本发明涉及雷达探测领域，具体涉及一种相控阵天气雷达系统的标校装置及方法。
背景技术：
相控阵天气雷达相比传统体制天气雷达，具有高时间分辨率、高灵活性等优势，但是系统由于采用相控阵体制，系统标校、波导天线阵、数字收发模块、数据合成、信号处理都存在一定技术复杂度。为了能够准确获取作用范围内的变化快、强度大的小尺度系统灾害天气(龙卷、冰雹、暴雨等)的强度和三维速度等信息，实现对该类目标的精细化探测，需要相控阵天气相控阵天气雷达系统具备实时化、完善化的标校功能。
技术实现要素：
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的相控阵天气雷达系统在变化快、强度大的小尺度系统灾害天气情况下进行探测时，回波信号出现偏差的缺陷，从而提供一种相控阵天气雷达系统的标校装置及方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种相控阵天气雷达系统的标校装置，包括：频率源组合模块，用于在预设周期内生成标校脉冲信号；天线阵面模块，用于实时接收相控阵天气雷达系统的回波信号及标校脉冲信号；信号处理模块，用于获取标校脉冲信号标准值，根据标校脉冲信号及标校脉冲信号标准值，得到回波标校信号补偿值；数字收发模块，用于接收回波标校信号补偿值，并根据回波标校信号补偿值对回波信号进行标校，得到标校后的回波信号。
在一实施例中，本发明实施例提供的相控阵天气雷达系统的标校装置，还包括：功分网络模块，与数字收发模块及信号处理模块分别连接，用于实现频率源组合模块、数字收发模块及信号处理模块之间的信号传输。
在一实施例中，信号处理模块还用于生成同步脉冲触发信号，频率源组合模块根据同步脉冲触发信号生成同步脉冲，并发送到信号处理模块。
在一实施例中，信号处理模块根据接收的同步脉冲生成同步信号并发送到数字收发模块，同步信号用于控制频率源模块、数字收发模块及信号处理模块同步工作。
在一实施例中，数字收发模块利用周期全采样技术实时接收标校脉冲信号、回波信号，并根据接收的回波标校信号补偿值，对回波信号进行标校。
在一实施例中，标校脉冲信号标准值包括：波形幅值标准值及波形相位标准值，回波标校信号补偿值包括：波形幅值补偿值及波形相位补偿值。
在一实施例中，数字收发模块还用于对实时接收的标校脉冲信号及回波信号分别进行数字量化处理，得到数字量化处理后的标校脉冲信号及回波信号。
第二方面，本发明实施例提供一种相控阵天气雷达系统的标校方法，包括如下步骤：在预设周期内生成标校脉冲信号；获取相控阵天气雷达系统的回波信号及标校脉冲信号标准值；根据标校脉冲信号及标校脉冲信号标准值，得到回波标校信号补偿值；根据回波标校信号补偿值对回波信号进行标校，得到标校后的回波信号。
在一实施例中，在获取相控阵天气雷达系统的回波信号及标校脉冲信号标准值的步骤之后，在根据标校脉冲信号及标校脉冲信号标准值，得到回波标校信号补偿值的步骤之前，还包括：标校脉冲信号及回波信号分别进行数字量化处理，得到数字量化处理后的标校脉冲信号及回波信号。
第三方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括：至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行本发明实施例第二方面的相控阵天气雷达系统的标校方法。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行本发明实施例第二方面的相控阵天气雷达系统的标校方法。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的相控阵天气雷达系统的标校装置及方法，生成标校脉冲信号，根据标校脉冲信号及标校脉冲信号标准值，对相控阵天气雷达系统中所有通道接收的回波信号进行标校，提高了相控阵天气雷达系统探测的精准度。
2.本发明提供的相控阵天气雷达系统的标校装置及方法，采用周期全采样技术，在每个采样周期内实时获取回波信号、生成标校脉冲信号，并对回波信号进行标校，进一步提高了相控阵天气雷达系统在恶劣天气环境下探测的精准度；标校装置中各个模块同步工作，减小了标校误差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的相控阵天气雷达系统的标校装置的一个具体示例的示意图；
图2为本发明实施例提供的相控阵天气雷达系统的标校装置的另一个具体示例的示意图；
图3为本发明实施例提供的脉冲时序优化设计原理图；
图4为本发明实施例提供的相控阵天气雷达系统的标校方法的一个具体示例的流程图；
图5为本发明实施例提供的电子设备一个具体示例的组成图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例提供一种相控阵天气雷达系统的标校装置，应用于雷达探测领域，如图1所示，包括：
