一種基于全數(shù)字陣列的有源相控陣天氣雷達(dá)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于全數(shù)字陣列的有源相控陣天氣雷達(dá)系統(tǒng)，包括用于發(fā)射波束、接收波束以及對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的信號(hào)處理機(jī)，信號(hào)處理機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分別與監(jiān)控終端、產(chǎn)品終端雙向通訊，信號(hào)處理機(jī)通過(guò)第一光纖與第一高速大容量波分復(fù)用光纖通信機(jī)相連，第一高速大容量波分復(fù)用光纖通信機(jī)通過(guò)第二光纖與第二高速大容量波分復(fù)用光纖通信機(jī)相連，匯流環(huán)套設(shè)在第二光纖上，第二高速大容量波分復(fù)用光纖通信機(jī)分別與校正分機(jī)、全數(shù)字陣列模塊雙向通訊，全數(shù)字陣列模塊通過(guò)校正網(wǎng)絡(luò)與天線陣列相連。本實(shí)用新型采用分布式收發(fā)組件，提高了雷達(dá)的工作可靠性；采用電掃描波束靈活可變、接收同時(shí)多波束，掃描速度快，可實(shí)現(xiàn)多種工作模式工作，時(shí)空分辨率高。
【專利說(shuō)明】一種基于全數(shù)字陣列的有源相控陣天氣雷達(dá)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及相控陣天氣雷達(dá)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種基于全數(shù)字陣列的有源相控陣天氣雷達(dá)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]在人們探測(cè)自己賴以生存的地球大氣的各種方式中，天氣雷達(dá)占有十分重要的地位，相對(duì)于其它探測(cè)手段，天氣雷達(dá)具有高的時(shí)空分辨率，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的對(duì)災(zāi)害性天氣進(jìn)行探測(cè)，特別是在中小尺度災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)等方面是十分有效的觀測(cè)工具。
[0003]我國(guó)目前已經(jīng)布網(wǎng)的新一代天氣雷達(dá)大大提高了對(duì)災(zāi)害性天氣的監(jiān)測(cè)和預(yù)警能力，能夠定量探測(cè)降雨回波強(qiáng)度、徑向速度、速度譜寬等信息，以其高時(shí)空分辨率、及時(shí)準(zhǔn)確的遙感探測(cè)能力成為災(zāi)害性天氣，特別是中尺度災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警等方面極為有效的工具。但是由于對(duì)流天氣現(xiàn)象的變化是很快的，對(duì)流單體的發(fā)展時(shí)間尺度有些時(shí)候就幾分鐘到十幾分鐘，尤其對(duì)于風(fēng)暴等強(qiáng)對(duì)流單體，幾分鐘單體情況就可能發(fā)生很大的變化。目前多普勒氣象雷達(dá)還有待提高實(shí)現(xiàn)對(duì)小尺度，時(shí)間持續(xù)短變化快而造成較大危害的天氣現(xiàn)象進(jìn)行有效觀測(cè)，其主要原因是雷達(dá)探測(cè)周期長(zhǎng)、雷達(dá)探測(cè)時(shí)間分辨率低。
[0004]我國(guó)目前有關(guān)的相控陣天氣雷達(dá)的研究尚處于起步階段。由于相控陣?yán)走_(dá)的掃描體制不同于常規(guī)雷達(dá)，相控陣天氣雷達(dá)的快速掃描能夠使我們對(duì)中小尺度天氣過(guò)程發(fā)生、發(fā)展以及三維立體結(jié)構(gòu)和動(dòng)力結(jié)構(gòu)有更好的了解。