多普勒氣象雷達(dá)接收分系統(tǒng)概述

楊立鵬

摘 要：多普勒天氣雷達(dá)，是一種主動(dòng)遙感的探測(cè)工具，在測(cè)量云、降雨和各種強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展內(nèi)在因素方面有重要的應(yīng)用，其工作原理即以多普勒效應(yīng)為基礎(chǔ)，可以測(cè)定散射體相對(duì)于雷達(dá)的速度，在一定條件下反演出大氣風(fēng)場(chǎng)、氣流垂直速度的分布以及湍流情況等。這對(duì)警戒強(qiáng)對(duì)流天氣等具有重要意義。

關(guān)鍵詞：多普勒；雷達(dá)；接收分系統(tǒng)；頻率源

一、概述

雷達(dá)接收分系統(tǒng)將來(lái)自天線(xiàn)饋線(xiàn)分系統(tǒng)的射頻回波信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大、高低增益通道雙混頻、雙中放輸出2路中頻信號(hào)，提供給信號(hào)處理/監(jiān)控分系統(tǒng)，并為保證雷達(dá)系統(tǒng)具有全相參特性，提供高頻率穩(wěn)定度的各種信號(hào)源。

二、功能與特點(diǎn)

接收分系統(tǒng)的主要功能有：

（1）射頻回波信號(hào)的低噪聲放大和下變頻，將1路回波經(jīng)過(guò)雙通道后輸出高低增益不同的2路中頻信號(hào)；（2）產(chǎn)生和形成雷達(dá)系統(tǒng)所需要的各種高頻率穩(wěn)定度的信號(hào)源；（3）產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)提供給發(fā)射分系統(tǒng)，檢測(cè)發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率和反射功率；（4）產(chǎn)生校準(zhǔn)信號(hào)對(duì)高低增益通道進(jìn)行實(shí)時(shí)增益測(cè)算，產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)用于對(duì)接收分系統(tǒng)核信號(hào)處理/監(jiān)控分系統(tǒng)的幅度、頻率特性進(jìn)行校正和標(biāo)定，提供BITE信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)接收分系統(tǒng)的檢測(cè)；（5）通過(guò)已知噪聲源，實(shí)現(xiàn)對(duì)接收分系統(tǒng)噪聲系數(shù)的標(biāo)定。相噪通道實(shí)現(xiàn)對(duì)接收分系統(tǒng)相位噪聲的標(biāo)定。

接收分系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上有如下特點(diǎn)：（1）低噪聲，高靈敏度；（2）大動(dòng)態(tài)范圍；（3）高穩(wěn)定、高純度頻譜信號(hào)源；（4）模塊化設(shè)計(jì)易于維修。

三、主要技術(shù)指標(biāo)

四、系統(tǒng)組成

雷達(dá)接收分系統(tǒng)主要由以下插件組成：前置放大器、射頻通道、頻率源、激勵(lì)標(biāo)定源、接收監(jiān)控以及接收電源，其組成框圖如下：

上圖還給出了接收分系統(tǒng)中各分機(jī)之間信號(hào)連接關(guān)系及各種信號(hào)特性。T/R開(kāi)關(guān)和PIN開(kāi)關(guān)對(duì)接收機(jī)起保護(hù)作用，在發(fā)射機(jī)工作時(shí)，他們將大功率的主播脈沖衰減掉，保證泄露的主波功率不超過(guò)接收機(jī)限幅低噪聲放大器所能承受的范圍。在發(fā)射機(jī)不工作的情況下，回波經(jīng)T/R開(kāi)關(guān)，PIN開(kāi)關(guān)和串入式波導(dǎo)噪聲源送入射頻接收機(jī)，在射頻接收機(jī)里進(jìn)行二次下變頻，將回波載頻降到60MHZ。中頻數(shù)字接收機(jī)對(duì)60MHZ的回波信號(hào)進(jìn)行中頻直接采樣，然后對(duì)采樣后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字下變頻，得到蒸餃的數(shù)字零中頻信號(hào)，再通過(guò)數(shù)字匹配濾波后送給信號(hào)處理系統(tǒng)。頻率源是一個(gè)直接合成源，它的作用是產(chǎn)生接收機(jī)和雷達(dá)系統(tǒng)所需的各種頻率本振信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)等；測(cè)試和激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生部分是產(chǎn)生接收機(jī)的標(biāo)定信號(hào)及發(fā)射機(jī)所需的發(fā)射激勵(lì)信號(hào)。

五、總結(jié)

多普勒雷達(dá)是目前世界上最先進(jìn)的雷達(dá)系統(tǒng)，有“超級(jí)千里眼”之稱(chēng)。本論文簡(jiǎn)單的介紹了本人對(duì)多普勒雷達(dá)的淺顯認(rèn)知與理解，不足之處望各界專(zhuān)業(yè)人士加以指正。

參考文獻(xiàn)：

[1]俞小鼎，姚秀萍，熊廷南.多普勒天氣雷達(dá)原理與業(yè)務(wù)應(yīng)用[M].北京：氣象出版社，2006，13.