到测试道,无噪声采样;
S6、噪声温度检查,不关高压,发射机不发射,将噪声信号通过测试通道注入接收机前端,无噪声采样,加噪声采样,测试噪声系数NF,通公式换算出噪声温度TN,计算方法为:
如果测试的噪声温度超出范围,则产生告警信号。
2.根据权利要求1所述的天气雷达定标方法,其特征在于:所述的天气雷达为从离线状态或者8小时工作后,进行冷启动时,上一次的体扫所使用的参数为天线雷达出厂参数。
3.根据权利要求2所述的天气雷达定标方法,其特征在于:所述的速度和谱宽标定中,速度标定包括平均径向速度离线定标、平均径向速度在线定标;
平均径向速度在线定标采用常规的机械雷达定标方式进行定标;
而平均径向速度离线定标包括机内信号源、机外信号源两种方法。
4.根据权利要求3所述的天气雷达定标方法,其特征在于:所述的机内信号源方法,采用移相或移频方法,在两个体扫间隙的高仰角向低仰角转换期间,控制测试通道开关和频率源频率或相位,将测试信号注入接收机前端,从终端采集测试信号速度值,并和理论计算值比较,检查速度测量误差。
5.根据权利要求4所述的天气雷达定标方法,其特征在于:所述的机外信号源方法,采用移频方法,将测试信号注入接收机前端,从终端采集测试信号速度值,并和理论计算值比较,检查速度测量误差。

