一种L波段窄带电子探空仪制造技术

本发明专利技术涉及高空气象探测领域，尤其涉及一种L波段窄带电子探空仪，其特征在于：其包括传感器模块、接收模块和发射模块；发射模块包括单片机控制系统、多功能射频模块、滤波器、两级微波开关、两级高放和一级功放；传感器模块的探空数据和接收模块发射的脉冲信号输入单片机控制系统；单片机控制系统采用分时工作模式，将单位时间分为三个时间段，分别输出探空码信号、测距信号和测角信号，信号特性分别为调频信号、脉冲调制信号和连续波信号。本发明专利技术，采用调频、调幅混合体制解决了当前调幅体制探空仪占用频带宽，调频体制探空仪无法测距的缺点，满足了气象频段频谱资源占用带宽的要求；采用时分的工作方式解决了同频干扰，稳定可靠。

An L-band narrow band electronic radiosonde

【技术实现步骤摘要】
一种L波段窄带电子探空仪
本专利技术涉及高空气象探测领域，尤其涉及一种L波段窄带电子探空仪。
技术介绍
高空气象探测雷达系统是目前大气常规探测最主要手段之一，常规高空气象探测是指雷达跟踪气球携带的探空仪以自由升空方式对自地球表面到几万米高度空间气象要素的变化进行探测、收集、处理的活动和工作过程。探空仪是高空气象探测系统的重要组成部分。当前中国气象部门各个台站使用的是调幅体制的探空仪。此探空仪占用频带宽，在无线电频谱资源日益紧张稀缺的今天已经不满足使用要求，所以迫切的需要研制一种窄带探空仪，能够满足气象频带占用带宽的要求。当前探空仪主要有调幅体制、单频调频体制、双频调频体制等几种模式。其中调幅体制探空仪发送给地面雷达在时间上相关的信号用于测距，可以测距，该探空仪采用高频三极管临界自激振荡模式，优点是设备简单，成本低，缺点是频率不稳，容易漂移，中心频率(漂移)范围为±4MHz，由于采用多级调幅体制导致频谱带宽较宽，频带宽度大于30MHz/-35dBc，占用频带宽；单频调频体制无法测距；双频调频体制可以测距但需占用上行与下行不同频率的频点；因此，当前几种模式的探空仪都是无法满足现在使用要求的。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种L波段窄带电子探空仪，采用调频、调幅混合体制解决了当前调幅体制探空仪占用频带宽，调频体制探空仪无法测距的缺点，满足了气象频段频谱资源占用带宽的要求；采用时分的工作方式解决了同频干扰，稳定可靠。为解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：一种L波段窄带电子探空仪，包括传感器模块、接收模块和发射模块；传感器模块用于探测气象要素输出探空数据；接收模块用于接收地面雷达的发射信号、解调并输出脉冲信号；发射模块包括单片机控制系统、多功能射频模块、滤波器、两级微波开关、两级高放和一级功放；传感器模块的探空数据和接收模块发射的脉冲信号输入单片机控制系统，单片机控制系统对探空数据进行频率调制，对脉冲信号进行脉冲调制，经多功能射频模块放大、滤波器滤波后，经两级微波开关和两级高放放大送到功放进一步放大后输出；单片机控制系统采用分时工作模式，将单位时间分为三个时间段，分别输出探空码信号、测距信号和测角信号，信号特性分别为调频信号、脉冲调制信号和连续波信号。按以上方案，所述发射模块在发送测距信号的时间段内，发射模块首先关闭输出，等待接收模块接收地面雷达的发射信号并输出脉冲信号；当发射模块接收到脉冲信号后，发射模块打开输出，发送脉冲调制信号作为测距信号；然后再关闭输出，处于等待状态；循环往复至发送测距信号的时间段结束；进一步分时，解决同频干扰的问题。按以上方案，接收模块包括高放下变频电路单元、中频对数检波单元和脉冲放大整形单元；高放下变频电路单元包括低噪声放大器、频率合成器和混频器，中频对数检波单元包括中频放大器和对数检波器，脉冲放大整形单元包括视频放大器和高速电压比较器；接收模块接收到地面雷达发射的高频信号后，首先经过低噪声放大器进行放大，然后与频率合成器产生的本振信号通过混频器进行混频，输出中频信号；经中频放大器放大后经对数放大检波，输出脉冲信号；脉冲信号经视频放大器放大后，送到高速电压比较器进行脉冲整形，送到高速电压比较器输入端还输入固定门限电压用于脉冲整形，固定门限电压由固定电压分压得到；整形后的信号为发射脉冲信号传输至单片机控制系统输入端。按以上方案，所述调频信号的信号带宽为±10KHz。按以上方案，所述脉冲调制信号的脉冲宽度为10us。按以上方案，所述探空仪还包括泡沫盒，传感器模块、接收模块和发射模块均安装于泡沫盒内，其中，接收模块和发射模块分别安装有单极天线。按以上方案，所述探空仪的泡沫盒内还有用于给传感器模块、接收模块和发射模块供电的电池。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术探空仪与地面雷达配套使用，发射输出三种信号；一是发送气象信息的探空码信号用于探空；二是发送测角信号用于角跟踪；三是接收地面雷达信号，然后发送与地面雷达信号在时间上相关的距离信号用于测距；在满足以上功能的条件下，采用调频、调幅混合体制解决了当前调幅体制探空仪占用频带宽，调频体制探空仪无法测距的缺点，降低信号带宽，满足气象频段频谱占用带宽的要求；采用时分的工作方式解决了同频干扰问题，具有成本低，设计简单，稳定可靠等优点，填补了国内窄带制式电子探空仪的空白。