[0001] 本公开涉及雷达技术领域，尤其涉及一种天气雷达标准信号处理器。

[0002] 目前，我国业务天气雷达共有3种波段，分别是S波段(10厘米波长)、C波段(5厘米波长)、X波段(3厘米波长)，各波段的天气雷达均有不少于3种型号，并由8个厂家参与建设，且各厂家均采用自研的天气雷达控制、信号处理及标定控制模块。这导致各个型号的雷达在雷达控制、信号处理、标定控制方面所采用的方法存在较大差异，例如，厂家A生产的雷达主要采用分层处理、批处理、SZ相位编码方法实现退距离模糊，厂家B生产的雷达则采用随机编码方法实现退距离模糊，这样不仅无法满足精密探测及一致性探测的要求，不同厂家生产的模块不具备互换性，还增加了维护保障的困难，提高了硬件备件成本；

[0003] 此外，现有的采用不同厂家的天气雷达控制、信号处理及标定控制模块对各个型号雷达发射或接收的数据进行处理会导致组网雷达数据质量不一致，即不同型号的雷达在单偏振和双偏振基本数据输出的第一个环节中存在较大差异，从而进一步导致后续数据仍具有较大差异，进而阻碍组网雷达数据质量的提升，严重影响组网雷达观测效果，如影响雷达灾害性天气的监测预报预警以及定量估测降水等，甚至还会无法满足资料同化要求；因此，迫切需要研发统一的标准化的信号处理模块，使各种型号雷达发射或接收的数据经过标准化信号处理模块处理后形成的组网雷达数据的质量具有一致性。实用新型内容

[0004] 1.要解决的技术问题

[0005] 针对上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种天气雷达标准信号处理器，实现对各种型号天气雷达发射/接收的数据进行统一规范的标准化处理，本实用新型提供的信号处理器可以完成所有厂家目前使用的信号处理器的所有功能，而且还能提升组网雷达数据质量，使组网雷达数据质量具有一致性，此外，通过标准化接口可以根据需要向不同型号的雷达发射机/接收机传输信号。

[0006] 2.技术方案

[0007] 为解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案。

[0008] 一种天气雷达标准信号处理器，包括信号处理单元、信号控制发射单元、采集单元、数据存储与传输单元；其中，所述信号处理单元生成中频信号并发送给信号控制发射单元；所述信号控制发射单元根据接收到的中频信号生成发射信号；所述采集单元包括5路A/D转换器；其中，4路A/D转换器用于采集水平通道/垂直通道中发射信号返回的高增益/低增益回波信号并转换为数字信号，剩余1路A/D转换器用于采集发射信号的发射脉冲，生成发射样本信号并转换为数字信号；采集单元将生成的数字信号发送给信号处理单元，以便信号处理单元对接收到的数字信号进行信号处理并将信号处理后的数据发送给数据存储与传输单元；所述数据存储与传输单元根据需要将信号处理后的数据进行存储或发送给其他系统/设备。

[0009] 进一步的，所述信号处理器还包括信号调理单元；其中，

[0010] 所述信号调理单元包括5路信号调理模块，每路信号调理模块包括功分器、衰减器、第一放大器、滤波器，各路信号调理模块分别设置在相应A/D转换器之前；所述信号调理模块用于将回波信号或发射脉冲的采集通道设置为双通道。

[0011] 进一步的，所述信号处理器还包括时钟合成单元；其中，

[0012] 所述时钟合成单元用于根据外部输入的COHO信号/时钟信号或内部时钟信号合成新的时钟信号并提供给采集单元、信号控制发射单元和信号处理单元。

[0013] 进一步的，所述信号处理器还包括系统定时及接口单元；其中，

[0014] 所述系统定时及接口单元用于根据雷达系统的工作时序生成相应的定时信号并将相应的定时信号发送给信号处理单元，以便信号处理单元根据接收的定时信号触发相应操作并生成反馈信号，还用于接收信号处理单元发送的反馈信号并根据反馈信号调节对应的定时信号。

[0015] 进一步的，所述系统定时及接口单元包括定时控制模块和接口模块；其中，[0016] 所述定时控制模块用于根据雷达系统的工作时序生成相应的定时信号并将相应的定时信号发送给信号处理单元，还用于接收反馈信号并根据反馈信号调节对应的定时信号；

[0017] 所述接口模块用于通过对应接口将雷达系统的工作时序传输给定时控制模块，还用于通过对应接口将定时控制模块调节后的定时信号发送给雷达系统，以便控制雷达系统的运行。

