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(shí)代的發(fā)展，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)水平愈加進(jìn)步，國(guó)家對(duì)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(duì)于我國(guó)的氣象預(yù)測(cè)具有著極其重要的作用，因此，我們必須要在這個(gè)方面投入足夠的精力，本文針對(duì)氣象雷達(dá)接收機(jī)前端技術(shù)展開了一系列的具體實(shí)踐和探討研究，而且也對(duì)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(duì)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(guó)傳統(tǒng)的雷達(dá)角度測(cè)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(diǎn)，同時(shí)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(shí)，觀察目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可能會(huì)發(fā)生很大的變化，從而造成雷達(dá)接受的回波信號(hào)起伏較大，幅度波動(dòng)大了之后，誤差信號(hào)就會(huì)考慮到調(diào)幅干擾，因此會(huì)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(huì)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(huì)造成回波信號(hào)的變化，從而會(huì)引起比較大的誤差。二十一世紀(jì)以來(lái)，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(duì)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(zhǎng)，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(shí)代的科學(xué)發(fā)展要求。

利用單脈沖來(lái)進(jìn)行角度測(cè)量一般都是采取波瓣比較法，也就是對(duì)單脈沖天線進(jìn)行設(shè)置，讓其在同一時(shí)間能夠產(chǎn)生多個(gè)波束，然后用多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的接受器來(lái)接收回波信號(hào)，并且把這些信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和比較分析，從而獲取測(cè)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(diǎn)：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(gè)信號(hào)中，每個(gè)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(cè)時(shí)，不需要裝備進(jìn)行機(jī)械性重復(fù)性的擺動(dòng)。

2.國(guó)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(cè)的一個(gè)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(shí)，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(shuō)，氣象雷達(dá)不但可以對(duì)災(zāi)害地區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而且可以對(duì)相關(guān)的一些災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)和報(bào)警，在當(dāng)今世界，大約有一千多個(gè)氣象雷達(dá)監(jiān)測(cè)站，足以看出世界各國(guó)對(duì)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(gè)重要的階段，第一個(gè)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(cè)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(cè)，也可以進(jìn)行大氣湍流的探測(cè)等等。

關(guān)于氣象雷達(dá)的研究，國(guó)外進(jìn)行的比較早，而國(guó)內(nèi)的研究則是稍微地落后于國(guó)外，從當(dāng)代的氣象雷達(dá)發(fā)展形勢(shì)來(lái)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(shuō)，以后的一部雷達(dá)會(huì)具備比較全面的功能，可以達(dá)到多種方面的監(jiān)測(cè)效果。在我們國(guó)家，氣象雷達(dá)的發(fā)展大體經(jīng)歷了三個(gè)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(gè)階段讓我國(guó)的氣象雷達(dá)領(lǐng)域由落后層次跨入到了先進(jìn)層次。對(duì)于模擬氣象雷達(dá)，我國(guó)對(duì)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(cè)網(wǎng)絡(luò)，從而為災(zāi)害性氣象提供了預(yù)警，對(duì)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(guó)的氣象作業(yè)能力。數(shù)字氣象雷達(dá)的原理主要是運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)雷達(dá)接收到了回波信號(hào)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(guó)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(hào)機(jī)制，和差網(wǎng)絡(luò)又是其中的一個(gè)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(lái)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(méi)有這些缺點(diǎn)，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(gè)極其關(guān)鍵的部件，一個(gè)是和差網(wǎng)絡(luò)，還有一個(gè)就是預(yù)選濾波器，微波濾波器可以分為幾個(gè)不同的種類，如果我們按照它們的作用來(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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(wú)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(duì)微波濾波器的發(fā)展起到了至關(guān)重要的推動(dòng)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(diǎn)，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(wú)源濾波器，經(jīng)常應(yīng)用于大功率和高頻段場(chǎng)合，腔體濾波器則是擁有功耗低的優(yōu)點(diǎn)，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(lái)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(lái)濾波器的一個(gè)新型的發(fā)展趨勢(shì)。

總而言之，氣象雷達(dá)接收機(jī)前端技術(shù)是一項(xiàng)十分重要的項(xiàng)目，我們一定要加強(qiáng)這一方面的實(shí)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(guó)家的發(fā)展而不斷努力。

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