双偏振雷达天线接收系统
阅读说明：本技术 双偏振雷达天线接收系统 (Dual polarization radar antenna receives system ) 是由 孔石华 许海川 陈玉龙 于 2019-08-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种双偏振雷达天线接收系统,通过将接收机安装在雷达天线的俯仰关节的平衡支臂上,它包含性能参数基本一致的水平接收通道与垂直接收通道,实现射频到中频的变换,再经过A/D变换后送入DRSP进行计算,减小了信号从天线传输到接收机柜内的这段路径损耗。(The present invention relates to a kind of dual polarization radar antennas to receive system, on balance support arm by the pitching joint that receiver is mounted on to radar antenna, it includes the almost the same horizontal receiving channel of performance parameter and vertical reception channel, realize the transformation of radio frequency to intermediate frequency, it is sent into DRSP after converting using A/D to be calculated, reduces signal from antenna transmission to this section of path loss received in cabinet.)
技术领域
本发明涉及雷达领域，具体涉及一种双偏振雷达天线接收系统。
背景技术
雷达接收机是雷达系统的重要组成部分，主要功能是对雷达天线接收到的微弱信号进行预选、放大、变频、滤波、解调和数字化处理，同时抑制外部的干扰杂波以及机内噪声，使回波信号尽可能多的保持目标信息，以便进一步信号处理和数据处理。
其按功能可分为微波接收单元、温控器单元和电源与控制单元三个部分，各部分功能及组成如下：
微波接收单元：接收目标回波信号，进行低噪声放大，并与本振信号进行混频，下变频输出中频信号。噪声源产生的白噪声信号通过测试通道注入到接收通道。保护开关在发射期间关断，避免发射泄露信号烧毁接收通道器件。
温控器单元：由温控器及隔热密封装置组成。温控器提供组件冷却需要的冷量。隔热及密封装置解决气体传热、固体传热实现微波组件冷却需要的温度环境。
电源与控制单元：提供微波单元及温控器需要的电源及对温控器进行温度控制，使微波单元工作在恒定的温度环境；实时将系统的工作状态参数上报终端计算机，并且实时对系统的工作参数进行在线监控。
现有技术的缺点在于：接收机部分位于雷达机房内的接收机柜，其分布方式如图1所示，该方案的缺点在于回波信号在馈线系统的传输损耗较大；双路旋转关节等器件的指标起伏对双线偏振参数的影响较大，影响双线偏振探测精度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双偏振雷达天线接收系统，通过将接收机安装在雷达天线的俯仰关节的平衡支臂上，它包含性能参数基本一致的水平接收通道与垂直接收通道，实现射频到中频的变换，再经过A/D变换后送入DRSP进行计算，减小了信号从天线传输到接收机柜内的这段路径损耗。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种双偏振雷达天线接收系统，该系统由室内部分和室外部分组成，所示室外部分安装在雷达天线转台两侧的平衡支臂上；
所述室外部分包括：
由定向耦合器H1、移相器H、环形器H、TRL管_H、PIN开关_H、接收机_H依次连接组成的H线极化回波接收通道；
