W频段全固态扫描式毫米波测云雷达系统及雷达测量方法与流程

本发明涉及一种测云雷达系统，特别是一种w频段全固态扫描式毫米波测云雷达系统。

背景技术：

原有的测云雷达系统采用ka频段工作，具有探测灵敏度低、距离盲区大的缺点，对于低云、雾等分布高度低、回波强度弱的气象目标，存在探测能力不足、受地杂波影响大的问题。由于低云、雾等造成的低能见度天气对机场、港口的航运安全会造成严重影响，因此解决低云、雾等低空弱目标的探测，十分必要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种w频段全固态扫描式毫米波测云雷达系统及雷达测量方法，解决ka频段测云雷达对于低空弱目标探测能力不足的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明提供一种w频段全固态扫描式毫米波测云雷达系统，包括控制计算机、天线座和w频段子系统；所述控制计算机与天线座连接，所述天线座与w频段子系统相连接；

所述控制计算机，用于向所述w频段子系统发送第一控制指令；还用于接收w频段子系统输入的第一数据，并对所述第一数据进行反演生成第二数据；

所述w频段子系统，用于当接收到第一控制指令后，产生射频信号，向空间中的气象目标辐射，并接收返回的散射回波，对散射回波进行处理得到第一数据，并将第一数据传送到控制计算机。

本发明的有益效果在于：本发明采用w频段子系统实现了云、雪、雾等气象目标高灵敏度探测，尤其是提高了对低云、雾等弱气象目标的探测能力。本发明获取的第一数据结果准确可信，第二数据丰富多样，克服了ka波段测云雷达探测能力不足的问题。

进一步，所述w频段子系统包括数字接收机、接收机、发射机、发送天线和接收天线；

所述数字接收机与所述天线座连接，且所述数字接收机与接收机连接，所述接收机、发射机和发送天线依次连接，所述接收天线与接收机的输入端连接；

所述数字接收机，用于接收控制计算机的第一控制指令，将第一控制指令转发给接收机；

所述接收机，用用于根据接收的第一控制指令控制发射机产生水平极化或垂直极化的射频信号；

发送天线，用于将所述发射机产生的水平极化或垂直极化的第一射频信号向空间中的气象目标辐射，

接收天线，用于接收返回的散射回波，并将散射回波输送入接收机中；

所述接收机，还用于将散射回波经过放大、过滤以及下变频处理，生成中频信号，并将所述中频信号送入数字接收机；

所述数字接收机，还用于接收接收机传送的中频信号，对中频信号进行采样处理，得到功率谱数据，再对功率谱数据进行数据处理，得到第一数据，经天线座向控制计算机输出第一数据。。

进一步，所述第一数据至少包括气象目标的回波强度、径向速度、速度谱宽以及线性退极化比。

进一步，所述第二数据至少包括云场分布、云水含量、滴谱分布、云层识别和分类、云粒子相态识别、液态水含量分布，水汽分类、平均液滴直径以及单位体积数浓度。

进一步，还包括伺服，所述控制计算机与伺服相连接，所述伺服与天线座相连接，所述控制计算机，还用于向伺服发送第二控制指令；所述伺服，用于根据接收的第二控制指令控制天线座带动安装在天线座(3)上的w频段子系统按照设定的扫描模式进行扫描。

进一步，所述扫描模式包括方位圆周扫描、方位扇形扫描、方位体积扫描和俯仰扇形扫描。

另一方面，本发明提供一种采用w频段全固态扫描式毫米波测云雷达系统进行雷达测量的方法，包括：

控制计算机向w频段子系统发送第一控制指令；

当w频段子系统接收到第一控制指令后，产生水平极化或垂直极化的第一射频信号，向空间中的气象目标辐射，并接收返回的散射回波，对散射回波进行处理，向控制计算机输出第一数据；

控制计算机接收w频段子系统输出的第一数据，并对所述一次数据进行显示、存储，反演生成二次数据。

所述第一数据至少包括气象目标的回波强度、径向速度、速度谱宽以及线性退极化比。

所述第二数据至少包括云场分布、云水含量、滴谱分布、云层识别和分类、云粒子相态识别、液态水含量分布，水汽分类、平均液滴直径以及单位体积数浓度。

所述控制计算机，还用于向伺服发送第二控制指令，以使伺服控制天线座带动安装在天线座上的w频段子系统按照设定的扫描模式进行扫描。所述第二控制指令为控制扫描模式的指令。

所述扫描模式包括方位圆周扫描、方位扇形扫描、方位体积扫描和俯仰扇形扫描。

附图说明

图1为一种w频段全固态扫描式毫米波测云雷达系统的组成示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1.控制计算机，2.伺服，3.天线座，4.数字接收机，5.接收机，6.发射机，7.接收天线，8.发送天线。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明提供一种w频段全固态扫描式毫米波测云雷达系统，包括控制计算机1、伺服2、天线座3和w频段子系统；所述控制计算机1分别与伺服2和天线座3连接，所述伺服2与天线座3连接，所述天线座3与w频段子系统相连接；所述控制计算机1，用于向所述w频段子系统发送第一控制指令；还用于接收w频段子系统输入的一次数据，并对所述一次数据进行显示、存储，反演生成二次数据；所述w频段子系统，用于当接收到第一控制指令后，产生水平极化或垂直极化的射频信号，向空间中的气象目标辐射，并接收返回的散射回波，对散射回波进行处理得到第一数据，并将第一数据传送到控制计算机1。

