一种x波段双线偏振多普勒天气雷达系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于天气雷达的技术领域。具体地说，本发明涉及一种X波段双线偏振多普勒天气雷达系统。
【背景技术】
[0002]1、X波段固态双线偏振多普勒天气雷达，是天气雷达未来发展的一个方向中。目前，该雷达体制在信号链路机构、双通道标定和参量探测的实时性均存在不足之处，因而所获取的探测资料难以得到充分有效的利用。其缺点如下:
[0003](1)、信号系统链路机构复杂；
[0004](2)、接收、发射双通道和极化馈线网络标校不完善；
[0005](3)、双偏振参量(LDR)探测时效性差。
[0006]2、现有信号处理中采用的专用DSP信号处理技术，给系统升级维护带来不便。
[0007]3、在现有技术的结构设计中，天线反射面裸露在外，没有保护罩，易受污染，迎面抗风性能比较低。
[0008]4、没有现场视频图像采集功能。
【发明内容】
[0009]本发明提供一种X波段双线偏振多普勒天气雷达系统，其目的是简化设备、提高系统信号处理能力和探测性能、增强系统探测的时效性以及提高系统的可靠性。
[0010]为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为:
[0011]双线偏振多普勒天气雷达系统包括外机和内机两个部分，所述的外机部分包括天线伺服分系统、发射分系统、接收分系统、监控标校分系统、配电系统；所述的内机部分包括信号处理器、用户分系统。
[0012]所述的雷达系统信号链路采用双载频信号设计。
[0013]所述的信号处理器采用基于GPU信号处理技术的处理单元。
[0014]所述的监控标校分系统为双通道全路径收发标校技术的分系统。
[0015]所述的天线伺服分系统采用旋转抛物面天线，并设有抛物面保护罩。
[0016]本发明采用上述技术方案，具有以下效果:
[0017]1、采用独创的信号链路机构，简化了现有技术中的双偏振多普勒天气雷达系统复杂的馈电和开关网络，减小了设备量，提高了系统的可靠性。
[0018]2、采用多通道信号处理的方式，实现双线多普勒天气雷达所有参量的快速同步测量，提高了探测数据的时效性。
[0019]3、首次基于GPU信号处理技术，极大地提高了双线偏振雷达的信号处理能力，更好地满足双线偏振雷达的所有参量的实时测量和多画面同步显示，并为气象目标的3D复原显示提供了可能性。
[0020]4、独特的双通道全路径收发标校技术，极犬地减小了雷达系统的双通道收发系统误差，为提高探测数据质量提供了有效保证。
[0021]5、在结构方面，采用抛物面保护罩设计，不仅提高了雷达的抗风能力，还减少了反射面的污染，对馈线网络起到了保护作用。
[0022]6、首次在气象雷达中，采用视频图像采集装置，可实时录取现场天气景象和场景特征，为天气预报和研究提供具有真实场景参考的历史依据。
【附图说明】
[0023]图1为本发明的结构示意图
[0024]图2为图1所示结构的侧面示意图；
[0025]图3为本发明的远程多用户终端组成示意图；
[0026]图4本发明的系统框图；
[0027]图5为典型的双发双收雷达系统框图；
[0028]图6为GPU中的更多晶体管用于数据处理的示意图。
【具体实施方式】
[0029]一、概述:
[0030]如图1、图2所示的本发明的结构，一种X波段双线偏振多普勒天气雷达系统，由外机。本发明在多载频信号链路机构、四通道信号处理技术、基于GPU信号处理技术、双通道全路径收发标校技术，现场视频图像采集技术等多项技术中取得突出进步。
[0031]为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现简化设备、提高系统的可靠性、提高探测数据的时效性以及提高信号的处理能力的发明目的，本发明采取的技术方案为:
[0032]如图3所示，在该双线偏振多普勒天气雷达系统中，其外机部分由天线伺服分系统、发射分系统、接收分系统、监控标校分系统、配电系统等组成；其内机部分由信号处理器、用户分系统等组成。
