dbf在数字阵列天气雷达中应用

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1、DBF在数字阵列天气雷达中应用　　摘要：将DBF技术应用于天气雷达，可以同时获取不同高度层的气象数据，使得对天气的观测更加精细，为后续气象产品反演提供更好的技术手段。首先介绍DBF的基本原理，然后阐述在天气雷达研制过程中设计DBF时需要注意的问题，最后给出对实际气象目标的探测效果。关键词：数字波束形成；雷达；天气探测；阵列天线校正中图分类号：TN957?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2014）03?0069?04ApplicationofDBFindigitalarrayweatherradarM

2、UWen?zheng，ZHUZi?ping，LIUZhi?ying（The38thResearchInstitute，ChinaElectronicTechnologyGroupCorporation，Hefei230088，China）Abstract：TheapplicationofDBFtechnologyinweatherradarcanobtainmeteorologicaldatasindifferentheightlayeratthesametime，whichmakestheweatherobser

3、vationsmoreprecise，andprovidebettertechnicalmeansforsubsequentmeteorologicalproductsretrieval.Theprincipleof10DBFisintroducedfirstly，thenthenoticesintheDBFdesignofweatherradardevelopmentareexpounded，finallythedetectioneffectofactualmeteorologicaltargetisgiven.

4、Keywords：DBF；radar；weatherdetection；antennaarraycalibration0引言天气无时无刻不在影响着人们的生产和生活，对天气的准确探测一直是人们的追求，雷达作为天气探测的重要传感器，在天气探测和预报方面发挥着重要作用。军用雷达发展迅速，将先进的军用雷达技术运用到天气探测，是人们发展天气雷达的自然思路，数字阵列雷达即是其中一例。10数字阵列雷达是相控阵雷达的先进形式，在波束形成上与传统相控阵雷达有很大不同。传统相控阵雷达在形成接收波束时，通过控制射频或中频的幅度和相位，形

5、成所需要的波束，系统多采用模拟器件，不仅幅相控制精度差，系统可靠性低，而且不够灵活；数字阵列雷达在形成接收波束时处理的是数字I/Q信号，通过复数乘法累加实现，因此形成的波束也称计算波束。在形成发射波束时，数字阵列雷达将计算的发射相位送给阵面，通过控制阵面组件中的DDS控制辐射电磁波的初始相位，从而在空间合成功率，形成特定方向的发射波束。与传统相控阵雷达相比，数字阵列雷达不仅幅相控制精度高、阵面误差可实时修正，而且在不损失功率的前提下形成多个接收波束，是一种先进的雷达体制。将数字阵列雷达用于天气探测，是天气雷达发展的

6、趋势。本文研究的是数字阵列天气雷达的关键技术之一：数字波束形成（DBF）。在介绍DBF基本原理的基础上，阐述它在天气雷达研制过程中需要解决的问题，并给出了该体制雷达对实际气象目标的探测效果。1DBF基本原理数字阵列雷达的设备组成和信号处理流程[1?4]如图1所示。图1数字阵列雷达设备组成和信号处理流程DBF是采用数字信号处理的方法，对某一方向的入射信号，补偿由于传感器在空间位置不同而引起传播路程差所带来的相位差，实现该方向回波的同相叠加，从而实现该方向回波最大能量接收。完成某一方向的波束形成，也就完成了该方向的空间

7、滤波。由于DBF通过计算实现，因此所形成的波束也称计算波束。在工程上，数字波束形成的原理表达式为：[B（k）=n=0N-1X（n）*C（n）*W（n）*Sk（n）]10其中，[n=0，1，2，…，N-1]为阵元序列；[k=0，1，2，…，K-1]为需要形成的波束序列。式中各乘积因子的含义：[X（n）]为阵元接收到的复信号；[C（n）]为通道校正因子；[W（n）]为加窗系数；[Sk（n）]为第[k]个波束的理想指向系数。可见，数字波束形成就是完成复数乘法累加运算，为积分的数字化形式，改变一组系数[Sk，]相当于改变一

8、次天线阵面的形状，从而也就改变波束指向[5?9]。图2为一维均匀线阵数字波束形成仿真结果，设置阵元数目为128个，同时形成14个接收波束，加-40dB切比雪夫权。图2一维均匀线阵数字波束形成仿真结果2工程设计在工程设计DBF时，主要考虑以下问题：系统组成、阵面发射校正和接收校正、发射相位码计算、接收权系数计算、FPGA和DSP的任务分配等，下面对这几个问题进