一种气象雷达收发机测试仪及气象雷达收发机测试方法

摘要

本发明公开了一种气象雷达收发机测试仪，其工作台的底面靠边缘处固接有插销，插销的底部自由端同轴地螺纹插接有呈┙型的锁紧杆；安装部件包括彼此固接的上支撑部件和下支撑部件，下支撑部件包括支撑杆以及滑动柱和若干条机座板，滑动柱竖直滑动地连接在支撑杆之内；机座板朝支撑杆中心一侧的表面上沿其长度方向开设有沟槽，所有机座板的顶端均铰接在所述支撑杆的底端外沿上，且所有机座板在支撑杆上呈环形阵列布置；滑动件包括滑动柱和数量与机座板一致的若干根连杆，每根连杆的底端固接一个与所述沟槽滑动配合的钢球。本发明在使用时便于携带安装，机动灵活性好，且故障率低，可靠性好。

说明书

技术领域

本发明涉及气象雷达目标模拟领域，具体涉及一种气象雷达收发机测试仪及气象雷达收发机测试方法。

背景技术

气象雷达目标模拟器是一款针对气象雷达收发机研发的专用测试仪器。它能够精准测量发射机的输出功率、频率、PRF信号等，同时能够产生供接收机测试需要的回波信号、中频信号等。现有的气象雷达目标模拟器，从系统架构来说，原理基本一致，架构存在一定的差别，在性能上相对来说其实差别不大，普遍来说都还存在以下问题：采用的一些机械调制机构，使得故障率较高，ADC/DAC数模转换精度不足，可靠性欠缺。而在使用上，由于现有技术中大多以系统架构，程序控制为对象进行性能提升，而忽略了用户在多种环境下，尤其是户外实地勘测中，通过实地检测相应参数来作为模拟信号的直接输入时，其使用便利性是否优良的问题，导致现有气象雷达目标模拟器在使用时，都不可避免地需要一个专用的桌子来支撑安置，以便工作人员操作以及实时观察检测。目前，这些模拟测试在室内固定台面或者具有桌子的地方使用尚且便利，但是遇到没有专用的支撑物或者桌子时，只能人为托举，而人为临时托举非常不便，尤其是测试需要花费时间较多，模拟频次较高的时候，就显得更加不便，户外实地随机模拟检测时，工作人员也不能一直随身扛着个桌子，因此，如何把现有的气象雷达目标模拟器设计得更加专业化、集成化，如何才能更便于使用，亟待本领域技术人员解决。

发明内容

本发明要解决的问题是针对现有技术中所存在的上述不足而提供一种气象雷达收发机测试仪及气象雷达收发机测试方法，解决了现有技术中安装使用不便，机动灵活性不足且故障率高，可靠性低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供一种气象雷达收发机测试仪，包括用于模拟气象的模拟器本体，所述模拟器本体固接在工作台上，工作台的底面靠边缘处固接有与之垂直的插销，插销的底部自由端同轴地螺纹插接有呈┙型的锁紧杆；

所述工作台通过安装部件安装在地面上，所述安装部件包括彼此固接的上支撑部件和下支撑部件，其中

上支撑部件，用于与所述工作台的底部铰接且在工作台铰接转动至水平位置时固定支撑工作台，在上支撑部件上开设有供所述锁紧杆穿过的长方形体的扁孔；

所述下支撑部件，其包括支撑杆以及滑动柱和若干条机座板，所述滑动柱竖直滑动地连接在支撑杆之内；所述机座板朝支撑杆中心一侧的表面上沿其长度方向开设有沟槽，所有机座板的顶端均铰接在所述支撑杆的底端外沿上，且所有机座板在支撑杆上呈环形阵列布置；所述滑动件包括滑动柱和数量与机座板一致的若干根连杆，每根连杆的底端固接一个与所述沟槽滑动配合的钢球，其顶端汇聚交叉连接在一起并一同连接在所述滑动柱的底端端面上，滑动柱的顶部侧壁上具有一个凸起部，该凸起部与支撑杆内壁的竖直设置的导槽滑动配合；所述滑动柱的顶端连接有拉绳，拉绳的自由端滑动配合地穿出支撑杆的侧壁后连接一个条板。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：本发明从结构上，增设了专门的支撑部件，通过工作台来与模拟器连为一体，集成在一起，可以随时随地使用，无论是否有合适的支撑放置条件，无论室内还是户外实地模拟，都可以方便快速地使用。且本发明的下支撑件中，具有便捷收纳功能，机座板组成的灵活的撑开模式可以牢牢立在地面上，便于支撑安装，模拟器本体和工作台一起可以铰接转动，形成一个固定在杆件上的集合体，体积变小，便于单人携带作业。从系统构架上，本发明采用了更先进的数字化测试手段，通过取消故障率高的机械调制机构，提升ADC/DAC数模转换精度，增加数字化仪表，模块化设计等方式提升了目标模拟器的测量精度、可靠性以及用户使用便利性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一种具体实施例的结构示意图；

