氣象雷達(dá)接收機(jī)前端技術(shù)

作者/師傳宏，民航廣西空管分局

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氣象雷達(dá)接收機(jī)前端技術(shù)

作者/師傳宏，民航廣西空管分局

文章摘要：隨著時代的發(fā)展，我國的科學(xué)技術(shù)水平愈加進(jìn)步，國家對于氣象專業(yè)也是十分地重視，氣象雷達(dá)接收技術(shù)的發(fā)展對于我國的氣象預(yù)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(dá)接收機(jī)前端技術(shù)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(dá)相關(guān)的工作原理進(jìn)行了細(xì)致的分析和研究，并進(jìn)行了相關(guān)的論述。在本文中，也有對于氣象雷達(dá)接收機(jī)前端機(jī)械電子裝備的研究，尤其是和差網(wǎng)絡(luò)和特殊的預(yù)選濾波器，希望能夠給予相關(guān)的技術(shù)人員提供一定的幫助和支持。

關(guān)鍵詞：氣象雷達(dá)；接收機(jī)；前端技術(shù)

1.傳統(tǒng)與新型氣象雷達(dá)接收技術(shù)的介紹

在我國傳統(tǒng)的雷達(dá)角度測量之中，包含有兩種主要的機(jī)制，一是圓錐掃描，而是順序波束轉(zhuǎn)換。這兩種方法有著很大的優(yōu)點，同時也存在著一定的缺陷，有待改進(jìn)。當(dāng)饋源圍繞雷達(dá)天線的中軸線進(jìn)行360度的旋轉(zhuǎn)之后，雷達(dá)才能夠判別目標(biāo)的方向，從而大大限制了跟蹤目標(biāo)的速度，從而造成雷達(dá)效率不高。當(dāng)我們進(jìn)行波束掃描時，觀察目標(biāo)的運動狀態(tài)可能會發(fā)生很大的變化，從而造成雷達(dá)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(diào)幅干擾，因此會進(jìn)一步地降低跟蹤目標(biāo)的精確度和速度，除此之外，由于跟蹤的目標(biāo)較遠(yuǎn)，目標(biāo)可能會發(fā)生閃爍，而且大氣層的穩(wěn)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(jì)以來，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，火箭、導(dǎo)彈和衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展都讓我們對于氣象雷達(dá)的要求有了巨大的變化，主要就是體現(xiàn)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(jīng)不能夠很好地適應(yīng)當(dāng)今時代的科學(xué)發(fā)展要求。

利用單脈沖來進(jìn)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(jìn)行設(shè)置，讓其在同一時間能夠產(chǎn)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(jìn)行數(shù)據(jù)處理和比較分析，從而獲取測量目標(biāo)的角誤差的信息。相比較于傳統(tǒng)的雷達(dá)定位方式，這種定位方法具有著巨大的開發(fā)潛力，也有著極大的優(yōu)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(fā)出的多個信號中，每個脈沖都包含著相關(guān)的角度信息和目標(biāo)距離信息，從而能夠優(yōu)化數(shù)據(jù)分析。3、在我們進(jìn)行目標(biāo)的探測時，不需要裝備進(jìn)行機(jī)械性重復(fù)性的擺動。

2.國內(nèi)外氣象雷達(dá)接收機(jī)前端技術(shù)的研究

作為大氣監(jiān)測的一個極為重要的手段，氣象雷達(dá)一直發(fā)揮著極其重要的作用，尤其是當(dāng)我們面臨突發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害時，氣象雷達(dá)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(dá)不但可以對災(zāi)害地區(qū)進(jìn)行監(jiān)測，而且可以對相關(guān)的一些災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測和報警，在當(dāng)今世界，大約有一千多個氣象雷達(dá)監(jiān)測站，足以看出世界各國對于氣象雷達(dá)接收技術(shù)的看重。