频率源组合模块1，用于在预设周期内生成标校脉冲信号。
如图2所示，频率源组合模块1中设置标校通道单元，能够通过天线阵面模块2的耦合器将标校脉冲信号耦合到天线阵面模块2接收回路中。本发明实施例在每一个脉冲重复周期内都会由频率源组合模块1产生一个标校脉冲信号，标校脉冲信号可以根据标校装置中各个模块同步工作的时间及工作周期，利用脉冲时序优化设计方法产生和控制标校脉冲信号。
天线阵面模块2，用于实时接收相控阵天气雷达系统的回波信号及标校脉冲信号。
本发明实施例提出的相控阵天气雷达系统的标校装置采用全数字、全相参多普勒技术，俯仰向上电扫描，方位向上机械扫描，实时接收回波信号。天线阵面模块2将实时接收相控阵天气雷达系统的回波信号及标校脉冲信号发送到数字收发模块4。
信号处理模块3，用于获取标校脉冲信号标准值，根据标校脉冲信号及标校脉冲信号标准值，得到回波标校信号补偿值。标校脉冲信号标准值包括：波形幅值标准值及波形相位标准值，回波标校信号补偿值包括：波形幅值补偿值及波形相位补偿值。
数字收发模块4，用于接收回波标校信号补偿值，并根据回波标校信号补偿值对回波信号进行标校，得到标校后的回波信号。数字收发模块4利用周期全采样技术实时接收标校脉冲信号、回波信号及回波标校信号补偿值，对回波信号进行标校。数字收发模块4还用于对实时接收的标校脉冲信号及回波信号分别进行数字量化处理，得到数字量化处理后的标校脉冲信号及回波信号。
本发明实施例中标校脉冲信号标准值是在暗室中进行近场测试得到，其可以反映整个相控阵天气雷达系统的标准特性，但是只能反映在一定状态下的幅值相位测试值，因此，相控阵天气雷达系统在实际使用时，需要在标准值的基础上，进行标校，即对回波信号进行标校，这个标校后的回波信号能够反映真实情况下的系统性能。
数字收发模块4对天线阵面模块2接收的信号进行整个周期采样，并对接收的回波信号及标校脉冲信号进行数字量化处理，得到数字量化处理后的回波信号及标校脉冲信号，信号处理模块3根据数字量化处理后的回波信号及标校脉冲信号，得到回波标校信号补偿值，数字收发模块4根据回波标校信号补偿值对回波信号进行校正，得到标校后的回波信号，从而实现对天气相控阵天气雷达系统的接收通道标校。
利用频率源组合1产生标校信号和数字收发模块4进行回波信号的接收，如图3所示，t1表示相控阵天气雷达系统同步信号，该信号由频率源组合模块1产生，t2表示系统发送控制字和接收回送字时间间隔，例如约为400us。tfs表示频率源组合模块1发射的标校脉冲信号时间，ttr表示数字收发模块4的发射波形时间和采样时间，在进行接收采样时，采用周期全采样技术，将标校脉冲信号和回波信号数据全部采集，相控阵天气雷达系统在每一个脉冲重复周期内都会由频率源组合模块1产生一个标校脉冲tfs。
在具体一实施例中，具体标校过程如下：回波信号的相位补偿
其中，相位标准值
回波信号的幅度补偿a(n)包含幅度标准值ar1和幅度校正值ar2两个部分，如式(2)所示。
α(n)＝1/(αr1·αr2)·η(2)
其中，幅度标准值ar1为相控阵天气雷达系统固有幅值，系数η的目的是将幅值补偿值最小值归一化，计算方法为：
η＝max(αr1·αr2)(3)
由式(1)-(3)，通过对回波信号标校，可得到相控阵天气雷达系统中天线实际方向f(n)如式(4)所示：
其中，ωc＝2πfc(fc为采样频率)、n为数字收发模块4的通道数。
本发明实施例提供的相控阵天气雷达系统的标校装置，生成标校脉冲信号，根据标校脉冲信号及标校脉冲信号标准值，对相控阵天气雷达系统中所有通道接收的回波信号进行标校，提高了相控阵天气雷达系统探测的精准度。
在一具体实施例中，如图2所示，相控阵天气雷达系统的标校装置还包括：
功分网络模块5，与数字收发模块4及信号处理模块3分别连接，用于实现频率源组合模块1、数字收发模块4及信号处理模块3之间的信号传输。
功分网络模块5为功率分配网络，如图2所示，包括一本振功分器、二本振功分器、时钟功分器(80mhz)、光功分器。频率源组合模块1产生一本振、二本振和时钟信号，发送到功分网络模块5，功分网络模块5，分别为数字收发模块4提供所需射频信号，光功分器给数字收发模块4提供控制信号。
信号处理组合模块计算出标校信号的幅值和相位值后，根据标校脉冲信号的标准幅值与相位，得到回波标校信号补偿值，写在控制字内，通过功分网络模块5发送给数字收发模块4。
在一具体实施例中，信号处理模块3还用于生成同步脉冲触发信号，频率源组合模块1根据同步脉冲触发信号生成同步脉冲，并发送到信号处理模块3。
在一具体实施例中，信号处理模块3根据接收的同步脉冲生成同步信号并发送到数字收发模块4，同步信号用于控制频率源模块、数字收发模块4及信号处理模块3同步工作。
