本发明涉及一种x波段气象雷达，特别是一种轻量型一体化x波段气象雷达结构。
背景技术：
x波段气象雷达以其特有的对小尺度气象系统的探测能力及其工作波长特性，在小区域降水、雹云、龙卷、气旋等小尺度强对流气象监测方面有其独特的作用。主要用于人工影响气象、气象防灾减灾、应急气象保障和科学试验等。
然而，目前国内传统x波段气象雷达结构设计较为单一，还存在着如下不足：
1、转台复杂，重量较重，功耗较大：传统x波段气象雷达结构为考虑抗风及防水等环境因素，增加了金属铸件厚度，从而导致整机重量上升，伺服驱动功率上升，整机功耗上升。
2、维护复杂：传统x波段气象雷达维护时，一方面需要从外至内依次拆卸才能替换故障件，二是模块化程度不高，出现故障时在现场需器件级进行排查测试。
3、运行模式单一：传统x波段气象雷达运行模式受应用场景和结构设计限制，只能实现俯仰角度0-90°转动。因为结构越重，重心偏向，翻过顶时对俯仰齿轮造成反向冲击造成齿轮失步，给伺服电机带来角度误差。
雷达过顶扫可以使雷达快速转向相反方向，缩短探测时间，从而增加对快变灾害性天气的预警预报时间，另外在航空气象上，需要在跑道及两边延长线上进行预报预警，故传统x波段气象雷达不满足航空气象、科研等领域。另外，随着x波段气象雷达技术不断发展以及应用场景越来越复杂，无人值守功能需求越来越紧迫，x波段气象雷达对于环境适应性和功耗要求也逐渐增加，这就对x波段气象雷达结构提出更高的要求。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种轻量型一体化x波段气象雷达结构，该轻量型一体化x波段气象雷达结构环境适应性强、重量轻、功耗低、易维护、运行模式多样。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种轻量型一体化x波段气象雷达结构，包括底座、罩体、方位调节机构、俯仰调节机构和雷达天线。
罩体包括散热底罩和天线罩。散热底罩同轴套设在底座外周，天线罩与散热底罩密封可拆卸连接，内部形成密封腔体。方位调节机构、俯仰调节机构和雷达天线均位于密封腔体内。
方位调节机构包括转动平台、方位伺服电机和方位编码器。转动平台同轴且转动安装在底座顶部，方位伺服电机用于驱动转动平台进行360°的周向转动。方位编码器用于检测转动平台或雷达天线的转动方位。
俯仰调节机构包括转台支架、俯仰平台、转轴、俯仰伺服电机和俯仰编码器。
转动支架安装在转动平台顶部，转轴转动且呈水平状态安装在转台支架顶部，俯仰平台套装在转轴中部，且能随转轴转动。雷达天线安装在俯仰平台上。
俯仰伺服电机安装在转动支架上，用于驱动转轴转动。俯仰编码器安装在转动支架上，用于检测转轴的转动角度。
俯仰平台包括俯仰支架和天馈安装背板。俯仰支架上设置有若干个减重孔，俯仰支架包括底板和两块相互平行的竖向侧板，天馈安装背板连接安装在两块竖向侧板之间，雷达天线安装在天馈安装背板上。
俯仰支架还包括隔板。其中，底板上安装有信号处理单元，隔板上安装固态tr单元，固态tr单元和信号处理单元之间具有散热风道。
转台支架包括对称布设在转动平台顶部外边缘且相互平行的两块竖直板。每块竖直板上均设置有减重孔。
俯仰编码器包括俯仰编码器定子和俯仰编码器转子。俯仰调节机构中转轴的一端从其中一块竖直板穿出后，分别通过俯仰伺服联轴器和俯仰减速机与俯仰伺服电机相连接。转轴的另一端从俯仰支架穿出后，依次分别与俯仰转轴和俯仰编码器转子相连接，俯仰编码器定子套装在俯仰编码器转子外周，并与转台支架中另一块竖直板相连接。俯仰转轴或俯仰编码器转子与对应竖直板转动连接。
天线罩采用中空复合材料，该中空复合材料对x波段的透波率不低于95%，最大能抗10级平稳风，功率传输损耗不大于0.2db，波束偏移不大于0.02°，波束展宽不大于0.03°。
天线罩表面涂覆白色涂层和疏水层。
转动平台顶部通过回转支撑安装在底座顶部。方位伺服电机与方位减速机连接，方位减速机安装在转动平台中，方位减速机底部输出端安装有小齿轮，回转支撑具有与小齿轮相啮合的外齿。
