[发明专利]一种L波段窄带电子探空仪

说明书

本发明涉及高空气象探测领域，尤其涉及一种L波段窄带电子探空仪，其特征在于：其包括传感器模块、接收模块和发射模块；发射模块包括单片机控制系统、多功能射频模块、滤波器、两级微波开关、两级高放和一级功放；传感器模块的探空数据和接收模块发射的脉冲信号输入单片机控制系统；单片机控制系统采用分时工作模式，将单位时间分为三个时间段，分别输出探空码信号、测距信号和测角信号，信号特性分别为调频信号、脉冲调制信号和连续波信号。本发明，采用调频、调幅混合体制解决了当前调幅体制探空仪占用频带宽，调频体制探空仪无法测距的缺点，满足了气象频段频谱资源占用带宽的要求；采用时分的工作方式解决了同频干扰，稳定可靠。

技术领域

本发明涉及高空气象探测领域，尤其涉及一种L波段窄带电子探空仪。

背景技术

高空气象探测雷达系统是目前大气常规探测最主要手段之一，常规高空气象探测是指雷达跟踪气球携带的探空仪以自由升空方式对自地球表面到几万米高度空间气象要素的变化进行探测、收集、处理的活动和工作过程。探空仪是高空气象探测系统的重要组成部分。

当前中国气象部门各个台站使用的是调幅体制的探空仪。此探空仪占用频带宽，在无线电频谱资源日益紧张稀缺的今天已经不满足使用要求，所以迫切的需要研制一种窄带探空仪，能够满足气象频带占用带宽的要求。

当前探空仪主要有调幅体制、单频调频体制、双频调频体制等几种模式。其中调幅体制探空仪发送给地面雷达在时间上相关的信号用于测距，可以测距，该探空仪采用高频三极管临界自激振荡模式，优点是设备简单，成本低，缺点是频率不稳，容易漂移，中心频率(漂移)范围为±4MHz，由于采用多级调幅体制导致频谱带宽较宽，频带宽度大于30MHz/-35dBc，占用频带宽；单频调频体制无法测距；双频调频体制可以测距但需占用上行与下行不同频率的频点；因此，当前几种模式的探空仪都是无法满足现在使用要求的。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种L波段窄带电子探空仪，采用调频、调幅混合体制解决了当前调幅体制探空仪占用频带宽，调频体制探空仪无法测距的缺点，满足了气象频段频谱资源占用带宽的要求；采用时分的工作方式解决了同频干扰，稳定可靠。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种L波段窄带电子探空仪，包括传感器模块、接收模块和发射模块；传感器模块用于探测气象要素输出探空数据；接收模块用于接收地面雷达的发射信号、解调并输出脉冲信号；发射模块包括单片机控制系统、多功能射频模块、滤波器、两级微波开关、两级高放和一级功放；传感器模块的探空数据和接收模块发射的脉冲信号输入单片机控制系统，单片机控制系统对探空数据进行频率调制，对脉冲信号进行脉冲调制，经多功能射频模块放大、滤波器滤波后，经两级微波开关和两级高放放大送到功放进一步放大后输出；单片机控制系统采用分时工作模式，将单位时间分为三个时间段，分别输出探空码信号、测距信号和测角信号，信号特性分别为调频信号、脉冲调制信号和连续波信号。

按以上方案，所述发射模块在发送测距信号的时间段内，发射模块首先关闭输出，等待接收模块接收地面雷达的发射信号并输出脉冲信号；当发射模块接收到脉冲信号后，发射模块打开输出，发送脉冲调制信号作为测距信号；然后再关闭输出，处于等待状态；循环往复至发送测距信号的时间段结束；进一步分时，解决同频干扰的问题。

按以上方案，接收模块包括高放下变频电路单元、中频对数检波单元和脉冲放大整形单元；高放下变频电路单元包括低噪声放大器、频率合成器和混频器，中频对数检波单元包括中频放大器和对数检波器，脉冲放大整形单元包括视频放大器和高速电压比较器；接收模块接收到地面雷达发射的高频信号后，首先经过低噪声放大器进行放大，然后与频率合成器产生的本振信号通过混频器进行混频，输出中频信号；经中频放大器放大后经对数放大检波，输出脉冲信号；脉冲信号经视频放大器放大后，送到高速电压比较器进行脉冲整形，高速电压比较器输入端还输入固定门限电压用于脉冲整形，固定门限电压由固定电压分压得到；整形后的信号为发射脉冲信号传输至单片机控制系统输入端。

按以上方案，所述调频信号的信号带宽为±10KHz。