[0033]图5为典型的双发双收双偏振雷达系统组成框图，该系统中水平和垂直极化是同一种信号，通过使用大功率组合开关双极化测量和退极化测量，具体过程为:在终端控制下，在实现双极化探测时，由执行电机控制使得大功率组合开关具备功分器功能，实现Zdr、Kdp等探测。在探测LDR时，由执行电机控制使得大功率组合开关具备单向开关功能，即只发射水平极化信号，接收水平和垂直极化回波，从而得到LDR。
[0034]上述可见，由于系统包含了执行机构电机的存在，无论在体积和可靠性等方面都受到限制。
[0035]而本发明采取的技术方案是:
[0036]1、采用双线偏振雷达信号链路机构:
[0037]本雷达采用双信号链路设讣，即波形激励为两个信号源，发射机为两个(Η/V)相互独立通道，这样系统可以通过选频方式直接处理水平通道和垂直通道的回波信号，两个通道误差采用本方案的标校方式进行校准，系统组成结构如图4所示。
[0038]本发明采用独创的信号链路机构，简化了现有技术中的双偏振多普勒天气雷达系统复杂的馈电和开关网络，减小了设备量，提高了系统的可靠性；采用多通道信号处理，实现了双线多普勒天气雷达所有参量的同时测量，提高了探测数据的时效性。首次基于GPU信号处理技术，极大地提高了双线偏振雷达的信号处理能力，很好地满足了双线偏振雷达的所有参量的实时测量，并为气象目标的3D及复原显示提供了可能性。
[0039]2、采用多通道信号处理技术:
[0040]从本发明框图4中可见，在接收机Η中，除了有自身通道回波外，还有V通道的退极化回波，同样的在接收机V中，除了有自身通道回波外，还有Η通道的退极化回波。由于本发明采用双频体制，因此采用多(四)通道数字中频接收机可直接提取四路回波信号，从而实现Zdr、Kdp、LDR等双偏振所有参数实时探测，而现有的双偏振雷达则不能。
[0041]二、所述的信号处理器采用基于GPU信号处理技术。
[0042]由于本发明系统采用开放式信号处理技术，即由数字中频接收机进行预处理，通过光纤把四通道数据信号传送到内机电脑终端，由终端电脑直接进行双偏振信号的处理，因此对终端电脑提出了更高的要求。基于目前主流处理器芯片为多核CPU和多核GPU，同时双偏振多普勒天气雷达迫切需要实时、高清晰度的3D图形，可编程的GPU已成为一种高度并行化、多线程、多核的处理器的首选，其具有杰出的计算功率和极高的存储器带宽，原因就在于GPU专为计算密集型、高度并行化的计算而设计，因而，GPU的设计能使更多晶体管用于数据处理，而非数据缓存和流控制。
[0043]如图6所示:
[0044]更具体地说，GPU专用于解决可表示为数据并行计算的问题一一在许多数据元素上并行执行的程序，具有极高的计算密度(数学运算与存储器运算的比率)。由于所有数据元素都执行相同的程序，因此对精密流控制的要求不高；由于在许多数据元素上运行，且具有较高的计算密度，因而可通过计算隐藏存储器访问延迟，而不必使用较大的数据缓存。
[0045]数据并行处理会将数据元素映射到并行处理线程。许多处理大型数据集的应用程序都可使用数据并行编程模型来加速计算。在3D渲染中，大量的像素和顶点集将映射到并行线程。类似地，图像和媒体护理应用程序(如渲染图像的后期处理、视频编码和解码、图像缩放、立体视觉和模式识别等)可将图像块和像素映射到并行处理线程。实际上，在图像渲染和处理领域之外的许多算法也都是通过数据并行处理加速的一一从普通信号处理或物理仿真一直到数理金融或数理生物学。
[0046]在程序设计方面，CUDA编程模型非常适合公开GPU的并行功能。最新一代的NVIDIAGPU基于Tesla架构(在附录A中可以查看所有支持CUDA的GPU列表)，支持CUDA编程模型，可显著加速CUDA应用程序。
[0047]三、所述的监控标校分系统为双通道全路径收发标校技术的分系统。
[0048]本发明采用独创的标校方式，即通过天线馈源作为标定点，使得发射信号通路和接收通道全面检测和标校，而现有的雷达没有对馈源和发射通道进行标校。
[0049]独特的双通道全路径收发标校技术，极大地减小了雷达系统的双通道收发系统误差，为提高探测数据质量提供了有效保证。
[0050]四、所述的监控标校分系统用于:
[0051]1)、接收APC0I分系统监控数据；
[0052]2)、接收TX02分系统监控数据；
[0053]3)、接收RX03分系统监控数据；
[0054]