分析全固態(tài)雙線偏振多普勒天氣雷達系統(tǒng)設(shè)計

何俊

【摘 要】全固態(tài)雙線偏振多普勒天氣雷達具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉且穩(wěn)定的特征。通過對全固態(tài)雙線偏振多普勒天氣雷達系統(tǒng)的設(shè)計分析，了解其關(guān)鍵技術(shù)，可以為相關(guān)研究提供參考研究。對此，文章主要對全固態(tài)雙線偏振多普勒天氣雷達系統(tǒng)設(shè)計進行了簡單的分析論述，探究了全固態(tài)雙線偏振多普勒天氣雷達系統(tǒng)架構(gòu)、雙線偏振關(guān)鍵技術(shù)分析系統(tǒng)脈壓工作模式以及窄脈沖補盲等相關(guān)內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】全固態(tài)雷達;天氣雷達;系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號： TN959.4文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）26-0020-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.26.008

【Abstract】All-solid dual linear polarization doppler weather radar is characterized by simple structure，low cost and stability.Through the design and analysis of the all-solid dual linear polarization doppler weather radar system，the key technology is understood，which can provide reference for related research.In this paper，the design of the all-solid dual-linear polarization doppler weather radar system is briefly analyzed and discussed，and the system architecture of the all-solid dual-linear polarization doppler weather radar system， the pulse pressure working mode of the dual-linear polarization key technology analysis system and the narrow pulse blind compensation are explored.

【Key words】All solid state radar;Weather radar;System design

全固態(tài)雙線偏振多普勒天氣雷達就是一種主動遙感的探測工具與手段，在云、降雨量以及一些強對流天氣的觀測中有著較為重要的價值與作用。其主要的工作原理就是基于多普勒效應為基礎(chǔ)，通過對散射體相測定雷達速度，在特定的狀況之下可以分析出具體的大氣風場、氣流的垂直度分布狀況等等，全固態(tài)雙線偏振多普勒雷達是現(xiàn)階段世界上領(lǐng)先的天氣監(jiān)測設(shè)備，在各個國家中廣泛應用，對于警戒強對流天氣有著重要的價值與意義。

1 全固態(tài)雙線偏振多普勒天氣雷達系統(tǒng)架構(gòu)

全固態(tài)多普勒大氣雷達應用的是全固態(tài)的發(fā)生技術(shù)，在操作中無需系統(tǒng)進行預熱處理，就可以滿足雷達發(fā)射復雜波形的實際需求，也可以進行數(shù)據(jù)質(zhì)量的優(yōu)化改善，是現(xiàn)階段較為先進的技術(shù)手段。而全固態(tài)X波段多普勒雷達系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定的優(yōu)勢，對其進行研究，可以優(yōu)化雷達系統(tǒng)功能。

全固態(tài)X波段多普勒雷達系統(tǒng)其應用的就是應用全相參脈沖多普勒體制，系統(tǒng)主要就是通過全固態(tài)的發(fā)射機系統(tǒng)、低副瓣大線系統(tǒng)、系統(tǒng)低噪大動態(tài)數(shù)字接收機系統(tǒng)、數(shù)字信號處理系統(tǒng)以及顯示終端系統(tǒng)構(gòu)成。在系統(tǒng)工作的過程中，可以利用內(nèi)部局域網(wǎng)在客戶端上對大線掃描處理、信號處理、發(fā)射以及偏振等參數(shù)進行合理設(shè)置，發(fā)送相關(guān)命令，使雷達可以按照設(shè)定的方式開展工作。而雷達則是通過發(fā)射不同類型的脈沖重復頻率以及偏振脈沖波的方式對不同量程范圍中的氣象體目標進行監(jiān)測與測量。氣象體目標信息的獲取主要就是通過氣象回波利用大線的方式進入到饋線系統(tǒng)之中。而饋線系統(tǒng)在將回波信號進行處理，按照特定的算法了解其強度信息、速度數(shù)值、速度譜寬信息以及雙偏振信息與參量數(shù)據(jù)，其輸出的基本數(shù)據(jù)則要通過數(shù)據(jù)處理計算機對其進行處理，合成數(shù)據(jù)、打包處理，在對其進行實時的顯示。而數(shù)據(jù)處理中的計算機打包操作則是通過網(wǎng)絡(luò)的方式給后臺計算機提供具的方位角信息、仰角信息以及參量等基礎(chǔ)的信息數(shù)據(jù)，生產(chǎn)用戶需要的各種氣象產(chǎn)品。

2 全固態(tài)雙線偏振多普勒天氣雷達系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

雙線偏振雷達的主要作用就是改善雷達測雨的精度，可以提升冰雹的精準度，了解回波中降水粒子中的相態(tài)及與形狀，進而確定雨滴譜參數(shù)信息。而這些信息獲得就是在雙線偏振雷達探測參數(shù)可靠的基礎(chǔ)之上。對此，為了保障雙線偏振雷達的探測參數(shù)的精準性，提升其探測性能，可以通過X波段雷達進行處理，其主要的技術(shù)指標具體如下：

