[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

说明书

本发明提供一种使用微波雷达全自动降水测量的系统，包括微波雷达收发模块，用于实时监测降水回波信号；回波高增益放大模块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；温湿度监控模块，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，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。本发明不再受竖直方向风速的干扰，消除了原多普勒测雨雷达测量不稳定，测量精度也得到了提高。

技术领域

本发明主要用于各类自动气象站中，主要涉及雷达信号处理、数字和模拟高速电路、可编程逻辑器件和微处理器软件开发技术，具体涉及一种使用微波雷达全自动降水测量的系统及方法。

背景技术

降水量是气象站最重要的测量功能之一，传统的降水量测量主要基于各种量具实现，如目前最为流行的雨量计主要使用各种翻斗式自动测量技术，虽然无需人工操作，但它固有的机械结构缺陷使得其灵敏度和精度均受到了一定限制，且对降雪、冰雹等形式的降水测量均难以直接支持。

除了机械式雨量计，随着电子技术的迅猛发展，人们也开始寻求直接利用某些电子元器件的特性测量降雨量，目前2种发展前景较好的电子测雨技术分别是压电传感测雨和多普勒高频雷达测量，前者是利用雨水撞击压电材料产生的能量大小不同直接感知降雨大小，优点是算法简单，但受目前材料性能的限制，对强度较弱的降水难以感知或即使能感知但也误差过大，同时也不适合降雪、冰雹等形式的降水测量，多普勒高频雷达测量则是利用收发一体式的天线向天空辐射高频电磁波，当降水发生时，该电磁波（后续称之为回波信号）会被反射回天线并经后续电路检测到，降雨强度不同，对应的雨水下落速度也不同，这会直接影响回波信号的多普勒频率等。因此只要建立起正确的回波多普勒频率与降水量、降水类型的对应关系，就可以实现降水量的实时测量。

总体上看，受工作原理的限制，机械式和压电传感式雨量计的灵敏度和测量精度均在短期内难以有大的提高，而多普勒高频雷达测量的灵敏度相对较高，但它测量的实际上是雨滴和竖直方向风速的合成速度，测量结果容易受到风速的干扰，通常还需要加入一个辅助的风速风向测量装置对其进行修正，也在一定程度上影响了该方案的普及程度。

发明内容

为避免上述问题，提供一种使用微波雷达全自动降水测量的系统及方法。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种使用微波雷达全自动降水测量的系统，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。

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。

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。