一种基于调频中断连续波的毫米波云雷达制造技术

一种基于调频中断连续波的毫米波云雷达，包括：天线、高频箱和天线座；所述高频箱包括环流器、发射机、接收机、信号处理器、数据处理单元，以及电源模块；所述毫米波云雷达输出数据是按高度给出的云反射率强度、云垂直运动速度、云顶高度、云底高度等；所述毫米波云雷达采用调频中断连续波技术，较好地解决了大作用距离、高分辨率、无盲区快速探测的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于调频中断连续波的毫米波云雷达
本专利技术属于气象探测中云的测量
，涉及一种基于调频中断连续波的毫米波云雷达。该毫米波云雷适用于民航机场、气象局自动气象观测站等地，测量雷达上空云的气象参数。
技术介绍
大气中能量和水的循环是影响全球气候变化的最重要因素，其中云是联系这两种循环过程的纽带，降水则是这两种循环的一个基本过程。云是发生在高空的水汽凝结现象，由悬浮在大气中的微小水滴、冰晶微粒或二者混合的可见聚合物组成，其底部处于地面之上，液体质粒的最大直径在200μm左右，比这还要大的水滴形成降雨。云对地球的辐射收支可以产生很大的影响，其辐射强迫作用对于地球气候变化非常重要。云还是影响飞机起飞、着陆和飞行安全最重要的气象要素之一。云在天气系统发展、降水形成和大气辐射传输等物理过程以及国民经济的许多领域中都扮演着极其重要的角色。因此，对云的探测显得特别重要。毫米波云雷达作为一种微波遥感探测方式，国内外的发展正如火如荼。对于云的监测，目前有大气透射仪、能见度仪等设备，这些设备均存在监视距离短的缺点，只能获得监视点的能见度情况。激光雷达能够大范围监视云，但由于激光无法穿透云，因此难以判断云的大小和范围。工作在毫米波段的云雷达已成为主动探测云参数的重要设备，其探测距离远，距离分辨率高，达到其它系统和方法所无法实现的效果。依靠技术的发展，现有的毫米波云雷达多采用固态发射机。固态发射机的可靠性高，使用寿命长，深受用户欢迎。固态发射机存在峰值功率小、但连续工作能力强的特点。毫米波云雷达一般采用脉冲多普勒体制，也有采用连续波体制。脉冲多普勒体制云雷达在采用固态发射机时，由于固态发射机峰值功率低，为保证作用距离，需要使用脉冲编码及脉冲压缩技术，这就带来雷达观测时的盲区。脉冲编码越长，探测盲区就越大。为了探测盲区中的云的反射，需要发射短脉冲进行补盲，这带来回波信号之间归一化的困难，也使得完成一次探测的时间变长。连续波体制是毫米波云雷达中常用的技术体制，采用低峰值功率大占空比的固态发射机，探测时没有盲区，也不需要对回波信号进行归一化。但是由于在发射的同时接收机接收信号，因此在设计时必须考虑接收与发射之间的隔离度要求，隔离度不够时发射信号就会阻塞接收机工作，甚至烧毁接收机。一般都需要采用两个天线分别用于发射和接收。这样设备体积重量都增加了一倍，对雷达的运输、安装都会出现更高要求。本专利技术针对目前技术存在的问题，提出一种基于调频中断连续波的毫米波云雷达，达到理想的设计目标。
技术实现思路
为克服上述现有的不足，本专利技术目的在于提供一种基于调频中断连续波的毫米波云雷达，该毫米波云雷达具有设备简单、工作可靠、性能优秀的特点。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于调频中断连续波的毫米波云雷达，包括天线、高频箱单元和天线座；所述天线安装在所述高频箱单元上方，所述高频箱单元安装在所述天线座上；所述高频箱单元包括环流器、发射机、接收机、信号处理单元、数据处理单元以及电源模块；所述天线与所述高频箱单元内环流器连接，所述环流器与所述发射机和所述接收机分别连接，所述发射机与所述接收机连接，所述接收机与所述信号处理单元连接，所述信号处理单元与数据处理单元连接，所述数据处理单元与接收机、发射机均有连接；所述发射机通过所述环流器到天线发射信号，回波信号通过所述天线到环流器再到接收机，回波信号通过接收机的接收通道和数字接收单元，得到原始回波数据；原始回波数据输出到信号处理单元，进行滤波、二维FFT处理后，得到回波强度谱分布；数据处理单元对回波强度谱分布进行识别，得到按高度给出的云反射率强度、云垂直运动速度、速度谱宽、云顶高度及云底高度数据。进一步地，所述天线采用卡赛格伦天线，所述天线上安装设有天线罩。该天线罩用以避开雨、雪等对天线工作的影响。进一步地，所述发射机包括固态功率放大器和定向耦合器，定向耦合器将功率放大器的输出功率耦合后得到功率监测信号；所述接收机包括频率源、激励通道、接收通道、数字接收单元以及测试信号，所述频率源用于产生调频中断连续波信号，所述测试信号用于测试雷达接收性能；所述信号处理单元用于进行滤波、二维FFT处理；所述数据处理单元用于将信号处理单元处理的结果进行谱矩分析，得到回波强度、速度数据，反演得到云垂直分布数据。