氣象雷達接收機前端技術

作者/師傳宏，民航廣西空管分局

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氣象雷達接收機前端技術

作者/師傳宏，民航廣西空管分局

文章摘要：隨著時代的發展，我國的科學技術水平愈加進步，國家對于氣象專業也是十分地重視，氣象雷達接收技術的發展對于我國的氣象預測具有著極其重要的作用，因此，我們必須要在這個方面投入足夠的精力，本文針對氣象雷達接收機前端技術展開了一系列的具體實踐和探討研究，而且也對單脈沖形式的氣象雷達相關的工作原理進行了細致的分析和研究，并進行了相關的論述。在本文中，也有對于氣象雷達接收機前端機械電子裝備的研究，尤其是和差網絡和特殊的預選濾波器，希望能夠給予相關的技術人員提供一定的幫助和支持。

關鍵詞：氣象雷達；接收機；前端技術

1.傳統與新型氣象雷達接收技術的介紹

在我國傳統的雷達角度測量之中，包含有兩種主要的機制，一是圓錐掃描，而是順序波束轉換。這兩種方法有著很大的優點，同時也存在著一定的缺陷，有待改進。當饋源圍繞雷達天線的中軸線進行360度的旋轉之后，雷達才能夠判別目標的方向，從而大大限制了跟蹤目標的速度，從而造成雷達效率不高。當我們進行波束掃描時，觀察目標的運動狀態可能會發生很大的變化，從而造成雷達接受的回波信號起伏較大，幅度波動大了之后，誤差信號就會考慮到調幅干擾，因此會進一步地降低跟蹤目標的精確度和速度，除此之外，由于跟蹤的目標較遠，目標可能會發生閃爍，而且大氣層的穩定性不是很好，所以這些因素也可能會造成回波信號的變化，從而會引起比較大的誤差。二十一世紀以來，科學技術突飛猛進，火箭、導彈和衛星技術的發展都讓我們對于氣象雷達的要求有了巨大的變化，主要就是體現在跟蹤距離的延長，跟蹤精度的精密，跟蹤速度的加快和抗干擾能力的大大提升，因此，這兩種方法已經不能夠很好地適應當今時代的科學發展要求。

利用單脈沖來進行角度測量一般都是采取波瓣比較法，也就是對單脈沖天線進行設置，讓其在同一時間能夠產生多個波束，然后用多個相對獨立的接受器來接收回波信號，并且把這些信號進行數據處理和比較分析，從而獲取測量目標的角誤差的信息。相比較于傳統的雷達定位方式，這種定位方法具有著巨大的開發潛力，也有著極大的優點：1、能夠大大較少由于閃爍而引起的巨大幅度變化造成的誤差。2、在脈沖天線發出的多個信號中，每個脈沖都包含著相關的角度信息和目標距離信息，從而能夠優化數據分析。3、在我們進行目標的探測時，不需要裝備進行機械性重復性的擺動。

2.國內外氣象雷達接收機前端技術的研究

作為大氣監測的一個極為重要的手段，氣象雷達一直發揮著極其重要的作用，尤其是當我們面臨突發的地質災害時，氣象雷達更是可以方便我們的救援工作和布置工作，所以說，氣象雷達不但可以對災害地區進行監測，而且可以對相關的一些災害進行預測和報警，在當今世界，大約有一千多個氣象雷達監測站，足以看出世界各國對于氣象雷達接收技術的看重。

在氣象雷達的發展歷史當中，主要是分為三個重要的階段，第一個階段為二十世紀30年代到50年代，第二階段是二十世紀60年代到80年代，第三階段是二十世紀90年代到至今，在近二十年中，氣象雷達技術發生了很大的變化，多普勒雷達得到了科學家們的廣泛應用，尤其是在大氣遙感探測中發揮了至關重要的作用，例如，我們可以用多普勒氣象雷達進行局部地區降水量的探測，也可以進行大氣湍流的探測等等。

關于氣象雷達的研究，國外進行的比較早，而國內的研究則是稍微地落后于國外，從當代的氣象雷達發展形勢來看，氣象雷達正面臨著新型的發展方向，那就是多功能和多參數，也就是說，以后的一部雷達會具備比較全面的功能，可以達到多種方面的監測效果。在我們國家，氣象雷達的發展大體經歷了三個比較具體的發展階段，一是模擬氣象雷達階段，二是數字氣象雷達階段，最后就是多普勒氣象雷達階段，這三個階段讓我國的氣象雷達領域由落后層次跨入到了先進層次。對于模擬氣象雷達，我國對它的研究是從二十世紀六十年代開始的，到了八十年代以后，我們就逐漸形成了龐大的氣象雷達觀測網絡，從而為災害性氣象提供了預警，對于沿海地區的安全起到了極其重要的作用，而且也大大加強了我國的氣象作業能力。數字氣象雷達的原理主要是運用先進的計算機技術，對雷達接收到了回波信號進行分析和處理，從而生成各種預警結果，增強了我國的氣象預警能力。

3.氣象雷達接受機前端的探索

氣象雷達的機制一般是比較固定的，大部分都是采取的單脈沖信號機制，和差網絡又是其中的一個十分重要的部分。在傳統的和差網絡中，大部分都是采取的波導結構而進行工作的，所以，工作部分的體積比較大，相應的，加工起來的困難度也是很大，到今天為止也就很少被采用了。但是和差網絡則沒有這些缺點，由于和差網絡一般是平面結構的，所以它的加工就比較方便，而且成本也很低廉，因此應用也就比較廣泛，得到了很多科研人士的認可。氣象雷達接收機前端有兩個極其關鍵的部件，一個是和差網絡，還有一個就是預選濾波器，微波濾波器可以分為幾個不同的種類，如果我們按照它們的作用來進行分類，那么就可以劃分為帶通微波濾波器和帶阻微波濾波器；相應的，如果按照它們的結構來進行分類，那么就可以劃分為同軸線微波濾波器和波導微波濾波器；如果按照它們的功率容量來進行分類，那么就可以劃分為大功率微波濾波器和低功率微波濾波器；如果按照它們的頻帶大小來進行分類，那么就可以劃分為寬帶微波濾波器和窄帶微波濾波器。當代的無線電技術是相當復雜和廣泛地，涵蓋了許多的科技領域，包括有通信、雷達和電子系統等等，這些都對微波濾波器的發展起到了至關重要的推動作用，常見的濾波器有以下幾種：微帶濾波器；波導濾波器；腔體濾波器；新型濾波器；這些濾波器分別有各自的優缺點，并且在相當多的領域中得到了很廣泛地應用。微帶濾波器的尺寸是比較小的，因此加工也比較方便，集成度也很高，經常被我們用于射頻電路和微波電路中，波導濾波器是一種無源濾波器，經常應用于大功率和高頻段場合，腔體濾波器則是擁有功耗低的優點，也得到了廣泛地應用，而隨著我們科學技術的不斷進步，各種新型的濾波器也就隨之而來了，這其中包括陶瓷濾波器和高溫超導濾波器等等，這是未來濾波器的一個新型的發展趨勢。

總而言之，氣象雷達接收機前端技術是一項十分重要的項目，我們一定要加強這一方面的實踐和探索，并且要進行分析和總結，從而力求氣象雷達技術的創新，為我們的國家的發展而不斷努力。

【參考文獻】

＊[1]劉伯文.氣象雷達接收機前端技術研究[D].西安電子科技大學,2012.

＊[2]劉凱.氣象雷達的數字中頻接收機系統研究[D].西安電子科技大學,2012.

＊[3]凡守濤.單脈沖氣象雷達系統分析與設計[D].西安電子科技大學,2013.