[0018] 进一步的，所述信号处理单元为现场可编程门阵列FPGA所实现。

[0019] 进一步的，所述信号控制发射单元包括直接数字频率合成器DDS和第二放大器；其中，

[0020] 所述DDS用于接收信号处理单元发送的中频信号并将接收的中频信号与雷达的相参本振信号进行混频、滤波，得到输出信号；

[0021] 所述第二放大器用于放大DDS输出的信号，得到发射信号。

[0022] 进一步的，所述数据存储与传输单元包括网络接口模块、光纤接口模块和缓存模块；其中，

[0023] 所述网络接口模块包括网络物理层接口芯片和以太网接口；

[0024] 所述光纤接口模块包括光纤接口。

[0025] 进一步的，所述网络接口模块用于根据需要将信号处理后的数据发送给网络物理层接口芯片，以便网络物理层接口芯片对接收的信号进行差分‑数字信号转换后通过以太网接口发送至其他系统/设备，还用于将其他系统/设备发送的信号通过以太网接口发送至网络物理层接口芯片，以便网络物理层接口芯片对接收的信号进行差分‑数字信号转换后发送给信号处理单元；

[0026] 所述光纤接口模块用于根据需要将信号处理后的数据通过光纤接口发送至其他系统/设备，还用于通过光纤接口将其他系统/设备发送的信号传输给信号处理单元；

[0027] 所述缓存模块用于根据需要将信号处理后的数据进行存储。

[0028] 3.有益效果

[0029] 相比于现有技术，本实用新型的优点在于：

[0030] (1)实现对各种型号天气雷达发射/接收的数据进行统一规范的标准化处理，本实用新型提供的信号处理器可以完成所有厂家目前使用的信号处理器的所有功能，例如雷达控制、信号处理、标定控制等。

[0031] (2)提升了组网雷达数据质量和部分关键参数标定精度，使组网雷达数据质量具有一致性，缩短了标定时间间隔。

[0032] (3)所用接口为标准化接口，通过标准化接口可以根据需要向不同型号的雷达发射机/接收机传输信号。

[0033] (4)各种型号的天气雷达系统所用的信号处理器都可以用本实用新型提供的信号处理器代替，降低了系统维护保障的难度和硬件备件成本。

[0034] 应当理解，实用新型内容部分中所描述的内容并非旨在限定本实用新型的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

[0037] 为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

[0038] 另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

[0039] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

[0040] 本实用新型的目的在于提供了一种天气雷达标准信号处理器，利用该信号处理器可以实现对各种型号天气雷达发射/接收的数据进行统一规范的标准化处理，完成所有厂家目前使用的信号处理器的所有功能，而且还能提升组网雷达数据质量，使组网雷达数据质量具有一致性，此外，通过标准化接口可以根据需要向不同型号的雷达发射机/接收机传输信号。

[0041] 下面参照图1来描述本实用新型的实施例提供的天气雷达标准信号处理器。

[0042] 一种天气雷达标准信号处理器，包括信号处理单元、信号控制发射单元、采集单元、数据存储与传输单元；其中，

[0043] 所述信号处理单元生成中频信号并发送给信号控制发射单元；

[0044] 所述信号控制发射单元根据接收到的中频信号生成发射信号；

[0045] 所述采集单元包括5路A/D转换器；其中，4路A/D转换器用于采集水平通道/垂直通道中发射信号返回的高增益/低增益回波信号并转换为数字信号，剩余1路A/D转换器用于采集发射信号的发射脉冲，生成发射样本信号并转换为数字信号；采集单元将生成的数字信号发送给信号处理单元，以便信号处理单元对接收到的数字信号进行信号处理并将信号处理后的数据发送给数据存储与传输单元；

[0046] 所述数据存储与传输单元根据需要将信号处理后的数据进行存储或发送给其他系统/设备。

[0047] 在本实施例中，所述信号处理器可将动态范围提高到100dB以上，将相位误差控制在0.06°以内，使地杂波的抑制能力达到60dB，且能够支持不少于4个脉冲宽度。

[0048] 在本实施例中，A/D转换器采集回波信号/发射脉冲时的最高采集速率可达100MHz以上。

[0049] 在本实施例中，所述信号处理器还包括信号调理单元；其中，

[0050] 所述信号调理单元包括5路信号调理模块，每路信号调理模块包括功分器、衰减器、第一放大器、滤波器，各路信号调理模块分别设置在相应A/D转换器之前；

[0051] 所述信号调理模块用于将回波信号或发射脉冲的采集通道设置为双通道。

[0052] 在本实施例中，所述信号处理器还包括时钟合成单元；其中，

[0053] 所述时钟合成单元用于根据外部输入的COHO信号/时钟信号或内部时钟信号合成新的时钟信号并提供给采集单元、信号控制发射单元和信号处理单元；其中，外部输入的COHO信号/时钟信号或内部时钟信号为图1中的第一时钟信号，合成的新的时钟信号为图1中的第二时钟信号；

[0054] 新的时钟信号具有高质量、低抖动的特点，抖动时间可低于1ps，采用所述时钟合成单元可以提高合成的时钟信号的灵活性与质量、降低A/D转换器的采样噪声并提高雷达接收机信号低端的动态范围。