因此，可以肯定相控陣技術(shù)是未來(lái)天氣雷達(dá)發(fā)展的一個(gè)重要的方向，對(duì)于全數(shù)字陣列的相控陣技術(shù)應(yīng)用于天氣雷達(dá)的實(shí)現(xiàn)方法的研究也有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有天線波束快速掃描能力、空間功率合成能力和多波束形成能力的基于全數(shù)字陣列的有源相控陣天氣雷達(dá)系統(tǒng)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案:一種基于全數(shù)字陣列的有源相控陣天氣雷達(dá)系統(tǒng)，包括用于發(fā)射波束、接收波束以及對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的信號(hào)處理機(jī)，信號(hào)處理機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分別與監(jiān)控終端、產(chǎn)品終端雙向通訊，信號(hào)處理機(jī)通過(guò)第一光纖與第一高速大容量波分復(fù)用光纖通信機(jī)相連，第一高速大容量波分復(fù)用光纖通信機(jī)通過(guò)第二光纖與第二高速大容量波分復(fù)用光纖通信機(jī)相連，匯流環(huán)套設(shè)在第二光纖上，第二高速大容量波分復(fù)用光纖通信機(jī)分別與校正分機(jī)、全數(shù)字陣列模塊雙向通訊，全數(shù)字陣列模塊通過(guò)校正網(wǎng)絡(luò)與天線陣列相連，頻率源分別向全數(shù)字陣列模塊、信號(hào)處理機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出端分別與匯流環(huán)、天線陣列相連。
[0007]所述信號(hào)處理機(jī)由數(shù)字波束形成單元和多普勒氣象信號(hào)處理器組成，所述多普勒氣象信號(hào)處理器由脈沖壓縮單元、FFT變換單元、頻域?yàn)V波單元、IIR濾波單元、DVIP單元和數(shù)據(jù)格式化單元組成，數(shù)字波束形成單元與第一光纖雙向通訊，數(shù)字波束形成單元分兩路輸出，一路直接與監(jiān)控終端相連，另一路與脈沖壓縮單元的輸入端相連，脈沖壓縮單元的輸出端分別與FFT變換單元、IIR濾波單元的輸入端相連，F(xiàn)FT變換單元與頻域?yàn)V波單元串聯(lián)，IIR濾波單元與DVIP單元串聯(lián)，頻域?yàn)V波單元、DVIP單元的輸出端均與數(shù)據(jù)格式化單元的輸入端相連，數(shù)據(jù)格式化單元的輸出端與產(chǎn)品終端的輸入端相連。
[0008]所述全數(shù)字陣列模塊由8個(gè)數(shù)字陣列模塊單元組成，每個(gè)數(shù)字陣列模塊單元由16個(gè)全數(shù)字收發(fā)組件組成，所述全數(shù)字收發(fā)組件包括波形產(chǎn)生電路，其輸出端依次與第一放大濾波電路、接收第二本振信號(hào)的第一上變頻、第二放大濾波電路、接收第一本振信號(hào)的第二上變頻、第一濾波器、功率放大器相連，功率放大器的輸出端與環(huán)形器的輸入端相連，環(huán)形器與天線陣列雙向通訊，環(huán)形器的輸出端依次與隔離限幅低噪放大器、第二濾波器、接收第一本振信號(hào)的第一下變頻、第三放大濾波電路、接收第二本振信號(hào)的第二下變頻、第四放大濾波電路相連，第四放大濾波電路的輸出端與數(shù)字接收機(jī)的輸入端相連。
[0009]所述頻率源包括10MHz晶振，其輸出端分別與第一鎖相環(huán)、第二鎖相環(huán)和基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路的輸入端相連，第一鎖相環(huán)的輸出端與倍頻器的輸入端相連，倍頻器輸出第一本振信號(hào)至第一 1:8功分器的輸入端，第一 1:8功分器的輸出端與全數(shù)字陣列模塊相連;第二鎖相環(huán)的輸出端輸出第二本振信號(hào)至第二 1:8功分器的輸入端,第二 1:8功分器的輸出端與全數(shù)字陣列模塊相連；所述基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路通過(guò)功分網(wǎng)絡(luò)輸出時(shí)鐘信號(hào)分別至全數(shù)字陣列模塊、信號(hào)處理機(jī)。
[0010]所述校正網(wǎng)絡(luò)由主饋線和128個(gè)雙定向耦合器組成，主饋線采用波導(dǎo)，校正網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)整體與組成天線陣列的128根天線之間通過(guò)法蘭連接。
[0011]所述天線陣列所傳輸?shù)牟ㄊ盘?hào)以波導(dǎo)窄邊開傾斜縫的行波陣的形式傳輸，天線陣列采用裂縫波導(dǎo)線陣。
[0012]所述校正分機(jī)由數(shù)控衰減器和校正收發(fā)組件組成，數(shù)控衰減器與校正收發(fā)組件之間雙向通訊，數(shù)控衰減器與校正網(wǎng)絡(luò)相連，校正收發(fā)組件與信號(hào)處理機(jī)雙向通訊。
