一种风廓线雷达信号处理方法

摘要

本发明公开了一种风廓线雷达信号处理方法，其具体步骤为：第一步，搭建风廓线雷达信号处理系统，包括：工业控制计算机（1）、数字中频接收机板（2）、系统控制模块（3）和信号处理模块（4）；第二步，数字中频接收机板（2）采集雷达回波信号；第三步，信号处理模块（4）进行信号处理；第四步，系统控制模块（3）进行谱数据的处理、显示和传送；经过上述处理，得到所处理高度层上的风场回波信号功率和信噪比估计值；至此，实现了风廓线雷达信号处理。本方法数据处理精度高、存储容量大，减小了硬件复杂度和成本，提高了系统性能和可靠性，便于信号处理算法的扩展升级，通用性强，产品性价比高，保证了产品批量化的需要。

主权项

1.一种风廓线雷达信号处理方法，其特征在于具体步骤为：第一步  搭建风廓线雷达信号处理系统风廓线雷达信号处理系统包括：工业控制计算机（1）、数字中频接收机板（2）、系统控制模块（3）和信号处理模块（4），其中工业控制计算机（1）包括：PCI总线（5）、共享内存（6）和以太网卡（7）；数字中频接收机板（2）与工业控制计算机（1）PCI总线（5）连接，数字中频接收机板（2）与风廓线雷达系统中的模拟接收机（8）连接；工业控制计算机（1）与数据终端机（9）以太网卡（7）连接；系统控制模块（3）与工业控制计算机（1）PCI总线（5）连接，信号处理模块（4）与工业控制计算机（1）PCI总线（5）连接；工业控制计算机（1）为系统的运行平台，数字中频接收机板（2）用于采集雷达回波信号，系统控制模块（3）用于控制和调度系统的工作流程，信号处理模块（4）用于对回波采样信号进行信号处理；系统控制模块（3）和信号处理模块（4）保存在工业控制计算机（1）上，系统运行时加载到共享内存（6）中；第二步  数字中频接收机板（2）采集雷达回波信号系统控制模块（3）首先进行数字中频接收机板（2）的初始化和参数加载，然后启动工作时序，数字中频接收机板（2）按照加载参数中设置的采样率、抽取因子、滤波系数，直接对雷达回波的中频信号进行A/D变换和采集，将采集的时域数据先存入数字中频接收机板（2）内的FIFO缓存中，通过DMA中断方式传输到工业控制计算机（1）内存中，由系统控制模块（3）接收，再保存到工业控制计算机（1）的共享内存（6）中；系统控制模块（3）边接收时域数据边进行计数，当计数值达到预设的数值N时，N＝FFT点数×时域积累数×谱平均数，停止信号采集的工作时序，系统控制模块（3）完成信号接收，然后对预设的时域数据保存标志作判断，如果标志为1，则保存到工业控制计算机（1）的硬盘上；第三步  信号处理模块（4）进行信号处理系统控制模块（3）与信号处理模块（4）使用共享内存（6）交换接收到的时域数据，系统控制模块（3）调用信号处理模块（4），向信号处理模块（4）传送信号处理参数和共享内存地址，由信号处理模块（4）利用信号处理参数对共享内存中的时域数据进行时域积累、脉冲压缩、去直流、加窗、FFT变换、谱平均的一系列信号处理过程，处理完毕后将生成的谱数据保存到共享内存中，向系统控制模块返回处理完毕的标志信息，系统控制模块（3）接收处理后生成的谱数据，并对预设的谱数据保存标志作判断，如果标志为1则保存到工业控制计算机（1）的硬盘上； 第四步  系统控制模块（3）进行谱数据的处理、显示和传送系统控制模块（3）对信号处理模块（4）生成的谱数据进行谱矩、信号功率和信噪比参数的计算，在本地显示器显示谱数据图形和处理的信息，用于对风场回波信号进行监测和评估，同时通过以太网卡将谱数据传送给数据终端机（9），作进一步的风谱信号识别、提取处理；谱数据的处理过程如下：信号功率谱的零阶矩为：（1）式中：m₀为信号功率谱的零阶矩，为第i点功率值，求和范围为信号谱带宽；信号功率谱的一阶矩为：（2）信号功率谱的二阶矩为：（3）式中：m₁为信号功率谱的一阶矩，m₂为信号功率谱的二阶矩，为第i点速度值，求和范围为信号谱带宽；信号功率估计值为：（4）速度谱宽估计值为： （5）信噪比为：（6）式中：为噪声功率，求和范围为信号谱所占的频率范围，单位：dB；经过上述处理，得到所处理高度层上的风场回波信号功率和信噪比估计值；至此，实现了风廓线雷达信号处理。