图2是工作台铰接转动至与螺杆平行的位置的示意图；

图3是图2中的A—A剖视图；

图4为一种弹性伸缩杆的具体结构示意图；

图5为下支撑部件的局部放大图；

图6为机座板的横截面示意图

图7为刚性拉绳的一种缠绕固定示意图；

图8为本发明的另一种具体实施例的结构示意图；

图9为图8中的工作台即将被机座板支撑到位时的结构示意图；

图10为本发明的气象目标模拟器的一种系统框图；

图11为切换分配电路功能框图；

图12为功率检测模块功能框图。

附图标记说明如下：模拟器本体1、工作台2、嵌入槽201、拐杆3、弹性伸缩杆4、承插杆401、滑动杆402、滑动销403、承压弹簧404、销孔405、螺杆5、撑开件6、套环7、螺纹旋钮8、插销9、锁紧杆10、机座板11、沟槽12、钢珠13、连杆14、滑动柱15、凸起部16、导槽17、拉绳18、固定螺钉19、滚轮20、把手21、条板22、支撑杆23。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。本领域技术人员应当知道，以下实施例中所描述的仅仅是本发明其中一些具体的实施结构或方式，而不是全部的实施例，因此，本发明的保护范围并不局限于此。

本实施例详细地公布了一种气象雷达收发机测试仪，其主要包括用于模拟气象的模拟器本体，特别地，参见图1所示结构，本模拟器本体1预先已经固接在工作台2上，二者之间可以优选可拆卸式固定。同时，在工作台2的底面靠边缘处固接有与之垂直的插销9，插销9的底部自由端同轴地螺纹插接有呈┙型的锁紧杆10，在靠所述锁紧杆10的工作台2底面上还设有一道环形的嵌入槽201。

本实施例的工作台2通过安装部件安装在地面上，所述安装部件包括彼此固接的上支撑部件和下支撑部件，上支撑部件用于与所述工作台的底部铰接且在工作台铰接转动至水平位置时固定支撑工作台，在上支撑部件上开设有供所述锁紧杆穿过的长方形体的扁孔；具体而言，上支撑部件可以是一根圆杆，圆杆的顶端铰接有工作台，且二者的铰接轴为一根螺栓，铰接部位为螺栓的光轴段，在需要铰接转动时拧松螺栓即可。

对于本实施例中的下支撑部件，如图5所示，其包括支撑杆23以及滑动柱15和若干条机座板11，所述滑动柱15竖直滑动地连接在支撑杆23之内；所述机座板11朝支撑杆23中心一侧的表面上沿其长度方向开设有沟槽12，所有机座板11的顶端均铰接在所述支撑杆23的底端外沿上，且所有机座板11在支撑杆23上呈环形阵列布置。所述滑动件包括滑动柱15和数量与机座板11一致的若干根连杆14，每根连杆14的底端固接一个与所述沟槽12滑动配合的钢球，其顶端汇聚交叉连接在一起并一同连接在所述滑动柱15的底端端面上，滑动柱15的顶部侧壁上具有一个凸起部16，该凸起部16与支撑杆23内壁的竖直设置的导槽17滑动配合；所述滑动柱15的顶端连接有拉绳18，拉绳18的自由端滑动配合地穿出支撑杆23的侧壁后连接一个条板22。以便在使用时避免拉绳18全部没入支撑杆23内。

优选地，上支撑部件除了前述结构外，还可以继续参阅图1-3，具体包括螺杆5、螺纹套、撑开件6、拐杆3以及弹性伸缩杆4，所述撑开件6呈┐型，其竖直段固接在所述螺杆5的顶端，其水平段的自由端与所述工作台2的底面铰接且使得工作台2能在竖直平面内转动，在所述螺杆5上还设有一个长方体状的扁孔，所述工作台2铰接转动至与螺杆5平行时，所述锁紧杆10能插入到扁孔内，并且锁紧杆10的自由端所在的杆段完全伸出扁孔之外。所述撑开件6呈大端朝上的圆锥台状结构，其位于所述螺纹套的上方，且与螺纹套一起均螺纹套接在螺杆5上。所述螺纹套包括螺纹旋钮8和套环7，螺纹旋钮8与螺杆5螺纹套接，套环7间隙配合地套在螺杆5上，螺纹旋钮8的顶端同轴地伸入到所述套环7的底端面之内且能在套环7底端之内自由转动，以带动套环7上下移动。所述套环7的顶端边缘处呈环形阵列地铰接有若干根所述弹性伸缩杆4，以使得所有弹性伸缩杆4环绕在所述撑开件6的周围，弹性伸缩杆4的自由端与所述工作台2的底面光滑接触，以使得向上旋转螺纹旋钮8时，套环7带动所有的弹性伸缩杆4朝上移动并因为与撑开件6的周侧面的接触而逐渐撑开，且撑开部件能撑开至所述弹性伸缩杆4的自由端滑入所述嵌入槽201的位置处，以起到支撑固定工作台2(模拟器本体1)的作用。