1）雙線偏振雷達可以做到同時發(fā)射接收，在實踐中不僅僅需要訂正雙線偏振測量參數(shù)的光路衰減，也要通過雷達設(shè)計以及工程化處理的過程中保障其兩個通道性能特征一致。要保障增益、插損、相位以及駐波、天線指向以及波束特征的一致性，進而減小系統(tǒng)性誤差以及衰減的問題。對此，可以通過將接收機或者信號處理器、雙線偏振波導在雷達天線的仰角軸上集成的方式進行控制，此種方式可以有效地降低電纜存在的插損、駐波以及相位導致的通道特征不一致的問題，進而降低對雙線偏振參數(shù)測量產(chǎn)生的影響。同時，因為回波信號傳輸?shù)穆窂揭矔霈F(xiàn)縮短，衰減減少等問題，進而有效地緩解了因為雙通道信號被外界影響以及電磁干擾影響的機會，進而提升信號質(zhì)量，也可以提升雷達弱信號檢測的質(zhì)量。

2）雙線偏振的關(guān)鍵參數(shù)精準度與其獲得的回波新造之間為正比關(guān)系。也就證明了其性能良好。而此雷達通過退模糊的技術(shù)與手段，可以實現(xiàn)大功率的發(fā)展，進而提升改善回波的信噪比。在雙線偏振參數(shù)的測量中，如果其被測量的對象與其他類型的條件一致，而多普勒天氣雷達探測的回波新造要相對較高。而因為X波段雷達單程的衰減率以及其自身的差分衰減率相對于S波段、C波段的雷達來說其衰減要大，這樣即便是在小雨的狀態(tài)之下，其接受的功率也會會出現(xiàn)大幅度的下降，這樣就會影響雷達的反射率以及差分反射率的質(zhì)量。

3 全固態(tài)雙線偏振多普勒天氣雷達系統(tǒng)脈壓工作模式

可以通過脈沖壓縮的凡是獲得長脈沖雷達系統(tǒng)的實際遠觀測距離，也可以有效的保持窄脈沖雷達的距離分辨率。在現(xiàn)階段雷達系統(tǒng)中主要應用的脈沖壓縮主要有線性調(diào)頻脈沖、非線性調(diào)頻脈沖、頻率編碼脈沖以及相位編碼脈沖幾種類型。其中線性調(diào)頻脈沖、非線性調(diào)頻脈沖、頻率編碼脈沖屬于調(diào)頻脈沖壓縮信號類型，可以利用頻率調(diào)制的方式對其進行非線性的相位調(diào)制。這樣就可以獲得相對較大的時寬以及帶寬。

而線性調(diào)頻信號在利用匹配濾波器處理之中，其輸出的壓縮脈沖與函數(shù)sine（ ）的形狀較為相似。而最大的旁瓣以及主瓣中的電平會存在不同程度的衰減，這樣就會導致在多目標的環(huán)境中導致出現(xiàn)目標丟失的問題。在實踐中，為了增強多目標分辨能力，可以通過加權(quán)技術(shù)對其進行處理與控制。

4 全固態(tài)雙線偏振多普勒天氣雷達系統(tǒng)窄脈沖補盲

要想提升雷達的探測距離，可以綜合固態(tài)發(fā)射大氣雷達的實際工作原理以及大氣探測的具體要求合理設(shè)計。其中款脈沖發(fā)射的時候，雷達的最近的作用距離要高于6千米。綜合分析雷達補發(fā)窄脈沖，通過雷達自己保障其作用距離，而通過窄脈沖綜合發(fā)射進行近距離的補盲處理，這樣就可以獲得其最近作用的距離以及最遠作用的距離。

在對其進行補盲然后，然后通過觀測可以發(fā)現(xiàn)，窄脈沖的回波強度要低寬脈沖，而出現(xiàn)此種問題主要就是因為發(fā)射脈沖脈壓以及其不同能量的影響。因此，必須要對窄脈沖的回撥區(qū)域進行補償處理，在對其拼接的位置進行平滑性的處理，這樣就可以提升雷達回波圖的連貫性。

5 結(jié)束語

通過對全固態(tài)雙線偏振多普勒天氣雷達系統(tǒng)設(shè)計的分析，對相關(guān)技術(shù)指標進行分析，了解關(guān)鍵技術(shù)手段可以提升其性能指標。全固態(tài)雙線偏振多普勒天氣雷達可以獲得更為精準、穩(wěn)定的測量信息數(shù)據(jù);同時全固態(tài)雙線偏振多普勒天氣雷達在野外作業(yè)以及精細化的觀測分析，應急機動方面的能力也顯著提升。而銜接對在進行全固態(tài)雙線偏振多普勒天氣雷達系統(tǒng)設(shè)計過程中，還必須要對其進行深入的拓展，要加強對全固態(tài)雙線偏振多普勒天氣雷達系統(tǒng)的標定以及校準處理，要訂正雙線偏振測量數(shù)據(jù)的精、加強對探測資料質(zhì)量的控制等等，必須要綜合國內(nèi)外先進的理念，合理設(shè)計。

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