一種雙偏振天氣雷達(dá)zdr在線標(biāo)定裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種雙偏振天氣雷達(dá)的ZDR (差分反射率因子）標(biāo)定，具體涉及一 種在線標(biāo)定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙線偏振天氣雷達(dá)（以下簡(jiǎn)稱：雙偏振雷達(dá)）同時(shí)或交替發(fā)射水平和垂直偏振電磁 波，獲取云雨粒子的大小、形狀、數(shù)量、相態(tài)（固態(tài)、液態(tài)、混合態(tài))、空間取向等觀測(cè)信息。這 些觀測(cè)數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用于短時(shí)臨近天氣預(yù)報(bào)、災(zāi)害性天氣預(yù)警、人工影響天氣、水文徑流預(yù)測(cè) 等多個(gè)領(lǐng)域。
[0003] 差分反射率因子（ZDR)是雙偏振雷達(dá)觀測(cè)的主要偏振量之一，是由水平和垂直通 道回波功率的差異計(jì)算而來(lái)，是小信號(hào)量。它不僅與云雨粒子的特征有關(guān)，還與雙通道差異 (天線、波導(dǎo)、接收機(jī)水平垂直差異)有關(guān)。由于受硬件加工精度、元器件參數(shù)漂移、熱噪聲起 伏等影響，雙偏振雷達(dá)的水平垂直通道參數(shù)不能完全一致，所以在觀測(cè)過(guò)程中需要經(jīng)常標(biāo) 定來(lái)修正ZDR的硬件偏差。
[0004] 發(fā)明專利CN201310202199. 1描述了采用雙通道全路徑收發(fā)標(biāo)校技術(shù)，減少雙通 道收發(fā)系統(tǒng)誤差，即修正ZDR硬件偏差。這種技術(shù)的缺點(diǎn)是無(wú)法實(shí)時(shí)標(biāo)定天線、饋線(波導(dǎo)） 的水平垂直差異，同時(shí)存在標(biāo)校信號(hào)誤差的問(wèn)題。因此，基于自然源信號(hào)的標(biāo)定方法被廣泛 應(yīng)用于天氣雷達(dá)。常用的標(biāo)定方法之一是用雷達(dá)觀測(cè)太陽(yáng)信號(hào)，被稱為太陽(yáng)法。太陽(yáng)法已 被廣泛應(yīng)用于天氣雷達(dá)標(biāo)定，常規(guī)天氣雷達(dá)利用太陽(yáng)法標(biāo)定天線指向誤差，雙偏振天氣雷 達(dá)還利用太陽(yáng)法進(jìn)行ZDR標(biāo)定，訂正雙通道不一致引起的ZDR偏差。由于太陽(yáng)輻射電磁波 是隨機(jī)/均勻極化(偏振)的，水平和垂直方向的輻射能量是相同的，ZDR理論/真實(shí)值為0。 所以，用雷達(dá)觀測(cè)太陽(yáng)信號(hào)的理論值與測(cè)量值的差就是雷達(dá)雙通道的差異。
[0005] 傳統(tǒng)的太陽(yáng)法標(biāo)定是離線式的，有以下幾個(gè)步驟：在特定時(shí)段，停止天氣回波觀測(cè) (關(guān)閉雷達(dá)發(fā)射機(jī))，運(yùn)行標(biāo)定/測(cè)試軟件，計(jì)算太陽(yáng)的角度，控制雷達(dá)在太陽(yáng)當(dāng)前角度附近 上下左右搜索，找到最大回波功率(主波束中心正對(duì)太陽(yáng)）位置，計(jì)算ZDR平均偏差（同時(shí)計(jì) 算雷達(dá)角度偏差)，修改信號(hào)處理機(jī)參數(shù)，結(jié)束標(biāo)定。見(jiàn)(杜牧云等，2013 ;敏視達(dá)雷達(dá)測(cè)試軟 件用戶手冊(cè)，第十章 P54)文獻(xiàn)描述。離線式標(biāo)定方式的缺點(diǎn)：
[0006] 1、中斷雷達(dá)正常觀測(cè)。標(biāo)定過(guò)程中不能觀測(cè)天氣回波，造成觀測(cè)數(shù)據(jù)的不連續(xù)。
[0007] 2、整個(gè)過(guò)程要人工控制。標(biāo)定時(shí)，人工關(guān)閉天氣回波觀測(cè)軟件，對(duì)計(jì)算機(jī)精確對(duì) 時(shí)，啟動(dòng)標(biāo)定/測(cè)試軟件。
[0008] 3、標(biāo)定參數(shù)設(shè)置比較復(fù)雜的，需要經(jīng)過(guò)特定培訓(xùn)的人員來(lái)完成。
[0009] 4、太陽(yáng)角度是不斷變化的，難以將雷達(dá)天線精確指向太陽(yáng)中央，所以要求反復(fù)多 次進(jìn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種能夠進(jìn)行雙偏振天 氣雷達(dá)ZDR在線標(biāo)定裝置。
[0011] 為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種雙偏振天氣雷達(dá)的ZDR在線標(biāo)定裝 置，包括網(wǎng)絡(luò)通訊模塊、GPS模塊、主控制板、水平傾角模塊和存儲(chǔ)器；主控制板通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通 訊模塊與待標(biāo)定雙偏振天氣雷達(dá)的信號(hào)處理機(jī)相連；主控制板分別與GPS模塊、水平傾角 模塊及存儲(chǔ)器相連。
[0012] 其中，網(wǎng)絡(luò)通訊模塊采用OAHE W5500以太網(wǎng)芯片；GPS模塊采用HOLUX M-87超 高精度的GPS模塊；水平傾角模塊采用無(wú)錫慧聯(lián)LIS326雙軸傾角傳感器模塊。
