[发明专利]一种地基太赫兹测云雷达系统及其探测方法

说明书

一种地基太赫兹测云雷达系统及其探测方法，线性调频信号产生模块产生脉宽可调的线性调频信号，频率综合器模块产生发射激励信号和接收激励信号，太赫兹发射模块产生太赫兹发射信号，太赫兹接收模块将太赫兹回波信号转换为中频信号，中频信号接收处理模块产生基带信号，信号处理模块对基带信号进行信号处理，上位机根据信号处理模块的信号处理结果完成云观测数据反演处理。本发明采用线性调频工作体制且脉宽可调，可以获取较高的距离分辨率，降低对系统发射功率的要求，可以满足地面近距离到远距离的云观测，提供较高云剖面分辨的雷达反射率因子信息，并可进一步获取观测区域云时空云气象宏微观信息，同时也可用于环境中雾霾等微小颗粒的探测。

技术领域

本发明涉及气象雷达主动遥感技术领域，尤其涉及一种地基太赫兹测云雷达系统及其探测方法。

背景技术

云在地气系统中起着非常重要的作用，通过影响太阳对地球的短波辐射和地球向外辐射的长波，影响地气系统的辐射收支平衡；云是成云致雨的主要载体，影响着整个地球的水分循环；云也是影响当前气候研究和天气预报不确定性因素的主要来源。云在主要遥感手段分为被动遥感和主动遥感，其中被动遥感手段可获取云的宏观物理特征，覆盖范围大，纵向和横向分辨率低，主动遥感手段发展较晚，但也取得了较大进展，并得到了广泛的应用。

在过去20多年期间，受硬件技术水平的推动以及云在地球气候扮演决定研究的需求影响，国内外大力推动毫米波(35GHz和94GHz最为典型)云观测雷达的研制，并且这些雷达在云观测上获得了很大的成功，得到了极为广泛的应用。具体说，3毫米波云观测雷达可用于长期观测云雨演化过程，能够获取云剖面宏微观信息以及云内部动力学过程，能够提供较高的空间时间分辨率。云观测雷达发展经历了几个阶段，其中美国ARM毫米波云雷达观测计划标志着毫米波雷达用于气象云观测；CloudSat卫星携带的94GHz云观测雷达标志着全球云观测的开始；计划于2018年发射的EarthCARE卫星携带的94GHz多普勒云观测雷达将标志着全球云动力学观测的开始。而目前世界上已有相关国家在研制太赫兹频段云观测雷达，主要用于解决当前冰云遥感能力不足以及探索该雷达在雾霾等方面的应用，这将表明太赫兹频段云雷达将成为今后云雷达发展的重要方向。

1989年，美国马萨诸塞大学的Mead论述了215GHz雷达系统，并定量观测了层积云和雾的实验，天顶观测距离97-1900m；1990年，Mead等人又研制了225GHz非相参雷达系统，开展了降雪观测；2010年，德国H.Essen等人研制了220GHz全固态测云雷达，将用于降雪和云的探测。我国在“十二五”期间也开展了相关频段云雷达原理样机的研制。然而，迄今为止，没有采用脉冲压缩工作体制、收发分离方式的实用性地基卷云观测雷达的专利。

发明内容

本发明提供一种地基太赫兹测云雷达系统及其探测方法，采用线性调频工作体制且脉宽可调，可以获取较高的距离分辨率，降低对系统发射功率的要求，可以满足地面近距离到远距离的云观测，提供较高云剖面雷达反射率因子信息，并可进一步获取观测区域云时空云气象宏微观信息，同时也可用于环境中雾霾等微小颗粒的探测。

为了达到上述目的，本发明提供一种地基太赫兹测云雷达系统，包含：

线性调频信号产生模块，用于产生脉宽可调的线性调频信号；

频率综合器模块，其电性连接线性调频信号产生模块，用于产生发射激励信号、接收激励信号、二次下变频本振信号和全局时钟信号；

太赫兹发射模块，其电性连接频率综合器模块，用于在发射激励信号的激励下产生太赫兹发射信号；

收发分离天线模块，其电性连接太赫兹发射模块，用于发射太赫兹信号并接收太赫兹回波信号；

太赫兹接收模块，其电性连接收发分离天线模块和频率综合器模块，用于接收太赫兹回波信号，在接收激励信号的激励下将太赫兹回波信号转换为中频信号；