方位调节机构还包括汇流环和中心轴，汇流环包括汇流环定子和汇流环转子。方位编码器包括方位编码器定子和方位编码器转子。中心轴的底端穿过转动平台后安装固定在散热底罩上，汇流环定子套装固定在中心轴中部，汇流环转子套装在汇流环定子外周。方位编码器定子套装固定在中心轴顶部，方位编码器转子套装在方位编码器定子外周。方位编码器转子和汇流环转子均通过动静转换支架与转动平台相连接。
本发明具有如下有益效果：
1、上述天线罩的设置，能有效的保护x波段气象雷达不受太阳紫外线辐射，避免天线形变及天线系统电参数变坏，使得雷达不受风、雨、冰、雪、盐雾、酸雨等的侵袭，保证雷达系统全天候工作，延长雷达系统的使用寿命。
2、由于采用了外置天线罩的形式，所以雷达各模块无需考虑密封及防水问题，也就是不要再用厚重密封金属腔体来保护，可大大降低金属部件的使用量，所有支架或底座均能采用镂空方式，大幅减轻设备质量，使雷达满足轻量化的使用要求。进一步，雷达轻量型一体化结构设计，降低腔体转台金属件使用量，从而可减小伺服系统对天线分系统、tr分系统、信号处理分系统等的驱动功率，使伺服系统工作均衡平稳且提高雷达的瞄准精度的同时，还降低了雷达整机功耗，降低雷达无人值守系统中供电系统的成本和技术难度，安全可靠、节能环保；
3、雷达模块化集成化程度较高，可实现快速拆解，易于制造，方便维护。
4、上述俯仰调节机构中的俯仰伺服电机可驱动俯仰支架做俯仰运动，角度为-2°-182°，从而能增加雷达天线探测范围，雷达能够实现过顶扫，满足一定的科研需求。
5、上述方位调节机构的设置，方位伺服电机可驱动转动平台做方位运动，角度为0°-360°，方位转速可达到10rpm，也即雷达方位转速快，对于中小尺度快变灾害性气象的探测与跟踪有着独一无二的优势，将产生的很高社会价值。
附图说明
图1显示了本发明一种轻量型一体化x波段气象雷达结构的正视图。
图2显示了本发明一种轻量型一体化x波段气象雷达结构的侧视图。
图3显示了图1中方位调节机构的放大示意图。
图4显示了本发明一种轻量型一体化x波段气象雷达结构（不含天线罩）的立体图。
图5显示了现有技术中x波段气象雷达俯仰调节时的重心位置示意图。
图6显示了本发明中一种轻量型一体化x波段气象雷达结构的重心位置示意图
其中有：1.底座；2.散热底罩；3.回转支撑；4.小齿轮；5.转动平台；6.方位减速机；7.方位伺服电机；8.天线罩；9.转台支架；10.俯仰编码器；101.俯仰编码器定子；102.俯仰编码器转子；11.俯仰编码器联轴器；12.俯仰转轴；13.天馈安装背板；14.转轴；15.俯仰伺服联轴器；16.俯仰减速机；17.俯仰伺服电机；18.方位编码器；181.方位编码器定子；182.方位编码器转子；19.方位联轴器；20.汇流环；201.汇流环转子；202.汇流环定子；21.散热装置；22.中心轴；23.雷达天线；24.俯仰支架；25.固态tr单元；26.信号处理单元；27.ac/dc电源；28.伺服驱动器；29.动静转换支架。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
如图1至图4所示，一种轻量型一体化x波段气象雷达结构，包括底座1、罩体、方位调节机构、俯仰调节机构和雷达天线23。
罩体包括散热底罩2和天线罩8。
散热底罩同轴套设在底座外周，优选采用铝合金框架，能增加散热面积。散热底罩上设置有散热装置21，散热装置21优选为防尘风扇或tec换热器等，从而能保证内外环境完全隔离，可用于环境相对恶劣的海边等地方，通过不断交换内外空气达到温差平衡效果，可用于外界环境相对较好的内陆地域。
天线罩与散热底罩密封可拆卸连接，优选通过弹簧搭扣连接，组成密封腔体，并能快速拆卸，方便维修。方位调节机构、俯仰调节机构和雷达天线均位于密封腔体内。也即本发明中各模块机构不是安装在单个金属密封腔体内，而是安装罩体内，当拆除天线罩后，将直接完全曝露在视觉可见范围内，方便了产品的检修。