[0013]由上述技術(shù)方案可知，本本實(shí)用新型采用分布式收發(fā)組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單發(fā)射機(jī)單接收機(jī)結(jié)構(gòu)，提高了雷達(dá)的工作可靠性，降低了雷達(dá)的全壽命周期成本；高性能、高可靠、高機(jī)動(dòng)，采用電掃代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械掃描，波束靈活可變、接收同時(shí)多波束，掃描速度快，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多種工作模式工作，可以將一個(gè)體掃時(shí)間從6分鐘時(shí)間縮短為I分鐘以內(nèi)，時(shí)空分辨率高；采用了有源數(shù)字TR組件，收發(fā)DBF體制，波束控制靈活，針對(duì)不同類型的天氣目標(biāo)使用不同的工作模式，對(duì)不同陣地、不同目標(biāo)觀測(cè)需求適應(yīng)性強(qiáng)；該雷達(dá)基于先進(jìn)的數(shù)字陣列體制，采用超低副瓣波導(dǎo)裂縫平面陣列天線、直接數(shù)字合成(DDS)波形產(chǎn)生、數(shù)字脈沖壓縮、快速架設(shè)/拆收、網(wǎng)絡(luò)化終端等先進(jìn)技術(shù)；雷達(dá)自動(dòng)化程度高，采用自動(dòng)定北和電動(dòng)調(diào)平技術(shù)，架拆時(shí)間短；雷達(dá)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍大，同時(shí)，機(jī)內(nèi)標(biāo)定設(shè)備實(shí)施自動(dòng)標(biāo)定可以確保系統(tǒng)定量測(cè)量的準(zhǔn)確度；體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)饋線網(wǎng)絡(luò)電纜連接，不僅適用于車載平臺(tái)，還可以擴(kuò)展至多種工作平臺(tái)，如機(jī)載平臺(tái)、氣球浮空平臺(tái)等。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)電路框圖。
[0015]圖2、3、4分別為圖1中的全數(shù)字收發(fā)組件、信號(hào)處理機(jī)、頻率源的電路框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]一種基于全數(shù)字陣列的有源相控陣天氣雷達(dá)系統(tǒng)，包括用于發(fā)射波束、接收波束以及對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的信號(hào)處理機(jī)1，信號(hào)處理機(jī)I通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分別與監(jiān)控終端、產(chǎn)品終端雙向通訊，信號(hào)處理機(jī)I通過(guò)第一光纖與第一高速大容量波分復(fù)用光纖通信機(jī)相連，第一高速大容量波分復(fù)用光纖通信機(jī)通過(guò)第二光纖與第二高速大容量波分復(fù)用光纖通信機(jī)相連，匯流環(huán)套設(shè)在第二光纖上，第二高速大容量波分復(fù)用光纖通信機(jī)分別與校正分機(jī)2、全數(shù)字陣列模塊3雙向通訊，全數(shù)字陣列模塊3通過(guò)校正網(wǎng)絡(luò)4與天線陣列5相連，頻率源6分別向全數(shù)字陣列模塊3、信號(hào)處理機(jī)I提供時(shí)鐘信號(hào)，伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出端分別與匯流環(huán)、天線陣列5相連，如圖1所示。數(shù)據(jù)處理終端由監(jiān)控終端和產(chǎn)品終端兩部分組成，完成以下主要功能:雷達(dá)控制、數(shù)據(jù)采集、雷達(dá)數(shù)據(jù)處理、產(chǎn)品生成、產(chǎn)品存檔和回顯、系統(tǒng)監(jiān)控，系統(tǒng)具有對(duì)外網(wǎng)絡(luò)通信的能力，能夠?qū)崿F(xiàn)多波束顯示。
[0017]如圖1所示，所述校正網(wǎng)絡(luò)4由主饋線42和128個(gè)雙定向耦合器41組成，主饋線42采用波導(dǎo)，校正網(wǎng)絡(luò)4作為一個(gè)整體與組成天線陣列5的128根天線51之間通過(guò)法蘭連接。所述天線陣列5所傳輸?shù)牟ㄊ盘?hào)以波導(dǎo)窄邊開傾斜縫的行波陣的形式傳輸，天線陣列5采用裂縫波導(dǎo)線陣。發(fā)射信號(hào)時(shí)，全數(shù)字收發(fā)組件31將激勵(lì)信號(hào)移相、上變頻、放大饋送到波導(dǎo)陣輸入端，裂縫波導(dǎo)線陣將射頻信號(hào)輻射到空間形成所需要的發(fā)射波束，接收時(shí)，裂縫波導(dǎo)線陣將接收到目標(biāo)回波信號(hào)送入其后的全數(shù)字收發(fā)組件31，全數(shù)字收發(fā)組件31輸出的數(shù)字信號(hào)送入數(shù)字波束形成單元11形成所需的接收波束。所述校正分機(jī)2由數(shù)控衰減器和校正收發(fā)組件組成，數(shù)控衰減器與校正收發(fā)組件之間雙向通訊，數(shù)控衰減器與校正網(wǎng)絡(luò)4相連，校正收發(fā)組件與信號(hào)處理機(jī)I雙向通訊。
