气象雷达接收机前端技术

作者/师传宏，民航广西空管分局



气象雷达接收机前端技术

作者/师传宏，民航广西空管分局

文章摘要：随着时代的发展，我国的科学技术水平愈加进步，国家对于气象专业也是十分地重视，气象雷达接收技术的发展对于我国的气象预测具有着极其重要的作用，因此，我们必须要在这个方面投入足够的精力，本文针对气象雷达接收机前端技术展开了一系列的具体实践和探讨研究，而且也对单脉冲形式的气象雷达相关的工作原理进行了细致的分析和研究，并进行了相关的论述。在本文中，也有对于气象雷达接收机前端机械电子装备的研究，尤其是和差网络和特殊的预选滤波器，希望能够给予相关的技术人员提供一定的帮助和支持。

关键词：气象雷达；接收机；前端技术

1.传统与新型气象雷达接收技术的介绍

在我国传统的雷达角度测量之中，包含有两种主要的机制，一是圆锥扫描，而是顺序波束转换。这两种方法有着很大的优点，同时也存在着一定的缺陷，有待改进。当馈源围绕雷达天线的中轴线进行360度的旋转之后，雷达才能够判别目标的方向，从而大大限制了跟踪目标的速度，从而造成雷达效率不高。当我们进行波束扫描时，观察目标的运动状态可能会发生很大的变化，从而造成雷达接受的回波信号起伏较大，幅度波动大了之后，误差信号就会考虑到调幅干扰，因此会进一步地降低跟踪目标的精确度和速度，除此之外，由于跟踪的目标较远，目标可能会发生闪烁，而且大气层的稳定性不是很好，所以这些因素也可能会造成回波信号的变化，从而会引起比较大的误差。二十一世纪以来，科学技术突飞猛进，火箭、导弹和卫星技术的发展都让我们对于气象雷达的要求有了巨大的变化，主要就是体现在跟踪距离的延长，跟踪精度的精密，跟踪速度的加快和抗干扰能力的大大提升，因此，这两种方法已经不能够很好地适应当今时代的科学发展要求。

利用单脉冲来进行角度测量一般都是采取波瓣比较法，也就是对单脉冲天线进行设置，让其在同一时间能够产生多个波束，然后用多个相对独立的接受器来接收回波信号，并且把这些信号进行数据处理和比较分析，从而获取测量目标的角误差的信息。相比较于传统的雷达定位方式，这种定位方法具有着巨大的开发潜力，也有着极大的优点：1、能够大大较少由于闪烁而引起的巨大幅度变化造成的误差。2、在脉冲天线发出的多个信号中，每个脉冲都包含着相关的角度信息和目标距离信息，从而能够优化数据分析。3、在我们进行目标的探测时，不需要装备进行机械性重复性的摆动。

2.国内外气象雷达接收机前端技术的研究

作为大气监测的一个极为重要的手段，气象雷达一直发挥着极其重要的作用，尤其是当我们面临突发的地质灾害时，气象雷达更是可以方便我们的救援工作和布置工作，所以说，气象雷达不但可以对灾害地区进行监测，而且可以对相关的一些灾害进行预测和报警，在当今世界，大约有一千多个气象雷达监测站，足以看出世界各国对于气象雷达接收技术的看重。

在气象雷达的发展历史当中，主要是分为三个重要的阶段，第一个阶段为二十世纪30年代到50年代，第二阶段是二十世纪60年代到80年代，第三阶段是二十世纪90年代到至今，在近二十年中，气象雷达技术发生了很大的变化，多普勒雷达得到了科学家们的广泛应用，尤其是在大气遥感探测中发挥了至关重要的作用，例如，我们可以用多普勒气象雷达进行局部地区降水量的探测，也可以进行大气湍流的探测等等。

关于气象雷达的研究，国外进行的比较早，而国内的研究则是稍微地落后于国外，从当代的气象雷达发展形势来看，气象雷达正面临着新型的发展方向，那就是多功能和多参数，也就是说，以后的一部雷达会具备比较全面的功能，可以达到多种方面的监测效果。在我们国家，气象雷达的发展大体经历了三个比较具体的发展阶段，一是模拟气象雷达阶段，二是数字气象雷达阶段，最后就是多普勒气象雷达阶段，这三个阶段让我国的气象雷达领域由落后层次跨入到了先进层次。对于模拟气象雷达，我国对它的研究是从二十世纪六十年代开始的，到了八十年代以后，我们就逐渐形成了庞大的气象雷达观测网络，从而为灾害性气象提供了预警，对于沿海地区的安全起到了极其重要的作用，而且也大大加强了我国的气象作业能力。数字气象雷达的原理主要是运用先进的计算机技术，对雷达接收到了回波信号进行分析和处理，从而生成各种预警结果，增强了我国的气象预警能力。

3.气象雷达接受机前端的探索

气象雷达的机制一般是比较固定的，大部分都是采取的单脉冲信号机制，和差网络又是其中的一个十分重要的部分。在传统的和差网络中，大部分都是采取的波导结构而进行工作的，所以，工作部分的体积比较大，相应的，加工起来的困难度也是很大，到今天为止也就很少被采用了。但是和差网络则没有这些缺点，由于和差网络一般是平面结构的，所以它的加工就比较方便，而且成本也很低廉，因此应用也就比较广泛，得到了很多科研人士的认可。气象雷达接收机前端有两个极其关键的部件，一个是和差网络，还有一个就是预选滤波器，微波滤波器可以分为几个不同的种类，如果我们按照它们的作用来进行分类，那么就可以划分为带通微波滤波器和带阻微波滤波器；相应的，如果按照它们的结构来进行分类，那么就可以划分为同轴线微波滤波器和波导微波滤波器；如果按照它们的功率容量来进行分类，那么就可以划分为大功率微波滤波器和低功率微波滤波器；如果按照它们的频带大小来进行分类，那么就可以划分为宽带微波滤波器和窄带微波滤波器。当代的无线电技术是相当复杂和广泛地，涵盖了许多的科技领域，包括有通信、雷达和电子系统等等，这些都对微波滤波器的发展起到了至关重要的推动作用，常见的滤波器有以下几种：微带滤波器；波导滤波器；腔体滤波器；新型滤波器；这些滤波器分别有各自的优缺点，并且在相当多的领域中得到了很广泛地应用。微带滤波器的尺寸是比较小的，因此加工也比较方便，集成度也很高，经常被我们用于射频电路和微波电路中，波导滤波器是一种无源滤波器，经常应用于大功率和高频段场合，腔体滤波器则是拥有功耗低的优点，也得到了广泛地应用，而随着我们科学技术的不断进步，各种新型的滤波器也就随之而来了，这其中包括陶瓷滤波器和高温超导滤波器等等，这是未来滤波器的一个新型的发展趋势。

总而言之，气象雷达接收机前端技术是一项十分重要的项目，我们一定要加强这一方面的实践和探索，并且要进行分析和总结，从而力求气象雷达技术的创新，为我们的国家的发展而不断努力。

【参考文献】

＊[1]刘伯文.气象雷达接收机前端技术研究[D].西安电子科技大学,2012.

＊[2]刘凯.气象雷达的数字中频接收机系统研究[D].西安电子科技大学,2012.

＊[3]凡守涛.单脉冲气象雷达系统分析与设计[D].西安电子科技大学,2013.