在氣象雷達(dá)的發(fā)展歷史當(dāng)中，主要是分為三個重要的階段，第一個階段為二十世紀(jì)30年代到50年代，第二階段是二十世紀(jì)60年代到80年代，第三階段是二十世紀(jì)90年代到至今，在近二十年中，氣象雷達(dá)技術(shù)發(fā)生了很大的變化，多普勒雷達(dá)得到了科學(xué)家們的廣泛應(yīng)用，尤其是在大氣遙感探測中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，例如，我們可以用多普勒氣象雷達(dá)進(jìn)行局部地區(qū)降水量的探測，也可以進(jìn)行大氣湍流的探測等等。

關(guān)于氣象雷達(dá)的研究，國外進(jìn)行的比較早，而國內(nèi)的研究則是稍微地落后于國外，從當(dāng)代的氣象雷達(dá)發(fā)展形勢來看，氣象雷達(dá)正面臨著新型的發(fā)展方向，那就是多功能和多參數(shù)，也就是說，以后的一部雷達(dá)會具備比較全面的功能，可以達(dá)到多種方面的監(jiān)測效果。在我們國家，氣象雷達(dá)的發(fā)展大體經(jīng)歷了三個比較具體的發(fā)展階段，一是模擬氣象雷達(dá)階段，二是數(shù)字氣象雷達(dá)階段，最后就是多普勒氣象雷達(dá)階段，這三個階段讓我國的氣象雷達(dá)領(lǐng)域由落后層次跨入到了先進(jìn)層次。對于模擬氣象雷達(dá)，我國對它的研究是從二十世紀(jì)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(dá)觀測網(wǎng)絡(luò)，從而為災(zāi)害性氣象提供了預(yù)警，對于沿海地區(qū)的安全起到了極其重要的作用，而且也大大加強(qiáng)了我國的氣象作業(yè)能力。數(shù)字氣象雷達(dá)的原理主要是運用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)，對雷達(dá)接收到了回波信號進(jìn)行分析和處理，從而生成各種預(yù)警結(jié)果，增強(qiáng)了我國的氣象預(yù)警能力。

3.氣象雷達(dá)接受機(jī)前端的探索

氣象雷達(dá)的機(jī)制一般是比較固定的，大部分都是采取的單脈沖信號機(jī)制，和差網(wǎng)絡(luò)又是其中的一個十分重要的部分。在傳統(tǒng)的和差網(wǎng)絡(luò)中，大部分都是采取的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)而進(jìn)行工作的，所以，工作部分的體積比較大，相應(yīng)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(wǎng)絡(luò)則沒有這些缺點，由于和差網(wǎng)絡(luò)一般是平面結(jié)構(gòu)的，所以它的加工就比較方便，而且成本也很低廉，因此應(yīng)用也就比較廣泛，得到了很多科研人士的認(rèn)可。氣象雷達(dá)接收機(jī)前端有兩個極其關(guān)鍵的部件，一個是和差網(wǎng)絡(luò)，還有一個就是預(yù)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(jìn)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(yīng)的，如果按照它們的結(jié)構(gòu)來進(jìn)行分類，那么就可以劃分為同軸線微波濾波器和波導(dǎo)微波濾波器；如果按照它們的功率容量來進(jìn)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(jìn)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(dāng)代的無線電技術(shù)是相當(dāng)復(fù)雜和廣泛地，涵蓋了許多的科技領(lǐng)域，包括有通信、雷達(dá)和電子系統(tǒng)等等，這些都對微波濾波器的發(fā)展起到了至關(guān)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(dǎo)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(yōu)缺點，并且在相當(dāng)多的領(lǐng)域中得到了很廣泛地應(yīng)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(jīng)常被我們用于射頻電路和微波電路中，波導(dǎo)濾波器是一種無源濾波器，經(jīng)常應(yīng)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(yōu)點，也得到了廣泛地應(yīng)用，而隨著我們科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)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(dǎo)濾波器等等，這是未來濾波器的一個新型的發(fā)展趨勢。

總而言之，氣象雷達(dá)接收機(jī)前端技術(shù)是一項十分重要的項目，我們一定要加強(qiáng)這一方面的實踐和探索，并且要進(jìn)行分析和總結(jié)，從而力求氣象雷達(dá)技術(shù)的創(chuàng)新，為我們的國家的發(fā)展而不斷努力。

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