具体实施方式

下面将结合本发明专利的附图，对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明专利一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明专利保护的范围。

根据图1至图7所示，作为实施例所示的一种小型化单片气象雷达设计方法，包括如下步骤：

步骤A：组装单片气象雷达，包括天馈线、发射机接收机组件、信号处理器、伺服系统、频率综合器、显示控制终端，所述天馈线与发射机接收机组件连接，信号处理器分别连接天馈线、伺服系统、频率综合器、显示控制终端，所述信号处理器包括：基于AD9361的数字中频接收机、FPGA电路、ARM电路；所述天馈线包括抛物面天线、微带天线、波导裂缝天线、相控阵天线；发射机接收机组件由发射模块和接收模块组成，发射机接收机组件连接混频单元。天线的主要功能是将发射信号辐射到空间，并且从空间接收反射回波信号，天线可采用多种体制形式，天线设计采用雷达行业成熟的技术。

发射机接收机组件的主要功能是雷达天线接收信号经过低噪声放大后，再将射频信号向下变频到接收中频信号，输出到驱动数字中频接收机。发射组件的功能是将发射中频信号的发射波形向上变频到射频，并对射频信号进行功率放大。

信号处理器包括：基于AD9361的数字中频接收机、FPGA电路、ARM电路三个部分，其中数字中频接收机的主要功能是实现对发射信号调制和接收信号解调，通过对接收中频信号数字化采样，将接收信号经正交下变频后变为基带信号，并输出到信号处理模块，信号处理模块对回波数据进行处理，得到气象数据。

数字中频接收机的另一个功能是将信号处理器产生的发射信号波形变频到中频，产生发射中频波形，发射中频波形输出到发射机接收机组件(发射机接收机组件)，经上变频后产生发射射频信号。

FPGA电路的主要功能是产生发射信号波形，并且对接收的零中频信号进行信号处理。

ARM电路主要实现AD9361相关寄存器的配置控制和通信功能。

步骤B：定义所述AD9361内部两个独立的接收通道和两个独立的发射通道，定义为接收通道RX1，接收通道RX2，发射通道TX1，发射通道TX2；

步骤C：将接收通道RX1和发射通道TX1用于雷达工作模式；接收通道RX2和发射通道TX2用于雷达标定模式，具体为：

雷达工作模式：射频开关S1置于位置2用于选择发射信号，发射波形由T1输出，此时射频开关S2置于位置1用于选择从发射通道耦合的发射脉冲采样信号；发射机接收机组件可变衰减器用于将发射波形采样信号进行衰减，使其位于发射机接收机组件合适的工作量程内，避免接收机通道饱和；在发射触发脉冲的后沿，射频开关S1置于位置1，使雷达处于接收状态；

雷达标定模式：当雷达处于标定模式时，发射通道2用于产生射频标定信号；此时射频开关S1置于位置1用于选择接收信号，标定信号波形由T2输出，此时射频开关S2置于位置2；内部标定由信号处理器产生数字标定信号，经过DAC以及中频滤波器产生中频标定标号；

步骤C：定义中频标定信号从AD9361前端注入，用于标定中频处理电路的通道一致性，中频标定信号经过发射机接收机组件上变频形成射频标定信号，用于从接收通道1的射频前端注入；定义利用AD9361内部零中频检测特性，将输入射频信号经下变频后通过IQ正交支路直接变频到零中频，并进行数字处理，定义AD9361输出数据以50Mbit/s的速率下传到FPGA中，在FPGA中进行匹配滤波处理后，再经过抽取，以12.5MHz的速率通过光网口输出；

步骤D：定义AD9361内部接收通道RX1用于接收信号处理，接收通道RX2用于发射脉冲采样处理，发射通道TX1用于发射信号产生，发射通道TX2用于标定信号产生，实现对RX1通道的标定检测；所述TX2产生的数字标定信号包括噪声源、连续波信号、发射信号的延迟副本。