所述w频段子系统包括数字接收机4、接收机5、发射机6、发送天线7和接收天线8；所述数字接收机4与所述天线座3连接，且所述数字接收机4与接收机5连接，所述接收机5、发射机6和发送天线7依次连接，所述接收天线8与接收机5的输入端连接；所述数字接收机4，用于接收控制计算机1的第一控制指令，将第一控制指令转发给接收机5；还用于接收接收机5传送的中频信号，对中频信号进行采样处理，得到功率谱数据，再对功率谱数据进行数据处理，得到第一数据，经天线座3向控制计算机1输出第一数据；所述接收机5，用于控制发射机6产生水平极化或垂直极化的射频信号；发送天线7，用于将所述发射机6产生的水平极化或垂直极化的第一射频信号向空间中的气象目标辐射，接收天线8，用于接收返回的散射回波，并将散射回波输送入接收机5中；所述接收机5，还用于将散射回波经过放大、过滤以及下变频处理，生成中频信号，并将所述中频信号送入数字接收机4。

所述第一数据至少包括回波强度、径向速度、速度谱宽以及线性退极化比。所述第二数据至少包括云场分布、云水含量、滴谱分布、云层识别和分类、云粒子相态识别、液态水含量分布，水汽分类、平均液滴直径以及单位体积数浓度。

所述控制计算机1，还用于向伺服2发送第二控制指令(或者称之为扫描模式控制命令)，以使伺服2控制天线座3带动安装在天线座3上的w频段子系统按照设定的扫描模式进行扫描。所述扫描模式包括方位圆周扫描、方位扇形扫描、方位体积扫描和俯仰扇形扫描。

另一方面，本发明提供一种采用w频段全固态扫描式毫米波测云雷达系统进行雷达测量的方法，包括：控制计算机向w频段子系统发送第一控制指令；当w频段子系统接收到第一控制指令后，产生水平极化或垂直极化的第一射频信号，向空间中的气象目标辐射，并接收返回的散射回波，对散射回波进行处理，向控制计算机输出第一数据；控制计算机接收w频段子系统输出的第一数据，并对所述一次数据进行显示、存储、反演生成二次数据。所述第一数据至少包括回波强度、径向速度、速度谱宽以及线性退极化比。所述第二数据至少包括云场分布、云水含量、滴谱分布、云层识别和分类、云粒子相态识别、液态水含量分布，水汽分类、平均液滴直径以及单位体积数浓度。所述控制计算机1，还用于向伺服2发送第二控制指令(或者叫做扫描模式控制命令)，以使伺服2控制天线座3带动安装在天线座3上的w频段子系统按照设定的扫描模式进行扫描。所述扫描模式包括方位圆周扫描、方位扇形扫描、方位体积扫描和俯仰扇形扫描。

实施例1

本发明的一种w波段全固态扫描式毫米波测云雷达系统，包括：接收机、发射机、接收天线、发送天线、数字接收机、天线座、伺服、控制计算机。

控制计算机的输出端分别与伺服的输入端和天线座的输入端连接；伺服的输出端与天线座的输入端连接；天线座的输出端与数字接收机的输入端连接。数字接收机的输出端与接收机的输入端连接；接收机的输出端发射机输入端连接；接收机的输出端分别与数字接收机的输出端和接收天线的输出端连接。发射机的输出端与发送天线的输入端连接。接收机对回波信号进行放大、滤波、下变频处理后，生成中频信号送入数字接收机。

数字接收机对中频信号进行采样处理后，得到功率谱数据，并对功率谱数据进行数据处理，输出气象目标的回波强度、径向速度、速度谱宽以及线性退极化比等第一数据。气象目标可以为天空中的云、雪、雾等。

第一数据经由光纤经天线座送入控制计算机，控制计算机对第一数据进行显示、存储，并根据第一数据反演生成云场分布、云水含量、滴谱分布、云层识别和分类、云粒子相态识别、液态水含量分布，水汽分类、平均液滴直径、单位体积数浓度等第二数据。

雷达系统可实现方位圆周扫描、方位扇形扫描、方位体积扫描、俯仰扇形扫描、俯仰体积扫描等多种不同的扫描模式，由控制计算机发送第二控制指令(扫描模式控制命令)给伺服，伺服控制天线座，带动安装在天线座上的测云雷达接收机、发射机、数字接收机以及接收天线、发送天线等按设定的扫描模式进行扫描，实现对气象目标的全方位扫描探测。

本发明实现了云、雪、雾等气象目标高灵敏度探测，尤其是提高了对低云、雾等弱气象目标的探测能力。本发明获取的第一数据结果准确可信，第二数据丰富多样，克服了ka波段测云雷达探测能力不足的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。