[0018]如圖2所示，所述全數(shù)字陣列模塊3由8個(gè)數(shù)字陣列模塊單元組成，每個(gè)數(shù)字陣列模塊單元由16個(gè)全數(shù)字收發(fā)組件31組成，所述全數(shù)字收發(fā)組件31包括波形產(chǎn)生電路，其輸出端依次與第一放大濾波電路、接收第二本振信號(hào)的第一上變頻、第二放大濾波電路、接收第一本振信號(hào)的第二上變頻、第一濾波器、功率放大器相連，功率放大器的輸出端與環(huán)形器的輸入端相連，環(huán)形器與天線陣列5雙向通訊，環(huán)形器的輸出端依次與隔離限幅低噪放大器、第二濾波器、接收第一本振信號(hào)的第一下變頻、第三放大濾波電路、接收第二本振信號(hào)的第二下變頻、第四放大濾波電路相連，第四放大濾波電路的輸出端與數(shù)字接收機(jī)的輸入端相連。數(shù)字陣列模塊單元包括16個(gè)相同的收發(fā)通道，每個(gè)收發(fā)通道具有單獨(dú)收發(fā)功能；全數(shù)字收發(fā)組件31將激勵(lì)信號(hào)移相、上變頻、放大饋入到波導(dǎo)陣輸入端，裂縫波導(dǎo)線陣將射頻信號(hào)輻射到空間形成所需要的發(fā)射波束，裂縫波導(dǎo)線陣接收到目標(biāo)回波信號(hào)后送入其后的全數(shù)字收發(fā)組件31，全數(shù)字收發(fā)組件31輸出的數(shù)字信號(hào)送入數(shù)字波束形成單元11形成所需的接收波束。通過(guò)控制全數(shù)字收發(fā)組件31中波形產(chǎn)生電路DDS的相應(yīng)參數(shù)，就可實(shí)現(xiàn)垂直面賦形和各種一維相掃，從而實(shí)現(xiàn)該雷達(dá)多種工作模式。
[0019]圖2分上下兩個(gè)通道，在發(fā)射信號(hào)時(shí)，先由下通道的波形產(chǎn)生電路產(chǎn)生50MHz中頻信號(hào)，經(jīng)第一放大濾波電路放大濾波，與1.22GHz的第二本振混頻經(jīng)第一上變頻變頻成1.27GHz的一中頻信號(hào)，一中頻信號(hào)再經(jīng)第二放大濾波電路進(jìn)行放大濾波后，與8.1GHz的第一本振信號(hào)混頻第二上變頻為9.37GHz的射頻信號(hào)，射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)第一濾波器濾波再經(jīng)過(guò)功率放大器放大通過(guò)環(huán)行器到達(dá)天線陣列5，通過(guò)天線陣列5將9.37GHz的射頻信號(hào)輻射到空間。在接收信號(hào)時(shí)，天線陣列5將目標(biāo)反射的電磁波信號(hào)接收下來(lái)，通過(guò)環(huán)行器送給上面通道的隔離限幅低噪放大器，經(jīng)第二濾波器濾波與8.1GHz的第一本振混頻第一下變頻為1.27G H z的一中頻信號(hào)，一中頻信號(hào)經(jīng)第三放大濾波電路濾波后，與1.22GHz的第二本振混頻第二下變頻為50MHz的二中頻信號(hào)，二中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)中頻的數(shù)字接收機(jī)轉(zhuǎn)換為離散的I/Q信號(hào)，輸出給下一級(jí)設(shè)備。
[0020]如圖3所示，所述信號(hào)處理機(jī)I由數(shù)字波束形成單元11和多普勒氣象信號(hào)處理器12組成，所述多普勒氣象信號(hào)處理器12由脈沖壓縮單元、FFT變換單元、頻域?yàn)V波單元、IIR濾波單元、DVIP單元和數(shù)據(jù)格式化單元組成，數(shù)字波束形成單元11與第一光纖雙向通訊，數(shù)字波束形成單元11分兩路輸出，一路直接與監(jiān)控終端相連，另一路與脈沖壓縮單元的輸入端相連，脈沖壓縮單元的輸出端分別與FFT變換單元、IIR濾波單元的輸入端相連，F(xiàn)FT變換單元與頻域?yàn)V波單元串聯(lián)，IIR濾波單元與DVIP單元串聯(lián)，頻域?yàn)V波單元、DVIP單元的輸出端均與數(shù)據(jù)格式化單元的輸入端相連，數(shù)據(jù)格式化單元的輸出端與產(chǎn)品終端的輸入端相連。
