[发明专利]一种气象雷达信号处理控制装置和控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种X波段气象雷达信号处理和雷达控制装置，尤其涉及一种气象雷达视频信号处理和雷达基本工作模式控制装置，用于便携式X波段气象雷达信号高速数据采集和信号算法处理、雷达基本操作控制、雷达与计算机之间相互数据的高速传输。

背景技术

年来随着我国气象事业的不断发展，气象雷达在云雨监测过程中起到非常重要的作用，而便携式气象雷达可以实现对方圆100KM内的云雨进行实时监控，在实时天气监控、抗洪救灾和人工影响天气方面发挥着重大的作用。并具有测量精度高、雷达站移动方便（雷达气象车）、稳定性好、操作简单等特点。现已在县级城市和移动观测部门中得到广泛应用。

目前，多数气象雷达都是对其回波信号的中频进行采样来计算目标距离、移动速度和回波强度等信息，从而导致处理方式复杂、难度较大并且多数为固定站点不具有便携式特点。且现有技术中是通过运放先进性信号反转将负电平转化为正电平再进行信号幅度调整，也就是经过两次运放，这样也加大了引入噪声的可能性，并且采用的是单端输入输出方式并不能有效的抑制共模干扰。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种能够对便携式雷达信号进行实时信号处理、雷达天线方位俯仰实时控制和角度反馈信息监控、GPS全球卫星定位、与计算机进行数据的高速数据的相互传输、雷达工作方式的实时控制的装置。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种气象雷达信号处理控制装置，包括雷达视频信号采集模块、时钟采样模块、FPGA处理器、电机驱动控制电路、步进电机驱动器、千兆以太网通信模块，其中雷达视频信号采集模块、FPGA处理器、千兆以太网通信模块依次连接，所述千兆以太网通信模块与外部上位机连接；所述时钟采样模块、电机驱动控制电路的一端分别与FPGA处理器连接；所述电机驱动控制电路的另一端与步进电机驱动器连接；所述步进电机驱动器与外部雷达天线连接；所述雷达视频信号采集模块包括差分运算放大器和ADC高速信号采集器，所述差分运算放大器、时钟采样模块分别与ADC高速信号采集器连接；所述ADC高速信号采集器与FPGA处理器连接。

作为本发明的一种优选技术方案：所述时钟采样模块包括依次连接的有源晶振、射频变压器、时钟分配器，其中时钟分配器分别与所述ADC高速信号采集器、FPGA处理器连接；所述有源晶振的系统时钟经射频变压器转化为差分信号后输入到时钟分配器，所述时钟分配器输出两路差分信号，一路作为ADC高速信号采集器的采样时钟、另一路作为FPGA处理器的系统时钟。

作为本发明的一种优选技术方案：所述差分运算放大器的差分输出信号的峰峰值为2V。

作为本发明的一种优选技术方案：还包括GPS全球卫星定位模块，所述GPS全球卫星定位模块与FPGA处理器连接；通过GPS全球卫星定位模块进行定位后将定位数据传输至FPGA处理器，FPGA处理器接收到雷达站点的定位信息并通过千兆以太网通信模块送至外部上位机进行显示。

作为本发明的一种优选技术方案：所述有源晶振的频率为100MHz。

作为本发明的一种优选技术方案：所述ADC高速信号采集器的型号为14位的AD9246高速采集器。

作为本发明的一种优选技术方案：所述差分运算放大器的型号为AD8138的差分运算放大器。

作为本发明的一种优选技术方案：所述千兆以太网通信模块与外部上位机通过UDP协议实现两者之间相互数据的传递。

一种上述气象雷达信号处理控制装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤1，将外部电平范围在0至-4V的雷达视频信号输入至差分运算放大器；

步骤2，差分运算放大器将单端输入的雷达视频信号转化为差分信号，并且将其运放倍数调整为1/2使差分输出信号的峰峰值为2V，然后将调整后的差分信号输出至ADC高速采集器；

步骤3，ADC高速信号采集器在采样时钟的作用下对接收到的差分信号进行实时采样，将其转化为数字信号后输出至FPGA处理器；

步骤4，FPGA处理器在雷达触发脉冲的上升沿开始接收，FPGA处理器将接收到的数字信号进行处理，并将信号处理结果通过千兆以太网通信模块送给外部上位机进行数据处理；

步骤5，所述FPGA处理器同时接收外部上位机对雷达天线的方位俯仰的控制指令，并通过电机驱动控制电路来驱动步进电机驱动器，实现对雷达天线的控制；