由定向耦合器V1、衰减器V、环形器V、TRL管_V、PIN开关_V、接收机_V依次连接组成的V线极化回波接收通道；
还包括DRSP、***A、功分器、波导开关、定向耦合器B，所述接收机_H和接收机_V分别连接至DRSP，所述DRSP连接至***A；
所述定向耦合器B通过所述波导开关连接至所述功分器，所述功分器一路连接至环形器V，另一路通过所述波导开关连接至所述环形器H；
所述室内部分包括上位机、***B、定向耦合器A、谐波滤波器、KLY，所述***B用于接收所述***A的气象信息并上传至所述上位机；
所述KLY、谐波滤波器、定向耦合器A依次连接，其输出信号依次通过所述雷达天线的方位旋转关节、俯仰旋转关节与所述定向耦合器B连接。
进一步的，所述TRL管_H和TRL管_V是放电保护管。
进一步的，所述室外部分封装于雷达舱体内，所述雷达舱体上设置有一个TEC恒温装置，所述TEC恒温装置由半导体制冷片、热端散热翅、散热风扇、电源、温度传感器、金属冷板组成；
所述金属冷板、半导体制冷片、热端散热翅、散热风扇依次重叠安装，所述金属冷板紧贴被冷器件，所述温度传感器安装于金属冷板或被冷器件表面，由温控器对所述半导体制冷片的制冷温度进行设定，并通过所述温度传感器的温度反馈进行闭环调节，以达到制冷恒温。
进一步的，所述雷达舱体的外部温度为-40℃～+60℃，其内部温度为20℃～30℃，温控精度≤±0.5℃。
本发明的有益效果是：采用安装在天线的接收机方案，拆除了接收机柜内的接收机组件，在天线俯仰关节的平衡支臂上增加接收机单元。它包含性能参数基本一致的水平接收通道与垂直接收通道，实现射频到中频的变换，再经过A/D变换后送入DRSP进行计算。优点是减小了信号从天线传输到接收机柜内的这段路径损耗。一方面降低了电缆的插损、驻波和相位造成的H和V二个通道特性不一致对双线偏振参数测量的影响；另一方面，由于回波信号传输路径缩短，衰减减少，降低了双通道信号被外界或是互相电磁干扰的机会，提高了信号的质量，还有利于雷达对弱信号的检测；同时也避免了方位和仰角旋转关节引起的幅度和相位误差影响。发射机通过单路方位关节后功分成H和V二个通道，避免了双路关节旋转时幅度相位随机不一致引入的随机误差。
安装在天线的接收机方案还采用了密封性能良好的接收机箱，而且箱内用半导体温控制冷技术来保证接收机工作在恒定的温度环境，以有效地减小温度变化对馈线和接收通道的影响，提高了接收机的增益和相位稳定性。
附图说明
图1为现有技术组成示意图；
图2为本发明组成示意图；
图3为接收机单元框图；
图4为接收单元原理框图；
图5为TEC制冷器制冷特性曲线；
图6为数据采集与处理流程图；
图7为TEC温控器工作系统框图；
图8为TEC恒温装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图2所示，一种双偏振雷达天线接收系统，该系统由室内部分和室外部分组成，所示室外部分安装在雷达天线转台两侧的平衡支臂上；
室外部分包括：
由定向耦合器H1、移相器H、环形器H、TRL管_H、PIN开关_H、接收机_H依次连接组成的H线极化回波接收通道；
由定向耦合器V1、衰减器V、环形器V、TRL管_V、PIN开关_V、接收机_V依次连接组成的V线极化回波接收通道；
还包括DRSP、***A、功分器、波导开关、定向耦合器B，接收机_H和接收机_V分别连接至DRSP，DRSP连接至***A；
定向耦合器B通过波导开关连接至功分器，功分器一路连接至环形器V，另一路通过波导开关连接至环形器H；
室内部分包括上位机、***B、定向耦合器A、谐波滤波器、KLY，***B用于接收***A的气象信息并上传至上位机；
KLY、谐波滤波器、定向耦合器A依次连接，其输出信号依次通过雷达天线的方位旋转关节、俯仰旋转关节与定向耦合器B连接。
工作原理说明：本方案分别将来自天线的H和V线极化回波的射频信号进行放大、滤波、变频、数字量化和信号预处理，为信号处理器提供两路数字中频信号来提取气象信息。