[0021 ] 如圖3所示，首先將圖2中DAM的數(shù)字接收機(jī)送出的I/Q信號(hào)進(jìn)行DBF數(shù)字波束形成，DBF后的數(shù)據(jù)分兩路，一路為原始數(shù)據(jù)直接送給監(jiān)控終端進(jìn)行存儲(chǔ)，另一路先進(jìn)行脈沖壓縮，對(duì)經(jīng)過(guò)脈壓的信號(hào)分別進(jìn)行兩種處理，第一種為快速傅里葉變換FFT，將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，對(duì)頻域信號(hào)進(jìn)行譜濾波，然后對(duì)譜進(jìn)行譜處理得出譜的強(qiáng)度、速度和譜寬；第二種為直接對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行IIR濾波，然后進(jìn)行DVIP視頻積分處理，直接求出信號(hào)的強(qiáng)度；這兩種處理的結(jié)果經(jīng)數(shù)據(jù)格式化經(jīng)網(wǎng)線送給產(chǎn)品終端。
[0022]如圖4所示，所述頻率源6包括10MHz晶振，其輸出端分別與第一鎖相環(huán)、第二鎖相環(huán)和基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路的輸入端相連，第一鎖相環(huán)的輸出端與倍頻器的輸入端相連，倍頻器輸出第一本振信號(hào)至第一 1:8功分器的輸入端，第一 1:8功分器的輸出端與全數(shù)字陣列模塊3相連；第二鎖相環(huán)的輸出端輸出第二本振信號(hào)至第二 1:8功分器的輸入端,第二1:8功分器的輸出端與全數(shù)字陣列模塊3相連；所述基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路通過(guò)功分網(wǎng)絡(luò)輸出時(shí)鐘信號(hào)分別至全數(shù)字陣列模塊3、信號(hào)處理機(jī)I。頻率源6主要為全數(shù)字陣列模塊3提供第一本振信號(hào)、第二本振信號(hào)、數(shù)字接收機(jī)和波形產(chǎn)生電路所需的采樣時(shí)鐘和工作時(shí)鐘。第一本振信號(hào)8.1GHz，第二本振信號(hào)1.22GHz，系統(tǒng)基準(zhǔn)時(shí)鐘20MHz，AD采樣時(shí)鐘40MHz，波形產(chǎn)生時(shí)鐘400MHz，同時(shí)必須保證每個(gè)數(shù)字陣列模塊單元的20MHz工作時(shí)鐘相干且每次開機(jī)相位保持一致。
[0023]如圖4所示，頻率源6為整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)序和時(shí)鐘，為了保證信號(hào)時(shí)序嚴(yán)格相參，雷達(dá)所有的時(shí)序都是由同一個(gè)10MHz晶振產(chǎn)生的，頻率源6主要產(chǎn)生兩種信號(hào):第一種是本振信號(hào)，分為8路第一本振信號(hào)和8路第二本振信號(hào)分別送給8個(gè)DAM ;第二種為基準(zhǔn)信號(hào)，分別送往DDS，即波形產(chǎn)生電路，作為DDS的工作時(shí)鐘，送給數(shù)字接收機(jī)的A/D采樣電路作為A/D采樣的采樣時(shí)鐘，以及信號(hào)處理機(jī)I的分系統(tǒng)的基準(zhǔn)時(shí)鐘。
[0024]以下結(jié)合圖1、2、3、4對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
[0025]有源相控陣意指輻射能量的產(chǎn)生(源)是在陣面上，采用的是有源T/R組件。輻射功率在T/R組件內(nèi)產(chǎn)生，眾多單元獨(dú)立產(chǎn)生彼此相位規(guī)律分布的功率信號(hào)在空間相干合成，產(chǎn)生定向波束。
[0026]在工作時(shí)，任務(wù)計(jì)算機(jī)，即監(jiān)控終端根據(jù)探測(cè)需求的工作模式將控制信號(hào)及工作參數(shù)送數(shù)字波束形成單元11，即DBF,數(shù)字波束形成單元11的功能包括發(fā)射波束控制與接收波束形成；在發(fā)射波束形成時(shí)，數(shù)字波束形成單元11通過(guò)第一、二光纖以及第一、二高速大容量波分復(fù)用光纖通信機(jī)和匯流環(huán)送控制字到全數(shù)字陣列模塊3，全數(shù)字陣列模塊3通過(guò)波形產(chǎn)生電路，即DDS，實(shí)現(xiàn)發(fā)射移相，產(chǎn)生一定頻率、相位的中頻信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)上變頻、射頻放大輸出至對(duì)應(yīng)的天線51，各陣元輻射信號(hào)在空間合成所需要的發(fā)射波束。