[0055] 在本实施例中，所述信号处理器还包括系统定时及接口单元；其中，

[0056] 所述系统定时及接口单元用于根据雷达系统的工作时序生成相应的定时信号并将相应的定时信号发送给信号处理单元，以便信号处理单元根据接收的定时信号触发相应操作并生成反馈信号，还用于接收信号处理单元发送的反馈信号并根据反馈信号调节对应的定时信号。

[0057] 在本实施例中，所述系统定时及接口单元包括定时控制模块和接口模块；其中，[0058] 所述定时控制模块用于根据雷达系统的工作时序生成相应的定时信号并将相应的定时信号发送给信号处理单元，还用于接收反馈信号并根据反馈信号调节对应的定时信号；

[0059] 所述接口模块用于通过对应接口将雷达系统的工作时序传输给定时控制模块，还用于通过对应接口将定时控制模块调节后的定时信号发送给雷达系统，以便控制雷达系统的运行；

[0060] 例如，RS422接口连接J30J‑25型号的电连接器，TTL接口连接J30J‑74型号的电连接器，JTAG接口连接J30J‑9型号的电连接器，接口模块中的接口既可以接收相应电连接器传输过来的雷达系统的工作时序，又可以将定时控制模块调节后的定时信号通过对应的电连接器发送给雷达系统，进而控制雷达系统中雷达接收机/发射机、天线伺服系统等分系统的运行。

[0061] 在本实施例中，所述信号处理单元为现场可编程门阵列FPGA所实现。

[0062] 在本实施例中，所述信号处理单元具有以下优点：处理能力强大；能保持至少30％以上的资源冗余；乘法器资源丰富，能满足各种实时处理要求；能满足高速数据采集、高速数据通信及大容量数据缓存等要求。

[0063] 在本实施例中，所述信号控制发射单元包括直接数字频率合成器DDS和第二放大器；其中，

[0064] 所述DDS用于接收信号处理单元发送的中频信号并将接收的中频信号与雷达的相参本振信号进行混频、滤波，得到输出信号；

[0065] 所述第二放大器用于放大DDS输出的信号，得到发射信号；

[0066] 进一步的，所述DDS输出的信号经过第二放大器放大后再经过真空管、或全固态发射机发射，产生大功率的射频发射信号。

[0067] 在本实施例中，所述数据存储与传输单元包括网络接口模块、光纤接口模块和缓存模块；其中，

[0068] 所述网络接口模块包括网络物理层接口芯片和以太网接口；

[0069] 所述光纤接口模块包括光纤接口。

[0070] 在本实施例中，所述网络接口模块用于根据需要将信号处理后的数据发送给网络物理层接口芯片中的网络物理层PHY，以便PHY对接收的信号进行差分‑数字信号转换后通过以太网接口发送至其他系统/设备，还用于将其他系统/设备发送的信号通过以太网接口发送至PHY，以便PHY对接收的信号进行差分‑数字信号转换后发送给信号处理单元；

[0071] 所述光纤接口模块用于根据需要将信号处理后的数据通过光纤接口发送至其他系统/设备，还用于通过光纤接口将其他系统/设备发送的信号传输给信号处理单元；

[0072] 所述缓存模块用于根据需要将信号处理后的数据进行存储。

[0073] 在本实施例中，光纤接口可以是SFP+接口，以太网接口可以是RJ45接口，缓存模块可以使用大容量DDR内存芯片。

[0074] 在本实施例中，所述信号处理器还包括电源控制单元；

[0075] 所述电源控制单元用于通过J30J‑51型号的电连接器将外部电源系统输入的电源信号发送给信号处理单元，还用于根据信号处理器的使用情况进行电源管理并将管理结果通过J30J‑51型号的电连接器反馈给外部电源系统。

[0076] 在本实施例中，所述信号处理器可以替换各种型号天气雷达的信号处理器，所述信号处理器可以按照不同型号天气雷达的工作时序完成相应的信号处理，例如，本实用新型提供的标准信号处理器可替换各种型号雷达使用的信号处理器，将标准信号处理器安装在被替换雷达的接收机系统内，用于产生发射时序触发发射脉冲信号、接收回波信号、进行标定控制、控制天线伺服系统等分系统的运行以及与工作站主机通信等。

[0077] 根据本实用新型的实施例，实现了以下技术效果：

[0078] 由信号处理单元、信号控制发射单元、采集单元、数据存储与传输单元、信号调理单元、时钟合成单元及系统定时及接口单元构成的标准信号处理器可以实现对各种型号天气雷达发射/接收的数据进行统一规范的标准化处理，完成所有厂家目前使用的信号处理器的所有功能，例如雷达控制、信号处理、标定控制等，且各种型号的天气雷达系统所用的信号处理器都可以用本实用新型提供的信号处理器代替，降低了系统维护保障的难度和硬件备件成本；此外，还提升了组网雷达数据质量和部分关键参数标定精度，使组网雷达数据质量具有一致性，缩短了标定时间间隔；所用接口为标准化接口，通过标准化接口可以根据需要向不同型号的雷达发射机/接收机传输信号。

[0079] 在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0080] 以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。