在上述结构基础上，本实施例的气象雷达收发机测试仪的安装支撑，亦即所述上支撑部件和下支撑部件通过所述螺杆5与支撑杆23之间的固接而连为一体，进而起到支撑固定作用，方便操作人员使用模拟器。

基于以上气象雷达收发机测试仪的具体实施例，同时还提供一种气象雷达收发机测试仪的安装使用方法，其具体为：模拟器在收纳完毕后，再次使用时，

S1、先将拉绳18朝上提拉，使得滑动柱15上移，继而钢珠13在机座板11的沟槽12内沿其长度方向朝上滑动，使得所有机座板11逐步地、同步地撑开，最后滑动柱15上滑至极限时，机座板11撑开至极限，将露在支撑杆23外侧的拉绳18固定后，机座板11呈稳定的撑开状态，此时将其立于地面，即可实现较为稳定的支撑安放。

S2、将锁紧杆10朝下转动90度，使得锁紧杆10完全正对螺杆5上的扁孔的孔口，以便锁紧杆10可以从扁孔内穿过。

S3、顺时针朝上转动工作台2，例如转动90度，用手暂时扶住工作台2，令模拟器本体1旋转至水平位置安放。

S4、朝上转动螺纹旋钮8，推动套环7上移，继而令所有弹性伸缩杆4与撑开件6的锥面接触时，在撑开件6的撑开作用下，逐步朝外发散、散开，最终弹性伸缩杆4的自由端在工作台2的底面上滑动至嵌入槽201内，对工作台2形成支撑，达到对模拟器本体1的竖直安装支撑作用，从而将模拟器快速地支承安装，以便工作人员随时随地地使用。

S5、模拟器使用完毕之后，进行收纳时，用手扶住工作台2，然后反向旋转螺纹旋钮8，使得所有弹性支撑杆23逐步下移并收拢。

S6、逆时针转动工作台2，并令锁紧杆10穿过扁孔后，锁紧杆10的自由端所在的杆段露出扁孔之外。

S7、逆时针转动90度，令锁紧杆10的自由端所在的杆段紧压在螺杆5外侧，以实现工作台2的固定收纳。

当然，对于前述步骤S3、步骤S4，根据拐杆3的水平段的长度可以适应性地颠倒进行，例如，拐杆3的水平段的长度比较长，则工作台2转动至竖直位置时，不会与螺纹旋钮8发生碰撞，那么螺纹旋钮8可以不大位移地下移，即可实现工作台2的收纳安装；而如果会与螺纹旋钮8的侧面发生磕碰，那么螺纹旋钮8最好朝下转动至竖直设置的工作台2的底端以下。

作为具体实施细节，如图1，所述嵌入槽201的横截面呈直角梯形状，且其倾斜面朝所述锁紧杆10一侧设置，以便弹性伸缩杆4滑入。还可以，所述弹性伸缩杆4的自由端上安装有滚筒，所述滚筒能卡入到所述嵌入槽201内。

具体地，如图4，上述的弹性伸缩杆4包括承插杆401和滑动杆402，承插杆401铰接在所述套环7上，滑动杆402一端滑动配合地伸入到承插杆401的插孔内，另一端被插孔内安装的承压弹簧404顶推出承插杆401之外。对于十分笨重的工作台2和模拟器，更优地，在滑动杆402靠承压弹簧404一端的侧面上还与之垂直地插接安装有滑动销403，该滑动销403与滑动杆402弹性滑动连接，以使得滑动杆402伸出至既定长度时，滑动销403恰好弹入到承插杆401侧壁上的销孔405之内且其端部露出销孔405，以将弹性伸缩杆4变为刚性杆，承载力更强。收纳时，将滑动销403一部分按回插孔内再进行收纳弹性支撑杆23。当然，还可以在插孔的靠底部处再设置一个滑动销403以及销孔405，以最小尺寸地实现弹性伸缩杆4稳定的收纳。其实，在收纳完成时，直接调整撑开件6和螺纹旋钮8的竖直间隔，让这个间隔大于弹性伸缩杆4长度即可，弹性伸缩杆4可以呈伸长状态，围绕螺杆5而与之呈一定夹角地收纳，这也是可以的，且也很简便。对于具体的结构，本领域技术人员基于本发明的构思可以适应性选择，本实施例并不完全列举所有具体方式。

