[发明专利]一种X波段全固态全相参多普勒天气雷达系统以及移动站

说明书

本发明公开了一种X波段全固态全相参多普勒天气雷达系统以及移动站，雷达系统包括发射机、雷达天线、接收机、滤波器、混频器、ADC转换器和信号处理器；信号处理器与ADC转换器连接，将数字中频信号进行数字下变频，形成复数IQ信号，并通过高速数据通道将复数IQ信号传送至多核计算机；多核计算机将基数据发送至数据处理终端。雷达系统配备操作控制终端、实时显示终端和二次产品终端，支持Web浏览和多个客户终端同时进行数据浏览。雷达可按照预先制定的任务模式工作，使得操作人员在不需要修改雷达工作参数的情况下，快速执行雷达的扫描任务。

技术领域

本发明涉及气象监测系统，具体涉及到一种X波段全固态全相参多普勒天气雷达系统以及移动站。

背景技术

多普勒天气雷达，是一种主动遥感的探测工具，在测量云、降雨和各种强对流天气发生发展内在因素方面有重要的应用，其工作原理即以多普勒效应为基础，可以测定散射体相对于雷达的速度，在一定条件下反演出大气风场、气流垂直速度的分布以及湍流情况等。这对警戒强对流天气等具有重要意义。

多普雷天气雷达的工作原理：

1、通过气象目标对雷达电磁波的散射和吸收

粒子能够对电磁波进行吸收和散射，这也是粒子对电磁波的两大基本形式。雷达探测大气的基础是由气象目标对雷达电磁波的吸收和散射所得。如果电磁波的波束在大气传播途中遇到包括云滴、雨滴以及其他悬浮粒子和空气分子，作为入射的电磁波波束中的有一部分会因为上述的粒子反射到不同地方，这类现象称之为散射。一部分散射的电磁波波束会被粒子吸收，最终按照雷达的方向返回被雷达天线接收，多普勒天气雷达能够通过接收到的电磁波束中自带的振幅和位相等数据，得出气象目标的平均速度以及发射率因子和速度谱宽等基本数据，进而推断并计算出相对应的气象情况和其他内部结构特征。

2、电磁波在大气中的衰减

电磁波的能量随传播路径逐渐减弱的现象，称之为电磁波在大气中的衰减。电磁波的衰减与电磁波波束的长度成反比，波束长度越长，衰减程度越小。导致电磁波衰减的根本原因是电磁波的波束在投射到各类云滴、

雨滴和其他气体分子时，其中很多能量被吸收转变成别种形式的能量和热能，同时，其他电磁波的能量则被散射。电磁波的衰减能够在很大程度上减小雷达中的回波功率，从而致使雷达回波数据不准确，多普勒天气雷达能够利用电磁波的这一特点分析各类天气所折射的电磁波波束以及电磁波的衰减情况，得出气象目标的准确数据。

3、电磁波在大气中的折射

在真空环境下电磁波的传播路径是直线，而在大气中由于各类气体分子及云雨滴的存在，使得电磁波在大气中会出现折射现象。大气折射主要包括标准折射、超折射、临界折射、负折射以及无折射，这五种折射均与雷达波束的高度、宽度以及仰角等因素有关。每一种折射都有不同的回波强度和径向速度，这些回波强度反映出不同的电磁波波长，多普勒天气雷达能够通过对上述五种折射的分析，通过对雷达接收站所收集到的折射后电磁波波束进一步的计算和整理，得出相应的气象资料以进行相应的人工干预。

4、多普勒效应

多普勒效应以声波的形式体现，比如一辆火车在高速行驶的情况下，其声音的频率会随着声波的压缩而不断增加，然而当火车接近停止时，其声音的频率则会由于声波的膨胀而不断减少，这种现象称之为多普勒效应。换言之，一个声音以20m/s的速度，在较近或较远的距离听会产生大约800HZ的多普勒频率移动。多普勒天气雷达所发射的电磁波相比声波的频率高，并且是以光速的形式进行传播，通常该雷达不是直接对多普勒频移测量，而是通过往返脉冲对之间的差值得到气象目标的径向速度。正因如此，多普勒天气雷达与其他普通雷达最大的不同之处，在于多普勒天气雷达不仅能够准确提供气象目标的发射率因子，还能提供气象目标的径向速度和谱宽数值，这些数据在预警极端天气时是十分必要的。