[发明专利]一种使用微波雷达全自动降水测量的系统及方法

权利要求书

1.一种使用微波雷达全自动降水测量的系统，其特征在于：包括微波雷达收发模块，与回波高增益放大模块连接，用于实时监测降水回波信号并传输至回波高增益放大模块；回波高增益放大模块，与降水量分析统计模块连接，用于将降水回波信号放大后进行模数转换传输至降水量分析统计模块；自动增益控制模块，分别与降水量分析统计模块和回波高增益放大模块连接，用于根据降水量分析统计模块中的当前的降水强度对回波高增益放大模块进行自动控制；温湿度监控模块，与降水量分析统计模块连接，用于监控环境温湿度和电路板的实时温度并传输至降水量分系统及模块；降水量分析统计模块，用于接收回波高增益放大模块发送的放大后的回波信号数字量和温湿度监控模块发送的实时板上温度值，并发送实时能量监测值至自动增益控制模块，并对经过自动增益控制后的放大回波信号进行能量检测和多谱勒分析，通过前者标定降水强度，通过后者检测降水类型，还利用温湿度监控模块的测量值对能量统计结果进行修正。

2.如权利要求1所述的使用微波雷达全自动降水测量的系统，其特征在于：所述的系统还包括二次电源模块，所述的二次电源模块输入12V电源，分别输出提供给加热模块的大功率直流电、供模拟电路使用的模拟电和供数字电路使用的数字电。

3.如权利要求1所述的使用微波雷达全自动降水测量的系统，其特征在于：所述的系统还包括日志记录与通信模块，与降水量分析统计模块连接，所述的日志记录与通信模块包括RTC实时时钟和TF读卡器，将降水量分析统计结果及温湿度传感数据等测量结果实时记录在大容量TF卡中，同时，测量结果通过接口或无线网络直接连接至计算机并通过专用的上位机软件接收和分析。

4.如权利要求1所述的使用微波雷达全自动降水测量的系统，其特征在于：所述的系统还包括加热模块，与温湿度监控模块连接。

5.如权利要求1所述的使用微波雷达全自动降水测量的系统，其特征在于：所述的微波雷达收发模块包括收发一体天线、高频压控振荡器和混频器，所述的高频压控振荡器通过收发一体天线对外辐射高频电磁波，所述的混频器将高频压控振荡器发射能量的一小部分耦合至混频器与回波信号进行混频，对外输出回波基带信号。

6.如权利要求1所述的使用微波雷达全自动降水测量的系统，其特征在于：所述的回波高增益放大模块包括依次连接的第一级放大器和第二级放大器和模数转换芯片；所述的第一级放大器和第二级放大器的放大增益的调节通过数控电阻的步进档位控制，经2级放大器输出后即为经过合适放大后的回波能量，由模数转换芯片转换至数字量，提供给自动增益控制模块和降水量分析统计模块。

7.如权利要求1所述的使用微波雷达全自动降水测量的系统，其特征在于：所述的自动增益控制模块根据当前的回波能量强度，通过数控电阻步进控制回波高增益放大模块选择合适的放大倍数。

8.一种应用如权利要求1所述系统的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：微波雷达收发模块接收到降水回波信号后输出回波基带信号；

S2：回波基带信号经回波高增益放大模块放大后转换为数字量信号数据发送至降水量分析统计模块；

S3:降水量分析统计模块结合电路板上温度传感器的实时温度值，通过自动增益控制模块修正真实放大倍数，得到原始回波能量值后，降水量分析统计模块进行能量检测分析，判断是否有降水事件发生；

S3：将降水量分析统计结果连同对应的RTC实时时钟信息共同组成完整的降水统计信息帧，并发送至日志记录与对外通信模块保存至TF卡或传输至外部上位机。

9.如权利要求8所述的测量方法，其特征在于：所述方法还包括根据同一能量检测下对应的多普勒频率进行阈值判断实现对不同降水类型的区分。

10.如权利要求8所述的测量方法，其特征在于：所述的降水量分析统计模块的工作过程具体如下：S1：判断是否收到1s中断，若是，对过去1s内收到的多组基带数据进行带通滤波以滤波带外噪声；

S2：对S1中滤波后的多组基带数据进行2：1数据抽取，作为采样数据；

S3：利用当前电路板上温度修正放大增益系数，对采样数据用该系数进行归一化以得到真实回波信号；

S4：对归一化时域采样数据进行快速傅里叶变换，计算指定频率F1-F2范围内的回波能量累加值E1，E1是否超过设定阈值1，若否，则没有降水事件发生，将降水统计信息发送至日志记录与对外通信模块；若是，则找出快速傅里叶变换后对应的回波强度最大频率分量及临近分量能量值E2；

S5：对E2进行指定窗口大小的中值滤波，得到E3，E3是否连续超过10次超过设定阈值2，若否，则未达可靠阈值条件，认定为异常干扰，不构成降水事件；若是，则降雨事件发生，开始累加E3，记做ACC；

S6：将ACC转换为对应的降水量；获取电路板上实时时钟信息，与降水强度数据共同组成降水统计信息，将降水统计信息发送至日志记录与对外通信模块。