附图说明图1为本专利技术窄带探空仪组成示意图；图2为本实施例结构示意框图；图3为本实施例信号时序示意图；图4为图3中测距信号时序图；图5为发射模块电路图；图6为接收模块中高放下变频电路单元的电路原理图；图7为接收模块中中频对数检波单元和脉冲放大整形单元的电路原理图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。请参考图1至图7，本专利技术为一种L波段窄带电子探空仪，与地面雷达协同工作，探测地面至30千米高空的温度、气压、湿度、风向、风速等气象要素，窄带电子探空仪包括传感器模块、接收模块和发射模块；传感器模块用于探测气象要素输出探空数据；接收模块用于接收地面雷达的发射信号、解调并输出脉冲信号；发射模块对探空数据和脉冲信号采用发射调频信号、调幅信号及载波信号的混合体制解决当前调幅体制探空仪占用频带宽，调频体制探空仪无法测距的缺点，并采用时分的工作方式解决同频干扰。如图2所示，L波段窄带电子探空仪主要组成分为四个部分，一是传感器模块，二是发射模块，三是接收模块，四是电池；四个部分安装在一个泡沫盒内，形成一个整体，发射模块带有单极天线，用于发射探空仪信号；接收模块也带有单极天线，用于接收地面雷达的发射信号；其中，传感器模块用于探测高空的温度、气压、湿度、风向、风速等气象要素，与其它探空仪一致；电池采用干电池用于给传感器模块、接收模块和发射模块供电的电池；传感器模块和电池均为现有技术，在此不做赘述。参阅图1、图3至图5，发射模块包括单片机控制系统、多功能射频模块、滤波器、两级微波开关、两级高放和一级功放。传感器模块的探空数据和接收模块发射的脉冲信号输入单片机控制系统，单片机控制系统对探空数据进行频率调制，对脉冲信号进行脉冲调制，经多功能射频模块放大、滤波器滤波后，经两级微波开关和两级高放放大送到功放进一步放大后输出。参阅图5，发射模块以多功能射频模块为核心，在单片机控制系统的控制下，输出所需的射频信号，射频信号经过滤波、开关控制、放大后输出,输出信号频率稳定，地面接收设备不需要增加自动频率控制电路。多功能射频模块的IA4432射频集成电路芯片D3中集成高性能ADC和高效率功放，能够完成发射和接收功能，本电路主要应用其发射功能，优点是高集成度、低成本、使用灵活、外围电路精简。单片机控制系统采用PIC18F2XK22型低功耗、高性能单片机，带有高性能精简指令集CPU，针对C编译器优化架构，最大1K字节的数据EEPRROM；灵活的振荡器架构，高精本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种L波段窄带电子探空仪，与地面雷达协同工作，其特征在于，包括传感器模块、接收模块和发射模块；/n传感器模块，用于探测气象要素输出探空数据；/n接收模块，用于接收地面雷达的发射信号、解调并输出脉冲信号；/n发射模块，包括单片机控制系统、多功能射频模块、滤波器、两级微波开关、两级高放和一级功放；传感器模块的探空数据和接收模块发射的脉冲信号输入单片机控制系统，单片机控制系统对探空数据进行频率调制，对脉冲信号进行脉冲调制，经多功能射频模块放大、滤波器滤波后，经两级微波开关和两级高放放大送到功放进一步放大后输出；单片机控制系统采用分时工作模式，将单位时间分为三个时间段，分别输出探空码信号、测距信号和测角信号，信号特性分别为调频信号、脉冲调制信号和连续波信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种L波段窄带电子探空仪，与地面雷达协同工作，其特征在于，包括传感器模块、接收模块和发射模块；
传感器模块，用于探测气象要素输出探空数据；
接收模块，用于接收地面雷达的发射信号、解调并输出脉冲信号；
发射模块，包括单片机控制系统、多功能射频模块、滤波器、两级微波开关、两级高放和一级功放；传感器模块的探空数据和接收模块发射的脉冲信号输入单片机控制系统，单片机控制系统对探空数据进行频率调制，对脉冲信号进行脉冲调制，经多功能射频模块放大、滤波器滤波后，经两级微波开关和两级高放放大送到功放进一步放大后输出；单片机控制系统采用分时工作模式，将单位时间分为三个时间段，分别输出探空码信号、测距信号和测角信号，信号特性分别为调频信号、脉冲调制信号和连续波信号。


2.根据权利要求1所述的L波段窄带电子探空仪，其特征在于：所述发射模块在发送测距信号的时间段内，发射模块首先关闭输出，等待接收模块接收地面雷达的发射信号并输出脉冲信号；当发射模块接收到脉冲信号后，发射模块打开输出，发送脉冲调制信号作为测距信号；然后再关闭输出，处于等待状态；循环往复至发送测距信号的时间段结束。


3.根据权利要求1所述的L波段窄带电子探空仪，其特征在于：所述接收模块包括高放下变频电路单元、中频对数检波单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉，魏建波，吴伟，侯维佳，宫和斌，张宏波，陈茂军，张晓平，刘婷，胡霞，
申请(专利权)人：南京大桥机器有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32