作为具体实施细节，所述滑动销403的一端露出所述销孔405之外时，所述滑动杆402的自由端滑入所述嵌入槽201之内，更好地实现支撑固定。

为了更准确、方便地实现弹性伸缩杆4的长度固定，承插杆401的插孔内侧壁上设有一道引导槽17，以与所述滑动销403滑动配合。

为了更好地收纳固定模拟器本体1，扁孔供锁紧杆10伸出的一端处的螺杆5表面为长方形的削平面，其长度方向与扁孔的长度方向一致，以使得锁紧杆10的自由端所在的杆段露出扁孔之外后，能绕插销9轴线旋转至紧贴削平面的位置，且垂直于削平面的长度方向。

作为具体实施细节，所述拉绳18为弹性绳，其长度使得所述滑动柱15被上拉至极限位置时，系好拉绳18露出支撑杆23的一端，所述条板22能够紧贴所述支撑杆23的圆柱面。当然，也可以，所述拉绳18为刚性绳时，如图7所示，在所述支撑杆23供拉绳18穿出的孔口处固接有呈]型的把手21，把手21的上下两外侧表面各开设有一个供拉绳18缠绕的凹槽。为了便于拉动拉绳18，在所述支撑杆23内部安装有供拉绳18绕过的滚轮20，所述支撑杆23供拉绳18穿出的孔口呈喇叭状，且大端朝外侧。

为了在收纳各个机座板11时保持其稳定的收纳状态，如图5，在所述支撑杆23的底端侧壁内螺纹配合地连接有从外侧拧入的固定螺钉19，固定螺钉19的端部拧入到所述导槽17之内并能将下移至极限位置的滑动柱15上的凸起部16压紧。而优选地，固定螺钉19伸入导槽17的部分呈光滑的圆锥形，可以便于拧入固定螺钉19来压紧凸起部16。

作为具体实施细节，如图6，所述机座板11横截面呈弧形，且在机座板11的凹面的中央处设有所述沟槽12，这种结构十分便于钢珠13自适应地滑至机座板11的沟槽12内。

基于以上实施结构，实际上，可以看出，本发明中，可以上下两支撑部件都用上支撑部件的结构，或者都用下支撑部件的结构，又或者是两种结构混用(即前述实施例)，本领域技术人员只需要适应性设计即可实现。具体而言：如图8-9，在都使用下支撑结构时，即上下两个支撑结构呈上下镜像对称设置，两个支撑结构都不用拉绳18而替换为螺杆5结构。亦即：前述的螺杆5作为一根同时螺纹连接在两个滑动柱15内的驱动丝杆存在，丝杆绕自身轴线自转地安装在一根支撑杆23或者安装管内，且这根丝杆上下两段螺纹彼此反向，以使得上下两个滑动柱15在丝杆的转动下，相互靠拢/远离，以实现上下两端处的两组机座板11同步撑开或者收拢。对于丝杆的驱动方式，现有技术很多结构都可以借鉴，例如蜗轮蜗杆传动，即在丝杆中部加工一段蜗杆，涡轮安装在容纳滑动柱15的一根支撑杆23或者安装管上，转动蜗轮即可实现调节。又或者直接在丝杆露出支撑杆23或者安装管之外的部分安装一个转动环，以手动转动丝杆。在工作台2通过拐杆3与丝杆之间的螺纹转动过程中，转动至工作台2的嵌入槽201恰好与机座板11的自由端配合时，锁紧杆10也正好处于工作台2朝下转动后能进入到扁孔的位置。

当然在两个滑动柱15均使用拉绳18时，本领域技术人员也可以适应性地设计，其也为本发明的其中一个发明构思结构。

而对于均采用上支撑部件的结构，则在用于替换原来的下支撑部件时，去掉其拐杆3即可。其余均为本领域技术人员可以适应性设计实施，不再赘述。

对于以上所有实施例，在制作时，对于弹性伸缩杆4，可优选其在工作台2处于水平位置时，弹性伸缩杆4撑开过程中，始终与工作台2底部保持接触。

另一方面，本实施例中，如图10所示，气象目标检测器的系统构架主要包括彼此通信连接的主控模块、射频基带模块、本振模块、功率检测模块，以及桌面式测试仪表外壳，所述射频基带模块带FPGA前端控制，所述主控模块、射频基带模块、本振模块、功率检测模块均集中安装在所述桌面式测试仪表外壳之内。在具体使用时：

