[发明专利]一种基于全数字阵列的有源相控阵天气雷达系统

说明书

技术领域

本发明涉及相控阵天气雷达技术领域，尤其是一种基于全数字阵列的有源相控阵天气雷达系统。

背景技术

在人们探测自己赖以生存的地球大气的各种方式中，天气雷达占有十分重要的地位，相对于其它探测手段，天气雷达具有高的时空分辨率，能够及时准确的对灾害性天气进行探测，特别是在中小尺度灾害性天气监测和短时天气预报等方面是十分有效的观测工具。

我国目前已经布网的新一代天气雷达大大提高了对灾害性天气的监测和预警能力，能够定量探测降雨回波强度、径向速度、速度谱宽等信息，以其高时空分辨率、及时准确的遥感探测能力成为灾害性天气，特别是中尺度灾害性天气监测预警等方面极为有效的工具。但是由于对流天气现象的变化是很快的，对流单体的发展时间尺度有些时候就几分钟到十几分钟，尤其对于风暴等强对流单体，几分钟单体情况就可能发生很大的变化。目前多普勒气象雷达还有待提高实现对小尺度，时间持续短变化快而造成较大危害的天气现象进行有效观测，其主要原因是雷达探测周期长、雷达探测时间分辨率低。

我国目前有关的相控阵天气雷达的研究尚处于起步阶段。由于相控阵雷达的扫描体制不同于常规雷达，相控阵天气雷达的快速扫描能够使我们对中小尺度天气过程发生、发展以及三维立体结构和动力结构有更好的了解。因此，可以肯定相控阵技术是未来天气雷达发展的一个重要的方向，对于全数字阵列的相控阵技术应用于天气雷达的实现方法的研究也有着重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有天线波束快速扫描能力、空间功率合成能力和多波束形成能力的基于全数字阵列的有源相控阵天气雷达系统。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于全数字阵列的有源相控阵天气雷达系统，包括用于发射波束、接收波束以及对回波数据进行处理的信号处理机，信号处理机通过网络分别与监控终端、产品终端双向通讯，信号处理机通过第一光纤与第一高速大容量波分复用光纤通信机相连，第一高速大容量波分复用光纤通信机通过第二光纤与第二高速大容量波分复用光纤通信机相连，汇流环套设在第二光纤上，第二高速大容量波分复用光纤通信机分别与校正分机、全数字阵列模块双向通讯，全数字阵列模块通过校正网络与天线阵列相连，频率源分别向全数字阵列模块、信号处理机提供时钟信号，伺服驱动电机的输出端分别与汇流环、天线阵列相连。

所述信号处理机由数字波束形成单元和多普勒气象信号处理器组成，所述多普勒气象信号处理器由脉冲压缩单元、FFT变换单元、频域滤波单元、IIR滤波单元、DVIP单元和数据格式化单元组成，数字波束形成单元与第一光纤双向通讯，数字波束形成单元分两路输出，一路直接与监控终端相连，另一路与脉冲压缩单元的输入端相连，脉冲压缩单元的输出端分别与FFT变换单元、IIR滤波单元的输入端相连，FFT变换单元与频域滤波单元串联，IIR滤波单元与DVIP单元串联，频域滤波单元、DVIP单元的输出端均与数据格式化单元的输入端相连，数据格式化单元的输出端与产品终端的输入端相连。

所述全数字阵列模块由8个数字阵列模块单元组成，每个数字阵列模块单元由16个全数字收发组件组成，所述全数字收发组件包括波形产生电路，其输出端依次与第一放大滤波电路、接收第二本振信号的第一上变频、第二放大滤波电路、接收第一本振信号的第二上变频、第一滤波器、功率放大器相连，功率放大器的输出端与环形器的输入端相连，环形器与天线阵列双向通讯，环形器的输出端依次与隔离限幅低噪放大器、第二滤波器、接收第一本振信号的第一下变频、第三放大滤波电路、接收第二本振信号的第二下变频、第四放大滤波电路相连，第四放大滤波电路的输出端与数字接收机的输入端相连。

所述频率源包括100MHz晶振，其输出端分别与第一锁相环、第二锁相环和基准信号产生电路的输入端相连，第一锁相环的输出端与倍频器的输入端相连，倍频器输出第一本振信号至第一1:8功分器的输入端，第一1:8功分器的输出端与全数字阵列模块相连；第二锁相环的输出端输出第二本振信号至第二1:8功分器的输入端，第二1:8功分器的输出端与全数字阵列模块相连；所述基准信号产生电路通过功分网络输出时钟信号分别至全数字阵列模块、信号处理机。

所述校正网络由主馈线和128个双定向耦合器组成，主馈线采用波导，校正网络作为一个整体与组成天线阵列的128根天线之间通过法兰连接。

所述天线阵列所传输的波束信号以波导窄边开倾斜缝的行波阵的形式传输，天线阵列采用裂缝波导线阵。