按照上述的技术方案，本发明公开一个实施例如下：

射频捷变集成芯片AD9361集成了射频混频器和数字处理系统，包含了2×2独立的接收和发射通道；接收本振频率范围为70MHz到6.0GHz，发射本振频率范围为47MHz到6.0GHz。每个通道的带宽为200KHz到56MHz。每个独立通道采用直接变换接收机，将输入射频信号直接变换到基带IQ信号，然后进行数字化。每个接收模块包含独立的AGC直流偏置修正、正交性修正和数字滤波。每个通道包含大动态范围ADC，它将接收的IQ信号数字化，并通过可编程抽取滤波器产生12bit的数字信号。发射通道也使用直接变换结构，可产生误差矢量幅度小于-40dB的发射波形。内部集成了锁相环，可提供低幂次的分数阶频率综合，用于发射通道和接收通道，实施例中，AD9361的工作频率范围最高达5.6GHz，雷达的工作频率在13.6GHz，为了能让AD9361适应雷达的工作频率，需要外接一变频器。变频器工作在13.6GHz，经过本振Lo1混频后，将频率搬移到2.1GHz中频。为了能让AD9361更好地工作，使用外接本振Lo2驱动AD9361，因此，本振需要产生三个信号，即1、第一本振Lo1，频率11.5GHz；2、第二本振Lo2，频率2.1GHz；3、相参时钟信号：10MHz—100MHz；雷达采用Ku波段和X波段一体化设计，不改变本振频率，中频频率，数字中频接收机，信号处理器，只需要将变频器由上变频改成下变频，同时选用相应频段的滤波器，雷达工作频段就可以由Ku波段改为X波段。在本发明中，AD9361内部包含2×2独立的收发模块，使用一个AD9361收发通道(RX2/TX2)用于发射脉冲采样信号处理和标定信号产生。AD9361接收通道RX2用于将发射脉冲采样信号(发射脉冲采样信号)变换到数字基带，并在FPGA中进一步处理，该信号处理仅在发射脉冲期间有效。AD9361的发射通道TX2用于产生中心频率为2.1GHz的中频标定信号，中频标定信号经过发射机接收机组件上变频，产生标定射频标定信号并从接收通道1的射频前端注入接收通道RX1。

在本发明中，雷达天线可采用多种体制形式，根据本发明的一个实施例，雷达采用正馈抛物面天线形式。雷达可按两种基本方式进行配置：单极化，可以是水平极化，也可以是垂直极化，极化方式主要由雷达目标特性决定，对气象雷达来说，一般选择水平极化形式。双极化，同时包含水平极化和垂直垂直极化两种形式，天线采用双极化馈源，这属于本领域的常规技术手段。

本发明的发射机接收机组件由发射模块和接收模块组成，收、发模块采用独立设计，各自具有独立的混频单元(对于发射模块，混频器是上变频器，对于接收模块，混频器是下变频器)，收发模块用同一个本振信号Lo1进行驱动。

在信号处理器中，数字中频接收机对中频信号进行AD采样，并将中频信号变化到零中频，输出的(I,Q)数据，信号处理器依靠经典的气象信号处理算法进行气象目标参数的估计和格式化，气象信号处理算法属于成熟的技术，雷达采用数字脉冲压缩方式，分两级抽取，第一级抽取在AD9361中进行，抽取后的速率为25MHz；第二级脉冲压缩处理在FPGA中进行，信号处理器硬件以25MHz的速率进行脉冲压缩，然后以两倍率抽取，以12.5MHz的速率通过光网口传输。

雷达采用长脉冲波形可以提高探测能力，但是存在较大的近距离盲区。为消除盲区的影响，可以采用长短脉冲链接的方式，长短脉冲具有不同的载波频率，总的带宽要求为B1+B2+BG＝B。其中B1是第一个脉冲的带宽，B2是第二个脉冲的带宽，BG为保护带宽。

气象目标具有很大的动态范围，雷达工作于近距离模式时存在较强的二次回波干扰，为了消除二次回波，雷达可以采样发射相位编码信号方式抑制二次回波，根据相位编码信号产生框图，雷达工作波形可以是相位编码波形，也可以不采用相位编码波形。

本发明的技术方案中，可以通过更改信号处理算法变更雷达功能，即将信号处理器中的气象信号处理算法改变为雷达行业成熟的点目标处理算法，可将气象雷达改造成点目标检测雷达，用于点目标侦测。本发明的射频电路可以替换，在不改变雷达其它部分的情况下，可实现雷达工作频率的切换，雷达可工作于S波段，C波段，X波段，Ku波段，K波段，Ka波段，V波段，W波段；通过对将馈源改造成双极化馈源，增加一个完全一致的接收和发射通道，可将雷达扩展成双极化雷达。

以上所述，仅为本发明专利的具体实施方式，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。任何采用升级芯片AD9371及同类芯片设计的小型化单片雷达，属于本专利的保护范围。