在接收波束形成時(shí)，天線51各陣元接收的信號(hào)輸出至全數(shù)字陣列模塊3，128路接收通道將接收的信號(hào)經(jīng)過(guò)下變頻、DDC處理后輸出I/Q回波信號(hào)，DDC處理主要由數(shù)字接收機(jī)完成，I/Q信號(hào)通過(guò)第一、二高速大容量波分復(fù)用光纖通信機(jī)和匯流環(huán)傳輸至方艙內(nèi)的信號(hào)處理機(jī)I ;實(shí)時(shí)信號(hào)處理機(jī)I完成自適應(yīng)波束形成(DBF)和多普勒信號(hào)處理等；系統(tǒng)可以靈活地實(shí)現(xiàn)相控陣?yán)走_(dá)多種工作模式。信號(hào)處理機(jī)I的計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)格式化，原始數(shù)據(jù)輸出至產(chǎn)品終端，產(chǎn)品終端根據(jù)信號(hào)處理機(jī)I送入的原始數(shù)據(jù)完成氣象產(chǎn)品生成與顯示。信號(hào)傳輸基本上是數(shù)字信號(hào)，系統(tǒng)非常穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)的功能可以根據(jù)需要重組。
[0027]綜上所述，本實(shí)用新型降低了相控陣?yán)走_(dá)復(fù)雜饋線系統(tǒng)的收、發(fā)網(wǎng)絡(luò)損耗；因?yàn)楣β视纱罅糠植吉?dú)立單元產(chǎn)生空間相干合成，故可得很高的天線輻射總功率；降低了饋線系統(tǒng)耐功率要求，簡(jiǎn)化饋線系統(tǒng)設(shè)計(jì)；具有高的系統(tǒng)任務(wù)可靠性，壞幾個(gè)輻射單元對(duì)系統(tǒng)工作幾乎沒(méi)有影響；產(chǎn)品組成是大數(shù)量、分布式，以利標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)、批量生產(chǎn)和降低成本；方便光纖、光電子技術(shù)結(jié)合；實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化和自適應(yīng)工作，即所謂的“軟件無(wú)線電”技術(shù)；獲得更1?動(dòng)態(tài)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于全數(shù)字陣列的有源相控陣天氣雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于:包括用于發(fā)射波束、接收波束以及對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的信號(hào)處理機(jī)(1),信號(hào)處理機(jī)(1)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分別與監(jiān)控終端、產(chǎn)品終端雙向通訊，信號(hào)處理機(jī)(1)通過(guò)第一光纖與第一高速大容量波分復(fù)用光纖通信機(jī)相連，第一高速大容量波分復(fù)用光纖通信機(jī)通過(guò)第二光纖與第二高速大容量波分復(fù)用光纖通信機(jī)相連，匯流環(huán)套設(shè)在第二光纖上，第二高速大容量波分復(fù)用光纖通信機(jī)分別與校正分機(jī)(2 )、全數(shù)字陣列模塊(3 )雙向通訊，全數(shù)字陣列模塊(3 )通過(guò)校正網(wǎng)絡(luò)(4 )與天線陣列(5)相連，頻率源(6)分別向全數(shù)字陣列模塊(3).信號(hào)處理機(jī)(1)提供時(shí)鐘信號(hào)，伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出端分別與匯流環(huán)、天線陣列(5)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全數(shù)字陣列的有源相控陣天氣雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于:所述信號(hào)處理機(jī)(1)由數(shù)字波束形成單元(11)和多普勒氣象信號(hào)處理器(12)組成，所述多普勒氣象信號(hào)處理器(12)由脈沖壓縮單元、叩I'變換單元、頻域?yàn)V波單元、11卩濾波單元、1^1？