说明书全文

天气雷达定标方法

技术领域

[0001] 本发明涉及天线面阵加工技术领域,特别是天气雷达定标方法。

背景技术

[0002] 本公司生产的CINRAD-SC/CD型雷达投入业务运行以来,总体运行稳定,在天气预报服务、防灾减灾等方面发挥了重要作用。但是随着运行年限的增加,雷达故障逐步增多,设备硬件老化、可靠性和性能参数降低,影响了雷达观测数据质量,同时雷达智能化程度无法满足气象现代化发展需求,软件测试功能不完善,专用雷达参数测试平台缺乏,自动在线监测点不足、远程诊断功能和自动在线定标功能不完善,雷达建设效益没有得到充分发挥。
[0003] 改进前的雷达,在每个体扫间隔只进行特性曲线标校和发射峰值功率的测量,用于下一次体扫周期的强度标校。而相位噪声、噪声系数、强度定标等检测项目,需要采用人工干预的方式进行在线定标,系统不能进行杂波抑制能在线检测,上传参数较少。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点,提供能自动在线校正、准确性好、精度高的天气雷达定标方法。
[0005] 本发明的目的通过以下技术方案来实现:天气雷达定标方法,所述天气雷达定标方法的定标步骤在RDA启动期间(增加相噪和地杂波抑制测试),以及在RDA正常运行时两个体扫之间的从高仰到低仰角转换期间完成,
[0006] 所述天气雷达定标时的定标项包括:①线性通道反射率,②反射率定标检查,③速度和谱宽检查,④杂波抑制检查、⑤噪声电平,⑥系统噪声温度检查;
[0007] 在体扫之间进行①、③、⑤、⑥测试,但只有仰角大于3.5度时才做测试⑤和测试⑥中的噪声电平部分;系统8小时测试(即系统冷启动时,系统累计运行8小时时和“离线”工作状态)增加②和④测试,即进行全部6个定标。系统在锥扫之间不进行定标,仅计算发射机功率。
[0008] 所述的天气雷达定标的步骤为:
[0009] S1、线性通道反射率,即回波强度定标,新的强度校正值应用于下一个体扫,参与标校的信号有CW和RFD(脉宽10μs);
[0010] S11、通过频率综合器提供连续波测试信号,即CW信号,其功率为-90~-40dBm,间隔为10dB,其距离范围为5~200Km范围,取5Km、50Km、100Km、150Km、200Km距离点,经测试通道注入接收机;
[0011] S12、从脉冲功放耦合输出的脉冲激励信号采样,并从接收前端分别注入小、中、大功率的脉冲激励信号(距离固定为1.5km,功率为-60dBm,-45dBm,-25dBm);
[0012] S13、根据每次体扫开始前四种测试信号的在线定标情况,计算出线性通道增益定标目标常数的变化量ΔSr,并在下一个体扫开始校正回波强度测量值;ΔSr计算方法为:
[0013]
[0014] 则用于下一个体扫校正回波强度测量值的线性通道增益目定标常数Sr目标-更新,计算方法为:
[0015] Sr目标-更新=Sr测量+ΔSr,
[0016] 其中,Sr测量为测量获得的线性通道增益定标目标常数;
[0017] S2、反射率定标检查,即强度定标检查,不更改强度校正值,只做超限告警用。利用经过延迟线后的KD信号作为测试信号;
[0018] 在发射状态下,使用延迟10μs/5μs的速调管输出测试信号(KD),并从接收前端分别注入三种功率信号(功率为-65dBm,-55dBm,-45dBm),利用反射率校准值与测试目标信号进行比较,以确定它是否位于限定范围内。如果反射率测量值与预期值之间的差值超过一定范围,则产生告警信号,计算方法为:
[0019]
[0020] S3、速度和谱宽检查,在两个体扫间隙的高仰角向低仰角转换期间,测试信号CW开启,控制频率综合器频率(或相位),将测试信号注入接收机前端,距离5km~200km,接收前端注入峰值功率-40dBm;移相值测试4个点,测试值与期望值进行对比,如误差超过1m/s 则报警提示;
[0021] S4、杂波抑制检查,在发射状态下,利用经过延迟线后的KD信号作为测试信号,依据其滤波前后的强度差检查判断杂波抑制能力是否合格,超限告警;
[0022] S5、噪声电平测量,不关高压,发射机不发射,PIN开关转到测试通道,无噪声采样;
[0023] S6、噪声温度检查,不关高压,发射机不发射,将噪声信号通过测试通道注入接收机前端,无噪声采样,加噪声采样,测试噪声系数NF,通公式换算出噪声温度TN,计算方法为:
[0024]
[0025] 如果测试的噪声温度超出范围,则产生告警信号。
[0026] 进一步地,所述的天气雷达为从离线状态或者8小时工作后,进行冷启动时,上一次的体扫所使用的参数为天线雷达出厂参数。
[0027] 进一步地,所述的速度和谱宽标定中,速度标定包括平均径向速度离线定标、平均径向速度在线定标;平均径向速度在线定标采用常规的机械雷达定标方式进行定标;而平均径向速度离线定标包括机内信号源、机外信号源两种方法。
[0028] 更进一步地,所述的机内信号源方法,采用移相或移频方法,在两个体扫间隙的高仰角向低仰角转换期间,控制测试通道开关和频率源频率或相位,将测试信号注入接收机前端,从终端采集测试信号速度值,并和理论计算值比较,检查速度测量误差。
[0029] 所述的机外信号源方法,采用移频方法,将测试信号注入接收机前端,从终端采集测试信号速度值,并和理论计算值比较,检查速度测量误差。
[0030] 本方案达到的有益效果是:
[0031] (1)改进回波强度定标技术,采用测量接收机前端注入功率对回波强度进行定标,满足雷达站随时用功率计进行回波强度定标;
[0032] (2)增加RFD信号的回波强度自动在线校正功能,改进发射功率在线检测技术,增加天线功率检测点,提高发射功率在线测量稳定度和精度;
[0033] (3)在线检测定标信号定时检测雷达气象方程中的相关参数变量(如发射功率、系统噪声、接收增益、发射脉宽等),并通过期望值与实测值的比较,确定测量误差,在下一个体扫周期内进行自动校正,提高回波强度测量的精度;
[0034] (4)增加KD(发射机输出测试)信号回波强度定标检查监控,当回波强度测量误差超限时在线报警。
[0035] (5)通过回波强度定标、在线实时测量误差校正、定标检查、误差超限在线实时报警四种方法,保证回波强度测量误差在±1dB范围内,提高回波观测资料可靠性。
[0036] (6)改进速度在线定标技术,增加Burst信号,通过对发射信号进行幅度相位校正,使相噪指标提高到小于0.2度,提高速度测量精度。
[0037] (7)完善在线自动检测定标功能,增加相位噪声、噪声系数、杂波抑制能力、速度自动在线检测和反射率强度自动在线标校功能。
[0038] (8)通过定标体系的改进,实现所有定标参数的在线自动检测和上传;强度标校采用3 种不同信号进行标校和检查,确保回波强度参数的准确性。附图说明
[0039] 图1本方案天气雷达测试信号流程图
[0040] 图2本方案天气雷达定标流程图。