天线罩的材料选择中空复合材料，中空复合材料优选由中空织物和树脂构成，中空织物采用高性能无碱玻璃纤维进行织造，夹心结构的基础是构成表层的经、纬纱和连续两个表层并形成芯部z向纤维，z向纤维空间形态为“8”字形确保复合成型后良好的力学稳定性及表面平整度，z向纤维在“毛细作用”效果下，自动浸润树脂，使织物自动成型到设计高度，复合材料的整体中空夹层结构，克服了传统蜂窝、泡沫芯材等夹层复合材料易分层、耐冲击性差的缺点，具备高比强度、刚性、韧性、耐腐蚀性，具备可靠的抗恶劣环境性能，能形成良好的密封空间以保护雷达免受恶劣环境影响。天线罩体设计应外观光滑，蒙皮无明显凹凸、贴补及毛刺等现象，天线罩表面涂覆白色涂层和疏水层，使防护等级具备ip65，能经受起长期的淋雨及海水冲洗。中空复合材料具备优异的透波电性能、结构力学性能，对x波段的透波率不低于95%，最大能抗10级平稳风，功率传输损耗不大于0.2db，波束偏移不大于0.02°，波束展宽不大于0.03°。天线罩必须密封防水、防盐雾、防霉菌，工作温度范围为-50°c~70°c；湿度范围为95%±5%，符合gjb150a-2009要求，表面涂覆疏水层材料，疏水性度不低于120°，以避免降水时罩面形成雨膜对x波段电磁波造成严重衰减。
当雷达工作时，由散热底部的散热装置21对罩体内空气进行降温，雷达天线23在内部空间旋转，使内部空气温差均衡。
方位调节机构包括转动平台5、方位伺服电机7、汇流环20、中心轴22和方位编码器18。
转动平台同轴且转动安装在底座顶部，转动平台顶部优选通过回转支撑3安装在底座顶部。也即回转支撑的内圈302套装在底座顶部，回转支撑的外圈设置有外齿301。
进一步，转动平台上还优选设置有ac/dc电源27和伺服驱动器28。其中，ac/dc电源为整个雷达结构提供交流或直流电源，伺服驱动器分别与方位伺服电机和俯仰伺服电机相连接。
方位伺服电机用于驱动转动平台进行360°的周向转动。方位伺服电机优选与方位减速机6连接，方位减速机安装在转动平台中，方位减速机底部输出端安装有小齿轮4，回转支撑的外齿与小齿轮相啮合。
上述中心轴的底端穿过转动平台后安装固定在散热底罩上。
方位编码器用于检测转动平台或雷达天线的转动方位，包括方位编码器定子182和方位编码器转子181。方位编码器定子套装固定在中心轴顶部，方位编码器转子套装在方位编码器定子外周。
上述汇流环包括汇流环定子202和汇流环转子201。汇流环定子套装固定在中心轴中部，汇流环转子套装在汇流环定子外周。
上述方位编码器转子和汇流环转子均优选通过动静转换支架29与转动平台相连接。
上述方位调节机构的设置，方位伺服电机可驱动转动平台做方位运动，角度为0°-360°，方位转速可达到10rpm，也即雷达方位转速快，对于中小尺度快变灾害性气象的探测与跟踪有着独一无二的优势，将产生的很高社会价值。
俯仰调节机构包括转台支架9、俯仰平台、转轴14、俯仰伺服电机17和俯仰编码器10。
转动支架安装在转动平台顶部，优选包括对称布设在转动平台顶部外边缘且相互平行的两块竖直板。每块竖直板上均优选设置有减重孔，也即镂空设置。
转轴转动且呈水平状态安装在转台支架顶部，俯仰平台套装在转轴中部，且能随转轴转动。雷达天线安装在俯仰平台上。
进一步，俯仰平台包括俯仰支架24和天馈安装背板13。俯仰支架上设置有若干个减重孔，俯仰支架包括底板、隔板和两块相互平行的竖向侧板，天馈安装背板连接安装在两块竖向侧板之间，雷达天线安装在天馈安装背板上。
上述底板上安装有信号处理单元26，隔板上安装固态tr单元25，固态tr单元和信号处理单元均为现有技术，这里不再赘述，两者之间具有散热风道。
俯仰伺服电机安装在转动支架上，用于驱动转轴转动。也即转轴的一端从其中一块竖直板穿出后，分别通过俯仰伺服联轴器15和俯仰减速机16与俯仰伺服电机相连接。
俯仰编码器安装在转动支架上，用于检测转轴的转动角度。
俯仰编码器包括俯仰编码器定子101和俯仰编码器转子102。
俯仰调节机构中转轴的另一端从俯仰支架穿出后，依次分别与俯仰转轴12、俯仰编码联轴器11和俯仰编码器转子相连接，俯仰编码器定子套装在俯仰编码器转子外周，并与转台支架中另一块竖直板相连接。俯仰转轴或俯仰编码器转子与对应竖直板转动连接。
本发明由于采用了外置天线罩形式，所以雷达各模块无需考虑密封及防水问题，也就是不要再用厚重密封金属腔体来保护，可大大降低金属部件的使用量，所有支架（包括转台支架、俯仰支架和动静转换支架等）和底座均可采用镂空方式，大幅减轻设备质量，使雷达满足轻量化的使用要求。