相控阵天气雷达系统采用同步信号来实现频率源组合模块1、数字收发模块4、信号处理模块3的同步工作，通过控制信号处理模块3生成同步脉冲触发信号，频率源组合模块1根据同步脉冲触发信号生成同步脉冲，并发送到信号处理模块3，信号处理模块3根据同步脉冲生成同步信号，通过功分网络模块5发送到数字收发模块4，从而实现每个工作周期及每个脉冲重复周期内都具有标校功能。
本发明实施例提供的相控阵天气雷达系统的标校装置，生成标校脉冲信号，根据标校脉冲信号及标校脉冲信号标准值，对相控阵天气雷达系统中所有通道接收的回波信号进行实时标校，提高了相控阵天气雷达系统探测的精准度；采用周期全采样技术，在每个采样周期内实时获取回波信号、生成标校脉冲信号，并对回波信号进行标校，进一步提高了相控阵天气雷达系统在恶劣天气环境下探测的精准度；标校装置中各个模块同步工作，减小了标校误差。
实施例2
本发明施例提供一种相控阵天气雷达系统的标校方法，如图4所示，包括如下步骤：
步骤s1：在预设周期内生成标校脉冲信号。
步骤s2：获取相控阵天气雷达系统的回波信号及标校脉冲信号标准值。
步骤s3：根据标校脉冲信号及标校脉冲信号标准值，得到回波标校信号补偿值。
步骤s4：根据回波标校信号补偿值对回波信号进行标校，得到标校后的回波信号。
在一具体实施例中，在获取相控阵天气雷达系统的回波信号及标校脉冲信号标准值的步骤之后，在根据标校脉冲信号及标校脉冲信号标准值，得到回波标校信号补偿值的步骤之前，还包括：
标校脉冲信号及回波信号分别进行数字量化处理，得到数字量化处理后的标校脉冲信号及回波信号。
本发明实施例采用周期全采样技术及脉冲优化设计方法，生成标校脉冲信号及获取相控阵天气雷达系统的回波信号及标校脉冲信号标准值，标校脉冲信号标准值在暗室中进行近场测试得到，将标校脉冲信号及回波信号进行数字量化处理后，获取标校脉冲信号波形的幅值与相位，根据标校脉冲信号标准值，得到回波标校信号补偿值，根据回波标校信号补偿值对回波信号进行标校，得到标校后的回波信号。
本发明实施例提供的相控阵天气雷达系统的标校方法，利用频率源组合模块实时生成标校脉冲信号，根据标校脉冲信号及标校脉冲信号标准值，对相控阵天气雷达系统中所有通道接收的回波信号进行实时标校，提高了相控阵天气雷达系统探测的精准度；采用周期全采样技术，在每个采样周期内实时获取回波信号、生成标校脉冲信号，并对回波信号进行标校，进一步提高了相控阵天气雷达系统在恶劣天气环境下探测的精准度；标校装置中各个模块同步工作，减小了标校误差。
实施例3
本发明实施例提供一种计算机设备，如图5所示，包括：至少一个处理器401，例如cpu(centralprocessingunit，中央处理器)，至少一个通信接口403，存储器404，至少一个通信总线402。其中，通信总线402用于实现这些组件之间的连接通信。其中，通信接口403可以包括显示屏(display)、键盘(keyboard)，可选通信接口403还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器404可以是高速ram存储器(ramdomaccessmemory，易挥发性随机存取存储器)，也可以是非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器404可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器401的存储装置。其中处理器401可以执行实施例2的相控阵天气雷达系统的标校方法。存储器404中存储一组程序代码，且处理器401调用存储器404中存储的程序代码，以用于执行实施例2的相控阵天气雷达系统的标校方法。
其中，通信总线402可以是外设部件互连标准(peripheralcomponentinterconnect，简称pci)总线或扩展工业标准结构(extendedindustrystandardarchitecture，简称eisa)总线等。通信总线402可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一条线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器404可以包括易失性存储器(英文：volatilememory)，例如随机存取存储器(英文：random-accessmemory，缩写：ram)；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatilememory)，例如快闪存储器(英文：flashmemory)，硬盘(英文：harddiskdrive，缩写：hdd)或固降硬盘(英文：solid-statedrive，缩写：ssd)；存储器404还可以包括上述种类的存储器的组合。