具体实施方式

[0041] 下面结合附图对本发明做进一步的描述,但本发明的保护范围不局限于以下所述。
[0042] 如图1~图2,以为CINRAD-SC/CD型天气雷达为例,运用本方法进行定标,该型天气雷达回波强度定标主要涉及发射通道、接收通道、天馈线、测试通道和软件及适配数据。发射功率Pt由微波功率探头通过测试电缆从速调管输出耦合采样。频率综合器分别提供连续波测试信号(CW信号)和发射机射频脉冲激励信号(RF Driver信号)。CW信号通过测试通道注入接收机,以检测接收通道性能,接收机定标测试信号注入点为接收支路损耗测量路径终止点。脉冲功放耦合输出RFD信号经测试通道注入接收机,以检测接收通道和射频放大链路性能。KD为速调管输出耦合信号,用于地杂波抑制检测。
[0043] 所述天气雷达定标方法的定标步骤在RDA启动期间,以及在RDA正常运行时两个体扫之间的从高仰角到低仰角转换期间完成,其具体步骤为:
[0044] 雷达运行中RDASOT软件根据适配参数计算CW、RFD、KD的目标值,并与实际测量值进行比较和在线标校。
[0045] Syscal基准值对应的雷达适配数据,通过在雷达非体扫状态下借助机外仪表和软件完成定标。Syscal基准初始值在出厂时设定,在实际工作中需要进行不断定标和校正。
[0046] Syscal基准值定标通过RDASOT软件完成。RDASOT软件控制机内或机外信号源从接收前端注入功率Pr已知的连续波(CW)测试信号,CW信号功率在-90~-40dBm范围(间隔为10dB) 和5~200km距离范围(取5km、50km、100km、150km、200km距离点)。RDASOT软件根据公式计算dBZ目标和得到实际测量值dBZ实测,并可以得到所有测量点的测量误差(Δ=dBZ 目标-dBZ实测)。
[0047] 工作中实施定标按照Syscal基准值(新)=Syscal基准值(原)+Δ来更新Syscal基准值。如果Δ<0,则新的Syscal基准值小于原值,否则反之。Δ应根据所有测量点的差值大小和线性情况来确定,并使得Syscal基准值(新)满足所有测量点的误差值在±1dBZ范围内的要求。
[0048] 从图1可见,机内测试信号经过了测试通道和接收通道,需要用机外仪表功率计分别测量测试通道输入输出测试信号功率,来定标测试通道的路径损耗值,消除测试通道引起的定标误差。这样,可确保接收机的实际注入功率与期望注入功率一致,保证期望值的正确。
[0049] Syscal基准定标是一种静态(离线)校正,有ΔSyscal=0,则Syscal=Syscal基准,采用机外仪表进行Syscal基准值定标主要是确保测试通道可靠并校正接收通道的测量偏置。
[0050] ΔSyscal通过动态、在线定标确定,即在雷达体扫状态下借助机内定标系统和软件完成定标。由公式可知,ΔSyscal随ΔC和ΔPr变化,其中ΔC是雷达常数变化,反映雷达发射系统性能变化,ΔPr是接收功率变化,反映雷达接收系统的性能变化。ΔSyscal定标通过RDASOT 软件完成。
[0051] ΔC、ΔPr定标:雷达常数 通常认为λ、Pt、τ、G、θ、几乎不变,发射功率Pt稳定性较差。所以,雷达常数C的变化主要由发射功率的变化决定,即ΔC=-ΔPt,ΔPt采取实测发射功率与基准功率的比值,即ΔPt=10log(P基准/Pt)。若实测发射功率大于基准功率,ΔPt小于0;反之,ΔPt大于0。
[0052] RDASOT软件控制测试定标系统从脉冲功放耦合输出的脉冲激励信号采样,并从接收前端分别注入小、中、大功率的脉冲激励信号(距离固定为1.5km,功率为-60dBm,-45dBm, -25dBm),得到RFD1、RFD2、RFD3 3个实测功率值,与相应的期望值进行比较,得到Δ R1、ΔR2、ΔR33个误差值。
[0053] RDASOT软件在每个体扫开始前控制机内测试定标系统完成ΔSyscal定标。
[0054] 在定标中,需首先确定发射功率基准值、RFD基准值和Syscal基准值,在雷达适配参数中进行设定,作为回波强度在线定标的基准。
[0055] 发射功率基准值:在适配数据中设定功率基准,缺省为650kW/250kW。
[0056] 采用机外仪表实测发射功率,修改适配数据,标校机内功率测量值,确保机内、机外功率测量值一致。
[0057] RFD基准值:根据射频脉冲激励采样信号实测功率,修改适配数据(测试路径损耗+取样电缆总损耗)、确定RFD1、RFD2、RFD3基准值。
[0058] KD基准值:根据速调管KLY耦合信号实测功率,修改适配数据(测试路径损耗+取样电缆总损耗)、确定KD1、KD2、KD3基准值。
[0059] 再根据CW的期望值和实测值调整Syscal值,直到期望值与实测值一致为止。
[0060] 最后调整RFD、KD的期望值与实测值一致,调整方法与CW调整相同。注意调整CW 的期望值与实测值是最关键的步骤,只有CW调整正确后,才能进行RFD、KD的调整。
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