上述俯仰调节机构中的俯仰伺服电机可驱动俯仰支架做俯仰运动，角度为-2°-182°，从而能增加雷达天线探测范围，雷达能够实现过顶扫，满足一定的科研需求。
传统雷达由于天线较轻，如图5所示，俯仰腔体加内部收发机重量较重，在俯仰转动时无法保证重心在转动轴上，在过顶扫时，重心会左右转移，再加上外部风载对天线风载荷是不断变化，造成俯仰编码器传输的值产生波动，且必须选用较大保持扭矩电机。本发明由于减化了俯仰腔体为板载开放式，通过调整内部的收发机组等模块位置，保持俯仰转轴重量左右平衡。重心始终保持在转轴上，如图6所示，不但可选取小扭矩的电机，减少整机功耗，还保证了过顶时的平顺性和灵活性。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
1.一种轻量型一体化x波段气象雷达结构，其特征在于：包括底座、罩体、方位调节机构、俯仰调节机构和雷达天线；
罩体包括散热底罩和天线罩；散热底罩同轴套设在底座外周，天线罩与散热底罩密封可拆卸连接，内部形成密封腔体；方位调节机构、俯仰调节机构和雷达天线均位于密封腔体内；
方位调节机构包括转动平台、方位伺服电机和方位编码器；转动平台同轴且转动安装在底座顶部，方位伺服电机用于驱动转动平台进行360°的周向转动；方位编码器用于检测转动平台或雷达天线的转动方位；
俯仰调节机构包括转台支架、俯仰平台、转轴、俯仰伺服电机和俯仰编码器；
转动支架安装在转动平台顶部，转轴转动且呈水平状态安装在转台支架顶部，俯仰平台套装在转轴中部，且能随转轴转动；雷达天线安装在俯仰平台上；
俯仰伺服电机安装在转动支架上，用于驱动转轴转动；俯仰编码器安装在转动支架上，用于检测转轴的转动角度。
2.根据权利要求1所述的轻量型一体化x波段气象雷达结构，其特征在于：俯仰平台包括俯仰支架和天馈安装背板；俯仰支架上设置有若干个减重孔，俯仰支架包括底板和两块相互平行的竖向侧板，天馈安装背板连接安装在两块竖向侧板之间，雷达天线安装在天馈安装背板上。
3.根据权利要求2所述的轻量型一体化x波段气象雷达结构，其特征在于：俯仰支架还包括隔板；其中，底板上安装有信号处理单元，隔板上安装固态tr单元，固态tr单元和信号处理单元之间具有散热风道。
4.根据权利要求1所述的轻量型一体化x波段气象雷达结构，其特征在于：转台支架包括对称布设在转动平台顶部外边缘且相互平行的两块竖直板；每块竖直板上均设置有减重孔。
5.根据权利要求4所述的轻量型一体化x波段气象雷达结构，其特征在于：俯仰编码器包括俯仰编码器定子和俯仰编码器转子；俯仰调节机构中转轴的一端从其中一块竖直板穿出后，分别通过俯仰伺服联轴器和俯仰减速机与俯仰伺服电机相连接；转轴的另一端从俯仰支架穿出后，依次分别与俯仰转轴和俯仰编码器转子相连接，俯仰编码器定子套装在俯仰编码器转子外周，并与转台支架中另一块竖直板相连接；俯仰转轴或俯仰编码器转子与对应竖直板转动连接。
6.根据权利要求1所述的轻量型一体化x波段气象雷达结构，其特征在于：天线罩采用中空复合材料，该中空复合材料对x波段的透波率不低于95%，最大能抗10级平稳风，功率传输损耗不大于0.2db，波束偏移不大于0.02°，波束展宽不大于0.03°。
7.根据权利要求6所述的轻量型一体化x波段气象雷达结构，其特征在于：天线罩表面涂覆白色涂层和疏水层。
8.根据权利要求1所述的轻量型一体化x波段气象雷达结构，其特征在于：转动平台顶部通过回转支撑安装在底座顶部；方位伺服电机与方位减速机连接，方位减速机安装在转动平台中，方位减速机底部输出端安装有小齿轮，回转支撑具有与小齿轮相啮合的外齿。
9.根据权利要求8所述的轻量型一体化x波段气象雷达结构，其特征在于：方位调节机构还包括汇流环和中心轴，汇流环包括汇流环定子和汇流环转子；方位编码器包括方位编码器定子和方位编码器转子；中心轴的底端穿过转动平台后安装固定在散热底罩上，汇流环定子套装固定在中心轴中部，汇流环转子套装在汇流环定子外周；方位编码器定子套装固定在中心轴顶部，方位编码器转子套装在方位编码器定子外周；方位编码器转子和汇流环转子均通过动静转换支架与转动平台相连接。
技术总结