其中，处理器401可以是中央处理器(英文：centralprocessingunit，缩写：cpu)，网络处理器(英文：networkprocessor，缩写：np)或者cpu和np的组合。
其中，处理器401还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(英文：application-specificintegratedcircuit，缩写：asic)，可编程逻辑器件(英文：programmablelogicdevice，缩写：pld)或其组合。上述pld可以是复杂可编程逻辑器件(英文：complexprogrammablelogicdevice，缩写：cpld)，现场可编程逻辑门阵列(英文：field-programmablegatearray，缩写：fpga)，通用阵列逻辑(英文：genericarraylogic,缩写：gal)或其任意组合。
可选地，存储器404还用于存储程序指令。处理器401可以调用程序指令，实现如本申请执行实施例2中的相控阵天气雷达系统的标校方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行实施例2的相控阵天气雷达系统的标校方法。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)、随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)、快闪存储器(flashmemory)、硬盘(harddiskdrive，缩写：hdd)或固降硬盘(solid-statedrive，ssd)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
1.一种相控阵天气雷达系统的标校装置，其特征在于，包括：
频率源组合模块，用于在预设周期内生成标校脉冲信号；
天线阵面模块，用于实时接收相控阵天气雷达系统的回波信号及所述标校脉冲信号；
信号处理模块，用于获取标校脉冲信号标准值，根据所述标校脉冲信号及标校脉冲信号标准值，得到回波标校信号补偿值；
数字收发模块，用于接收所述回波标校信号补偿值，并根据回波标校信号补偿值对回波信号进行标校，得到标校后的回波信号。
2.根据权利要求1所述的相控阵天气雷达系统的标校装置，其特征在于，还包括：
功分网络模块，与所述数字收发模块及所述信号处理模块分别连接，用于实现所述频率源组合模块、数字收发模块及信号处理模块之间的信号传输。
3.根据权利要求1所述的相控阵天气雷达系统的标校装置，其特征在于，所述信号处理模块还用于生成同步脉冲触发信号，所述频率源组合模块根据同步脉冲触发信号生成同步脉冲，并发送到信号处理模块。
4.根据权利要求2所述的相控阵天气雷达系统的标校装置，其特征在于，所述信号处理模块根据接收的同步脉冲生成同步信号并发送到数字收发模块，所述同步信号用于控制所述频率源模块、数字收发模块及信号处理模块同步工作。
5.根据权利要求1所述的相控阵天气雷达系统的标校装置，其特征在于，所述数字收发模块利用周期全采样技术实时接收标校脉冲信号、回波信号,并根据接收的回波标校信号补偿值，对回波信号进行标校。
6.根据权利要求1-5任一所述的相控阵天气雷达系统的标校装置，其特征在于，所述标校脉冲信号标准值包括：波形幅值标准值及波形相位标准值，所述回波标校信号补偿值包括：波形幅值补偿值及波形相位补偿值。
7.根据权利要求6所述的相控阵天气雷达系统的标校装置，其特征在于，所述数字收发模块还用于对实时接收的标校脉冲信号及回波信号分别进行数字量化处理，得到数字量化处理后的标校脉冲信号及回波信号。
8.一种相控阵天气雷达系统的标校方法，其特征在于，包括如下步骤：
在预设周期内生成标校脉冲信号；
获取相控阵天气雷达系统的回波信号及标校脉冲信号标准值；
根据所述标校脉冲信号及标校脉冲信号标准值，得到回波标校信号补偿值；
根据回波标校信号补偿值对回波信号进行标校，得到标校后的回波信号。
9.根据权利要求8所述的相控阵天气雷达系统的标校方法，其特征在于，在获取相控阵天气雷达系统的回波信号及标校脉冲信号标准值的步骤之后，在根据所述标校脉冲信号及标校脉冲信号标准值，得到回波标校信号补偿值的步骤之前，还包括：
标校脉冲信号及回波信号分别进行数字量化处理，得到数字量化处理后的标校脉冲信号及回波信号。
10.一种计算机设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求8或9中所述的相控阵天气雷达系统的标校方法。
11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求8或9中所述的相控阵天气雷达系统的标校方法。
技术总结