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1、第25卷第3期成都信息工程学院学报Vol.25No.32010年6月JOURNALOFCHENGDUUNIVERSITYOFINFORMATIONTECHNOLOGYJun.2010文章编号:1671-1742(2010)03-0237-05天气雷达数据处理系统的设计与实现11112朱毅,何建新,李飞,王中科,靳小兵(1.成都信息工程学院,四川成都610225;2.四川省防雷中心,四川成都610072)摘要:天气雷达数据处理系统是/全国天气雷达终端更新0项目的关键,其目的就是要实现雷达回波信号的高速采集与
2、处理、天线控制、实时显示与存储、回波强度定标等功能。设计中,利用复杂可编程逻辑器件(CPLD)和QuartusII设计软件,产生各种复杂的时序逻辑控制时钟,协调信号处理器、天线控制器中各功能电路的工作。实现的数据处理系统达到了系统的技术指标,通过实际使用证明,系统性能稳定可靠、结构简单、界面友好、操作方便、便于升级,完全能够实时、高效地处理常规天气雷达信号。关键词:天气雷达;数据处理系统;信号处理器;天线控制器中图分类号:TN959.4文献标识码:A1引言天气雷达在气象短临预报、防灾减灾等方面发挥了不可低
3、估的作用。目前,全国布设完成了158部多普勒天气雷达,与此同时,仍有一大批常规天气雷达和数字化天气雷达还在使用。数字化雷达的改造和多普勒雷达的建设,在我国气象业务和科研中发挥了重要作用。由于多种原因,我国业务天气雷达终端的型号繁多,且在技术标准上存在很大差异,信号处理方法,数据格式规定,产品种类和生成方法,以及资料存储格式和方法都不相同,有的信号和数据处理出现错误,观测数据失真,给正常业务观测,组网拼图、数据共享以及重大科学试验带来困难和[1]损失。另一方面,超大规模集成电路以其卓越的性能和价格优势,在现
4、代电子产品的研制生产中被广泛采用。为此,中国气象局实施了/全国天气雷达终端更新0项目,对数字化天气雷达进行更新改造,以确保能正确地处理观测数据,统一雷达产品的数据格式,满足全国天气雷达组网拼图、数据交换、资料共享的需求。/天气雷达数据处理系统0是更新项目的一个重要组成部分,主要完成雷达回波的采集与处理、天线控制、实时显示与存储、回波强度定标等功能,为雷达数据的后续处理,生成实用的预报产品提供支持。天气雷达数据处理系统包含信号处理器、天线控制器、系统处理软件等部分。2方案选择与系统技术指标2.1方案选择系统
5、担负着雷达回波的实时采集和显示,雷达参数和回波数据的标定以及天线运行状态的控制等工作,其稳定、可靠地运行将直接影响整个项目的成败。经过充分的分析、调研和比较,决定采用如下技术方案:(1)为提高系统的可靠性、稳定性、易维护性以及设备的小型化,在系统的信号处理器和天线控制器的设计[2,3]中使用复杂可编程逻辑器件(CPLD)。(2)信号处理器和天线控制器作为两个独立的功能设备分别设计,分开放置。信号处理器以插卡的形式插入微机的扩展槽中;天线控制器作为一个单独的机箱,置于微机之外。(3)信号处理器和天线控制器之
6、间的数据交换采用串行方式,使用带屏蔽双绞线,遵循RS-422标准。(4)为保证雷达本身和数据处理系统安全正常地工作,需要在雷达开机,系统启动时,进行整个系统的自检测。自检通过,才能进行雷达观测作业。除此之外,天线控制器和信号处理器作为独立功能设备,也能够分别进行自检和单独调试、检查。(5)系统处理软件运行于Windows环境,要求操作界面友好,使用方便。收稿日期:2009-12-04;修订日期:2010-03-01238成都信息工程学院学报第25卷2.2系统主要技术指标(1)高速A/D转换(10MHz转换
7、速度),12bit。(2)距离积分采用可变库长,分别为125m,250m,500m,1000m。(3)方位积分次数不为固定值,积分次数随天线转速不同而变化。采用滑动积分方式。[4-6](4)独立积分次数32次,积分精度[1dB。(5)水平扫描1b输出一组观测值,垂直扫描0.1b输出一组观测值。3系统设计天气雷达数据处理系统包括硬件和软件两大部分。3.1硬件设计系统从硬件上分为信号处理器和天线控制器两大模块,原理框图如图1所示。信号处理器使用复杂可编程逻辑器件(CPLD),保证在完成各种设计功能的前提下,
8、使处理板小型化(18cm@11cm)。完成的主要功能包括:A/D变换;距离积分和方位积分处理;向天线控制器发出天线控制命令;接收天线控制器传来的天线状态数据;产生控制逻辑与时钟信号等。天线控制器中,采用89C51单片机、CPLD等图1系统原理框图器件,实现对天线的控制。所有硬件(含电源)被集成于小机箱内,可置于雷达主控台上方。主要功能包括:接收来自计算机的命令,对天线的位置、速度和运动模式实施控制;输出天线状态数据至主控微机,