进一步地，所述毫米波云雷达具有内监测工作模式，功率监测信号连接到接收机，通过接收机到数据处理单元的通道得到发射功率参数，测试信号连接到接收机，通过接收机到数据处理单元的通道得到接收通道参数。进一步地，所述毫米波信号遇到云目标后散射返回，散射信号由卡赛格伦天线收集后输送到环流器，再输入到接收机的接收通道，接收通道中有低噪声放大器及混频器，散射信号与雷达频率源信号混频到中频后，输入到数字接收单元，在数字接收单元中进行A/D采样、滤波、放大、正交相位检测、数据抽取，最后由信号处理单元进行二维FFT计算，形成云回波信号功率谱。进一步地，所述信号处理单元将数据传输到数据处理单元，数据处理单元对谱数据进行分析，获取所需的各参量。本专利技术的工作原理：本专利技术的雷达工作在34GHz～36GHz频段，采用调频中断连续波体制，天线垂直向上照射，快速获取天线上方大气反射率，从而得到云的分布距离。雷达工作时，首先由数据处理单元按照确定的工作模式控制信号处理单元，信号处理单元控制接收机的频率源产生相应的调制信号，调制信号放大后成为激励信号，输出到发射机，固态发射机将激励信号放大，产生毫米波辐射信号，该信号穿过环流器传输到天线上，卡赛格伦天线将毫米波信号辐射出去。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术采用调频中断连续波技术，较好地解决了现在的毫米波云雷达探测中大作用距离、高分辨率、无盲区快速探测之间的矛盾；毫米波云雷达只需要一个天线，降低了设备量；毫米波云雷达无需补盲探测，提高了数据获取速度，并且不需要进行归一化处理，简化了雷达标定。本专利技术的毫米波云雷达用于获取按高度给出的云反射率强度、云垂直运动速度、速度谱宽、云顶高度、云底高度等数据；毫米波云雷达产生调频中断连续波信号，较好地解决了大作用距离、高距离分辨率、快速探测、无盲区的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本专利技术的范畴。图1为本专利技术实施例中的采用调频中断连续波的毫米波云雷达示意图；图2为本专利技术毫米波云雷达调频中断连续波信号形式示意图；图3为本专利技术毫米波云雷达处理流程图。具体实施方式以下结合附图，由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。实施例：如图1所示，一种基于调频中断连续波的毫米波云雷达，该毫米波云雷达工作在34GHz-36GHz频段；毫米波云雷达垂直于地面安装，向上发射电磁波，测量从地面到20km以上高空的云的参数。毫米波云雷达包括天线、高频箱单元和天线座；所述天线安装在所述高频箱单元上方，所述高频箱单元安装在所述天线座上。进一步地，所述天线采用卡赛格伦天线，为了达本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于调频中断连续波的毫米波云雷达，其特征在于：包括天线、高频箱单元和天线座；所述天线安装在所述高频箱单元上方，所述高频箱单元安装在所述天线座上；所述高频箱单元包括环流器、发射机、接收机、信号处理单元、数据处理单元以及电源模块；所述天线与所述高频箱单元内环流器连接，所述环流器与所述发射机和所述接收机分别连接，所述发射机与所述接收机连接，所述接收机与所述信号处理单元连接，所述信号处理单元与数据处理单元连接，所述数据处理单元与接收机、发射机均有连接；所述发射机通过所述环流器到天线发射信号，回波信号通过所述天线到环流器再到接收机，回波信号通过接收机的接收通道和数字接收单元，得到原始回波数据；原始回波数据输出到信号处理单元，进行滤波、二维FFT处理后，得到回波强度谱分布；数据处理单元对回波强度谱分布进行识别，得到按高度给出的云反射率强度、云垂直运动速度、速度谱宽、云顶高度及云底高度数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于调频中断连续波的毫米波云雷达，其特征在于：包括天线、高频箱单元和天线座；所述天线安装在所述高频箱单元上方，所述高频箱单元安装在所述天线座上；所述高频箱单元包括环流器、发射机、接收机、信号处理单元、数据处理单元以及电源模块；所述天线与所述高频箱单元内环流器连接，所述环流器与所述发射机和所述接收机分别连接，所述发射机与所述接收机连接，所述接收机与所述信号处理单元连接，所述信号处理单元与数据处理单元连接，所述数据处理单元与接收机、发射机均有连接；所述发射机通过所述环流器到天线发射信号，回波信号通过所述天线到环流器再到接收机，回波信号通过接收机的接收通道和数字接收单元，得到原始回波数据；原始回波数据输出到信号处理单元，进行滤波、二维FFT处理后，得到回波强度谱分布；数据处理单...

【专利技术属性】
技术研发人员：张越，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
国别省市：江苏,32