[0013] 本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：本實(shí)用新型有效進(jìn)行實(shí)時(shí)在線標(biāo)定，無(wú) 需人工干預(yù)，自動(dòng)完成，不需要中斷雷達(dá)的正常觀測(cè)，在標(biāo)定過(guò)程中能同時(shí)觀測(cè)天氣回波， 保證了觀測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性。本實(shí)用新型適用于所有的雙偏振天氣雷達(dá)，能提高雙偏振雷達(dá) 數(shù)據(jù)精度，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為采用本實(shí)用新型進(jìn)行在線標(biāo)定的流程圖；
[0015] 圖2為本實(shí)用新型在線標(biāo)定裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0016] 圖3為效果實(shí)施例中采用雙偏振天氣雷達(dá)觀測(cè)到的太陽(yáng)回波；
[0017] 圖4為效果實(shí)施例中擬合得到的曲面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0019] 裝置實(shí)施例
[0020] 如圖2所示，本實(shí)用新型雙偏振天氣雷達(dá)ZDR在線標(biāo)定裝置包括網(wǎng)絡(luò)通訊模塊、主 控制板、GPS模塊、水平傾角模塊和存儲(chǔ)器。
[0021] 1、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊采用OAHE W5500以太網(wǎng)芯片，基于TCP/IP協(xié)議(通訊協(xié)議：徑向 數(shù)據(jù)時(shí)間頻率高、數(shù)據(jù)量大，接收采用UDP組播協(xié)議，傳輸率高，實(shí)時(shí)性好。修正偏差指令數(shù) 據(jù)量小，采用TCP協(xié)議，可靠性好)，與雙偏振天氣雷達(dá)的信號(hào)處理機(jī)通訊，實(shí)時(shí)接收信號(hào)處 理機(jī)輸出的徑向數(shù)據(jù)并傳送給主控制板；把主控制板生成的修正偏差指令發(fā)送給信號(hào)處理 機(jī)。
[0022] 2、GPS模塊采用HOLUX M-87超高精度的GPS模塊(GPS模塊定位精度〈=10米，輸 出頻率>IHZ)，與主控板通過(guò)RS-232 TTL端口通訊，通訊協(xié)議采用NMEAO183,為主控制板提 供高頻率的GPS時(shí)間、經(jīng)煒度信息。
[0023] 3、水平傾角模塊采用無(wú)錫慧聯(lián)LIS326雙軸傾角傳感器模塊(測(cè)量范圍>10度，精 度〈=〇. 1度，頻率響應(yīng)>l〇〇Hz)，與主控制板通過(guò)串口通訊，通訊協(xié)議采用NMEA0183,為主控 制板提供高頻率的天線XY軸水平傾角信息。
[0024] 4、存儲(chǔ)模塊采用Arduino Micro SD卡模塊和SanDisk SDHC卡（容量彡32G，讀寫 速度多ΙΟΜ/s)，與主控板通過(guò)SPI接口連接，用于存儲(chǔ)自動(dòng)識(shí)別出來(lái)的太陽(yáng)信號(hào)數(shù)據(jù)及其 對(duì)應(yīng)的GPS時(shí)間、天線方位讀數(shù)、天線俯仰讀數(shù)、水平傾角讀數(shù)等信息。
[0025] 5、主控制板：主控板采用ARMll四核，256M內(nèi)存，運(yùn)行Linux系統(tǒng)。方法核心代碼 由C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，包括太陽(yáng)角度計(jì)算、徑向數(shù)據(jù)處理、太陽(yáng)信號(hào)識(shí)別、二次曲面擬合、雙通道 偏差分析等。5個(gè)模塊在主控制板協(xié)調(diào)下，實(shí)時(shí)接收徑向數(shù)據(jù)，在線提取太陽(yáng)回波，分析ZDR 偏差，發(fā)送修正偏差指令給雷達(dá)，配合完成整個(gè)實(shí)時(shí)在線標(biāo)定過(guò)程。
[0026] 方法實(shí)施例
[0027] 本實(shí)用新型雙偏振天氣雷達(dá)ZDR在線標(biāo)定的具體方法如下：
[0028] 1)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊模塊網(wǎng)絡(luò)接收信號(hào)處理機(jī)輸出的徑向數(shù)據(jù)。
[0029] 徑向數(shù)據(jù)是指雷達(dá)一個(gè)觀測(cè)方向的數(shù)據(jù)，包括方位角、仰角、時(shí)間及每個(gè)距離庫(kù)上 的反射率因子（Z)、徑向速度（V)、譜寬（SW)、差分反射率因子（ZDR)、相關(guān)系數(shù)（CC)等等。雙 偏振天氣雷達(dá)主流的信號(hào)處理機(jī)支持實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸。
[0030] 2)自動(dòng)識(shí)別太陽(yáng)回波信號(hào)
[0031] 2. 1)利用天線水平傾角數(shù)據(jù)，修正徑向數(shù)據(jù)的平臺(tái)偏差。
[0032] -般來(lái)說(shuō)雷達(dá)天線安裝調(diào)校后都是水平的，但某些水平調(diào)校誤差、雷達(dá)高塔的自 然擺動(dòng)或移動(dòng)雷達(dá)支撐腳不實(shí)，都可能產(chǎn)