雷达发射机发出的X波段信号先经过耦合器将一小部分微波信号耦合至气象雷达收发机测试仪测试，其余信号由大功率负载消耗。

微波信号进入测试仪后，通过X波段环形器、微波开关等组成的微波切换、分配电路模块，进入射频基带模块。

射频基带模块为了获得较大的增益，降低信号自激的风险，采用2级上变频、2级下变频的方式，一级上下变频采用8G频率混频的方式将X波段信号调频至1.2G～1.7G，二级上下变频采用1～2G可调频率混频的方式将信号调制至零频附近，或接近零频，接近率优选95％以上。经过12位高精度ADC转换后将信号送达至FPGA。而FPGA通过Pcie高速总线将ADC采集的数据信息传输至LINUX主控模块，考虑到人机交互的实时性涉及到需要快速响应的操作采用TTL/SPI总线，将操作者的指令下达到FPGA。最后主控模块将射频基带模块，功率检测模块，可编程控制面板的信息汇总，通过定制话的操作界面将所有信息、波形展示在液晶面板之上。

以上测试原理中，其具体的切换分配电路如图11所示，而本测试中的可调本振模块为了获得更好的相噪，采用双独立VTCXO，就近放置于PLL锁相环附近。可调本振模块采用GPS/北斗时钟，通过FPGA时钟驯服逻辑，将一二本振的时钟信号精准对频对相，最大限度保证本振源的准确性。一二本振采用压控温补晶振提供基准频率，并采用16BIT DAC对晶振进行电压微调以实现时钟源频率的精确控制。

对于一本振性能指标而言，一本振推荐采用ADI公司的ADF5355，该芯片可提供最高13600MHz时钟信号。二本振采集和输出工作频率范围均为：1GHz～2GHz，可调频率步进为2.4Hz。

本实施例中，射频基带模块的发射机机输出的射频信号经过耦合器、衰减器、环形器后，与射频基带模块中的一本振混频，将信号调制至1.2G～1.7GHz，然后经过低噪放、滤波电路进行信号调理。调理之后的信号与1～2G可调二本振二次混频，将信号调制至零频附近，如接近零频，接近率优选95％以上。进行数字信号采样。

相反，接收机需要的测试信号通过客户设置由主机模块将配置信息发送至FPGA，FPGA对DAC进行相关配置，产生基带波形，经由一、二级混频后再放大输出至接收机。

作为具体实施细节，所使用的中频信号与X波段信号发生模块功能如下：因中频信号需要与接收通道联动，根据雷达发射机产生的信号调制出中频回波信号，所以采用X波段发射通道与中频输出通道复用的方式。当气象雷达收发机测试仪需要产生X波段回波信号时，一本振时钟为8G，混频后的X波段信号经过高通滤波将信号输出。当气象雷达收发机测试仪需要产生中频回波信号时，一本振时钟为2G，混频后的中频信号经过低通滤波将信号输出。由此，本实施例中的X波段回波信号以及中频回波信号的延时以及幅度均可调，满足指标需求。

本实施例的功率检测模块，如图12所示。本发明中，采用的是查找表补偿方案，具体而言，通过采用独立通道、定向耦合、高精度恒温晶振以及对实时环境温度的监控来形成一个相对准确的功率补偿查找表。

对于温度因子：温度对耦合器、衰减器以及低噪放的功率损耗影响较大，若不考虑温度因子系数，将会使功率检测值有6％以上的误差。基准时钟：高准度基准时钟是测量仪器仪表的关键，时钟的精度直接影响了ADC采样的精度，一般示波器以及频率源均采用了昂贵的温补晶振，目的就是提高采样的精准度。本方案采用最新的GPS/北斗双模驯服时钟方案，通过GPS/北斗通信模块与卫星铯原子钟同步，可以将时钟做到计量级水准。

本发明的功率补偿查找表可以基于现有的程序控制设计，采用自动化数值采集及校准软件，在固定环境温度下将9.2～9.7GHz连续变化的功率损耗以曲线的方式记录下来，相对于二值化查找表的方式将进一步提高功率补偿的准确性。功率检测模块预留自校准功能，通过校准源配合内部校准向导，用户可自行进行一键功率校准。

需要再次说明的是，在本发明中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体语句均意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。故而，本领域一般技术人员应当知晓，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公布的技术原理之上，对本实施例进行修改或者等同替换却不脱离本发明技术宗旨的技术方案，都应当纳入本发明保护范围之中。