围绕雷达整机全相参、双偏振的性能要求；频率合成器提供已脉冲调制的微波信号，作为发射机的激励信号，提供信号处理器采样时钟信号，实现雷达整机的全相参功能。
接收机的信号通道完成模拟和数字接收处理工作；通道由接收前端（模拟部分）和数字中频接收（DRSP）两部分组成。组成框图如图3所示。
接收信号通道由PIN开关、低噪放、预选滤波器、混频中放等组成。
来自天线的回波信号经过放大，下变频，得到30MHz模拟中频回波信息，送入DRSP进行ADC转换、数字下变频等处理输出数据流。
由频率合成器产生的测试信号，是系统的标校测试信号源，由功分开关组合和数控衰减器，组成了测试信号传输和功率控制通道。在终端控制下，系统能够在线完成两路接收通道的幅相校平，实现自动在线标校工作。
其中微波接收单元电路如图4所示，接收通道实现将射频信号放大、滤波、下变频至中频信号，提供给后级ADC进行数字量化及信号预处理。由PIN开关、低噪声放大器、带通滤波器、混频器、中频放大器等组成。
PIN开关用于内插测试信号，以达到对接收通道的检测功能；低噪声放大器降低接收机噪声系数，大大提高了接收机的灵敏度；滤波器使回波信号顺利通过，对带外的干扰、噪声及镜像频率信号有较高的抑制；混频器对通过放大滤波的射频信号与本振信号混频后产生30MHz中频信号；中频放大器将混频输出的中频信号进行低噪声放大。
由频率合成器、数控衰减器、开关组合、噪声源、延迟线组成了系统的测试信号通道，用于传输和选择不同信号和不同路径，其中的数控衰减器用于改变测试信号功率大小。采用标准固体噪声源将噪声信号分别注入两信号通道，测量系统噪声系数，检验接收机两通道的小信号检测能力；将发射机输出信号经微波延迟线延迟放大后，分别注入两信号通道，测量雷达系统的相位稳定度，检查系统的相干性；将发射耦合BURST信号分别内***两信号通道，用于两路信号通道间的幅相校平；作为KD信号，用于强度标校告警。
控制单元是对接收机的工作进行程序控制，监控接收机工作状态，对接收机各部分反馈的故障信号进行分析、判断、处理。
控制单元通过串口通讯方式接收雷达主监控发出的控制信号，并实时向雷达主监控传输监测信号和故障信号。
监控采集由监控模块和接收单元内部的独立检测电路组成。监控模块用于接收单元的检测与监控。主要完成四部分功能：一是将接收机使用的直流电压和场放电流、射频、中频检波信号进行A/D采样；二是为接收机送出控制码；三对接收机的状态信号进行监测；四是将各部分的监测结果通过串口送往终端，并接收终端发来的控制命令。
接收机输出的检测信号，分为射频功率检测信号、电压采样信号、电流采样信号，温度采样信号，它们可分别从各自的检测采样点取出，检测点信息通过传感器转为电压，再由ADC量化成数字信号，最后由处理器转为串行数据，数据采集与处理流程如图6。
作为一种优选实施例，TRL管_H和TRL管_V是放电保护管，室外部分封装于雷达舱体1内，雷达舱体1上设置有一个TEC恒温装置，如图8所示，TEC恒温装置由半导体制冷片2、热端散热翅3、散热风扇4、电源5、温度传感器7、金属冷板8组成；金属冷板8、半导体制冷片2、热端散热翅3、散热风扇4依次重叠安装，金属冷板8紧贴被冷器件6，这里的被冷器件6就是指接收通道，更为具体是接收通道的低噪声放大器，温度传感器7安装于金属冷板8或被冷器件6表面，由温控器对半导体制冷片2的制冷温度进行设定，半导体制冷片2的制冷特性参考图5所示。并通过温度传感器7的温度反馈进行闭环调节，以达到制冷恒温，雷达舱体1的外部温度为-40℃～+60℃，其内部温度为20℃～30℃，温控精度≤±0.5℃。
温控器的组成框图如图7所示，TEC温控器通过保温箱体内的温度传感器获取当前环境温度，温度采样模拟信号经放大滤波电路和A/D采样电路至单片机主控芯片，采用温度控制算法与设定温度值比较，用于调整TEC制冷器直流驱动电路的极性和输出功率，达到切换制冷/加热及温度控制的目的。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。