單元和數(shù)據(jù)格式化單元組成，數(shù)字波束形成單元(11)與第一光纖雙向通訊，數(shù)字波束形成單元(11)分兩路輸出，一路直接與監(jiān)控終端相連，另一路與脈沖壓縮單元的輸入端相連，脈沖壓縮單元的輸出端分別與叩I變換單元、III？濾波單元的輸入端相連，叩I變換單元與頻域?yàn)V波單元串聯(lián)，III？濾波單元與—1？單元串聯(lián)，頻域?yàn)V波單元、071？單元的輸出端均與數(shù)據(jù)格式化單元的輸入端相連，數(shù)據(jù)格式化單元的輸出端與產(chǎn)品終端的輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全數(shù)字陣列的有源相控陣天氣雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于:所述全數(shù)字陣列模塊(3)由8個(gè)數(shù)字陣列模塊單元組成，每個(gè)數(shù)字陣列模塊單元由16個(gè)全數(shù)字收發(fā)組件(31)組成，所述全數(shù)字收發(fā)組件(31)包括波形產(chǎn)生電路，其輸出端依次與第一放大濾波電路、接收第二本振信號(hào)的第一上變頻、第二放大濾波電路、接收第一本振信號(hào)的第二上變頻、第一濾波器、功率放大器相連，功率放大器的輸出端與環(huán)形器的輸入端相連，環(huán)形器與天線陣列(5)雙向通訊，環(huán)形器的輸出端依次與隔離限幅低噪放大器、第二濾波器、接收第一本振信號(hào)的第一下變頻、第三放大濾波電路、接收第二本振信號(hào)的第二下變頻、第四放大濾波電路相連，第四放大濾波電路的輸出端與數(shù)字接收機(jī)的輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全數(shù)字陣列的有源相控陣天氣雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于:所述頻率源(6)包括1001取晶振，其輸出端分別與第一鎖相環(huán)、第二鎖相環(huán)和基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路的輸入端相連，第一鎖相環(huán)的輸出端與倍頻器的輸入端相連，倍頻器輸出第一本振信號(hào)至第一 1:8功分器的輸入端，第一 1:8功分器的輸出端與全數(shù)字陣列模塊(3)相連；第二鎖相環(huán)的輸出端輸出第二本振信號(hào)至第二 1:8功分器的輸入端，第二 1:8功分器的輸出端與全數(shù)字陣列模塊(3)相連；所述基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路通過(guò)功分網(wǎng)絡(luò)輸出時(shí)鐘信號(hào)分別至全數(shù)字陣列模塊(3 )、信號(hào)處理機(jī)(1^
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全數(shù)字陣列的有源相控陣天氣雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于:所述校正網(wǎng)絡(luò)(4)由主饋線(42)和128個(gè)雙定向耦合器(41)組成，主饋線(42)采用波導(dǎo)，校正網(wǎng)絡(luò)(4)作為一個(gè)整體與組成天線陣列(5)的128根天線(51)之間通過(guò)法蘭連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全數(shù)字陣列的有源相控陣天氣雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于:所述天線陣列(5)所傳輸?shù)牟ㄊ盘?hào)以波導(dǎo)窄邊開傾斜縫的行波陣的形式傳輸，天線陣列(5)采用裂縫波導(dǎo)線陣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全數(shù)字陣列的有源相控陣天氣雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于:所述校正分機(jī)(2)由數(shù)控衰減器和校正收發(fā)組件組成，數(shù)控衰減器與校正收發(fā)組件之間雙 向通訊，數(shù)控衰減器與校正網(wǎng)絡(luò)(4)相連，校正收發(fā)組件與信號(hào)處理機(jī)(1)雙向通訊。
【文檔編號(hào)】G01S13/95GK204177963SQ201420682247
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月15日
【發(fā)明者】汪旭東, 卞真穩(wěn), 劉琦 申請(qǐng)人:安徽四創(chuàng)電子股份有限公司