脈衝多普勒氣象雷達信號處理係統研究
基礎科學
作者：於希 周輝
摘 要 脈衝多普勒雷達，是依托多普勒效應，促使其目標檢測能力得到有效提升的一種全相參體製雷達，通過多普勒效應，提取並處理相關的目標信息，其具備極強的速度分辨率，能夠對來自於強地雜波的幹擾進行有效的抑製，最終達到所需的探測效果。文章將對脈衝多普勒氣象雷達的發展情況加以闡述，並對其信號處理的軟硬件設計與實現情況進行分析。
關鍵詞 脈衝多普勒氣象雷達；信號處理；研究
中圖分類號P49 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2014）108-0134-02
0引言
自二戰時期出現雷達以來，經過幾十年的探究與創新，人們對雷達的運用也發生了極大的轉變，例如在1955年，產生了匹配濾波與時域濾波，能夠對處理極為複雜的信號且對雜波進行抑製。隨著科學技術的飛速發展，人類對雷達信號處理係統的研究將逐漸趨於係統化、全麵化，而雷達的運用範圍也將越來越大。
1脈衝多普勒氣象雷達概述
多普勒氣象雷達，是一種通過各種散射體（雨、雲）和雷達兩者之間相對運動，進而產生多普勒效應，最終實現氣象探測目的雷達[1]。這種類型的雷達不僅可以對雲、雨的位置及其強度分布狀況等情況有效的探測，同時還能夠對氣象目標內部質點的運動狀況加以探測。強風暴從最初的形成到最終的消散，都和強風暴內部的質點運動有一定的關聯，然而一般的氣象雷達不能提供該方麵的參數，僅僅隻可對氣象目標的位置及其強度情況進行探測，所以，針對這種情況，美國等國家在上世紀六十年代開始將多普勒技術運用到氣象雷達中，而在八十年代就湧現出不同類型的多普勒氣象雷達。
2雷達信號處理軟硬件設計和實現
2.1軟件設計
多普勒氣象雷達信號處理係統的軟件設計必須經過幾個過程，即距離積累、空間積累、校正直流零漂以及校正距離與強度等，以下將對其展現詳細說明。
1）距離積累：通過數字中頻接收機之後，雷達回波轉化為I/O兩路數字信號，最初應該對采樣信號實行距離積累，使其轉變到400點之內，之後對直流零漂予以消除，以便使最終獲得的信號無直流零漂，且全部方位與距離上增益均相同；
2）空間積累：依據距離門，對以上數據重新排列，之後依據距離門展開空間積累，之後對SQI進行計算，且把這個值和SQI門限相對比，假使比門限小，那麼把最後的結果歸零處理；如果比門限大，那麼對V、W、SNR以及dBZ等進行計算[2]；把SNR和門限進行對比，假使比門限小，那麼把最後的結果歸零處理；如果比門限大，那麼將上述中的計算結果予以輸出；
3）校正直流零漂：在開啟雷達或者是雷達使用一段時期之後，對其直流零漂加以測定。把雷達接收機的輸入端與地麵相連接，收集一些數據，進而測定直流零漂。其中，可以選擇的測定方式有求和，亦或者是FFT計算取零通道。把最終測出來的值儲存起來，便於之後校正直流零漂；
4）校正距離與強度：依據氣象雷達方程，回波能量依據距離平方而逐漸減退，大小相同的氣象目標在近端與遠端，其回波能量是不同的。人們把回波信號依據STC的控製強度與距離平方規律，對其距離加以校正，以便促使回波信號可以將實際的情況體現出來。另外，對於強度的校正，是通過數據處理機控製實行人工校正。