虚拟仪器在天气雷达接收机测试中的应用
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摘 要 目前 天 气 雷 达 测 试 和 日常 维 护 主要 依 赖 于传 统 台 式 仪 器 ， 其功能单 一 、 不 便 携 带 等 局 限 性 极 大 制 约 雷 达 故
障诊断和修复 ， 给气 象 服 务 带 来 严 重影 响 。 通 过 对 接 收 机 原 理 和性 能 参 数 进 行 分 析 ， 介 绍 了 虚 拟 仪 器 的硬 件 结 构 和软件特点 ， 并 以中频带宽测试为例 ， 详 细介 绍 了 虚 拟 仪 器 测 试 系 统 的 设 计 思 路 、 工 作 原 理 和 操 作 方 法 。 由 于采 用 便携式 Ｐ Ｘ Ｉ 模 块 化 仪 器 为硬 件 基础 ， 以软 件 编 程 为核 心 ， 虚拟仪器体积小 、 重量轻 、 便于携带 ， 克 服 了传 统 仪 器 的 不 足， 具 有 良好 的 环境 适 应 能 力 和 功 能 扩 展 优 势 ， 特别 适 用 于 雷 达 台 站 进 行 现 场 测 试 。 关 键 词 雷 达 接 收 机 测 试 系统 虚 拟 仪 器 Ｐ Ｘ Ｉ Ｌ ａ ｂ ＶＩ Ｅ Ｗ
件¨ １ ］ ， 当输 入信 号 为测试 信 号时 ， 可 以直接 从低 噪 声
放 大器 输人 。数 字 中频接 收机 直接 对 中频信 号进 行 采 样和 、 Ｑ分离 ， 这 样 既 简 化 了接 收 机 电路 结 构 ，
同时 可 以 极 大 程 度 的 改 善 、 Ｑ 的 正 交 度 和 稳 定
第 ４ １卷 第 ６期
２ ０ １ ３年 １ ２月
气
象
科
技
Ｖｏ１ ．４１． Ｎｏ ．６
Ｄｅ ｃ ．２ Ｏ１ ３
Ｍ ＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩ ＣＡＬ ＳＣＩ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨ ＮＯＬＯＧＹ
虚拟仪器在天气雷达接收机测试 中的应用
汪俊 高 玉 春
（ １成 都 信 息 工 程 学 院 电子 工 程 学 院 ， 成都 ６ １ ０ ２ ２ ５ ； ２中 国 气 象 局 气 象 探 测 中心 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ １ ）
现代 通信 、 信号 处 理 和计 算 机 软 件 等先 进 技 术 于 一
测 出故 障 ， 有 效 克服传 统 仪器 的不 足 。
１ 天 气雷 达接 收机 雷达接 收机 的主要 功能是 对雷 达 天线接 收 到的
微 弱信 号进 行放 大 、 变频 、 滤 波及 数 字 化 处 理 ， 同时
（ ） 和正 交分 量 Ｑ（ ｎ ） ， 送 至信 号处 理器 进行 处理 。 接 收机保 护器 是 为了 防止 发射机 的高 功率 射频 信 号通 过天 线馈 线漏 进接 收机 而损 坏接 收机 敏感 部
问题 ， 严 重影 响雷 达故 障 的修 复 时 间 。
虚拟 仪器 （ Ｖｉ ｒ ｔ ｕ ａ ｌ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ ， ＶＩ ） 最 早 是 由美
且 还保 留了相位 信 息 ， 通 过信 号处 理器 和相 关算 法 ，
可 以反 演 出更 多 的雷达产 品 ，提供 更 加丰 富全 面 的
ｈ ｔ ｔ ｐ ： ／ ／ ｗ ｗｗ． ｑ ｘ ｋ ｊ ． ｎ ｅ ｔ ． ｃ ｎ气 象 科 技 中 国气 象 局 气 象 探 测 中心 “ 新一代天气雷达测试平台” 项 目资 助
抑 制 各种 噪声 和 干 扰 ］ 。 目前 ， 现代 天 气 雷 达 主要 采用 超外 差式 数字 中频 接 收机 ， 图 １ 是 其结 构框 图。 雷达 回波 信号 通过 天 线 馈 人 接 收机 保 护 器 ， 经过 放
体 的综 合 电子 系统口 ， 给雷 达 的测 试 和 技 术保 障带
作 者 简介 ： 汪俊 ， 男， １ ９ ８ ５年 生 ， 硕士 ， 主 要 从 事 天 气 雷 达 测试 及 维护 保 障研 究 ， Ｅ ｍａ ｉ ｌ ： ｗ ｉ ｙ ｚ ｈ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２年 ８月 １ ０日 ； 定 稿 日期 ： ２ ０ １ ３年 ３月 ２ ２日 ＊通信作者 ， Ｅ ｍａ ｉ ｌ ：ｇ ｙ ｃ ａ ｏ ｃ ＠ｃ ｍａ ． ｇ ｏ ｖ ． ｅ ｌ ｌ
国国家 仪器公 司 提 出 的 ， 基 本 思想 是 在 一 定 硬件 条
件 支持 下 ， 通过 软 件 编程 ， 来 构 成 各 种 不 同 的仪 器 ，
实 现 由用户 自定 义 的仪器 或测试 功 能 ］ 。 中国气 象 局 气象 探测 中心 气 象 装 备保 障 室 于 ２ ０ １ ０年 引 进 一 套Ｐ Ｘ Ｉ 测 试 系统 ， 该 系统 采用 模 块 化 的仪 器 取 代 了 传 统 的 台式 仪器 ， 具 有 体 积 小 重 量轻 便 于 携 带 的优
来 了很 大挑 战 。而 目前 的测 试维 护 主要基 于传 统 台
式仪 器 系统 ， 其 主要 缺 点是 功 能单 一 、 质量重 、 体 积
大， 不便 于携 带 ， 难 以及 时应 对各 地雷 达 台站 出现 的
大、 混频 、 滤波 ， 信 号 由射 频 降至 中频 ， 通过 数字 中频 实现 Ａ／ Ｄ转 换 和 数 字 正 交 鉴 相 ， 输 出同相分 量 Ｊ
引 言
进行 控制 ， 实 现 虚拟 仪 器 系 统 设 计 。将 虚 拟 仪 器 系
统 应用 于天气 雷 达 接 收机 的测 试 ， 可 以及 时 准 确 检
随 着 新 一 代 多 普 勒 天 气 雷 达 在 全 国 的 广 泛 布 网， 天 气雷 达在 灾害 天气 的监测 和 预报 、 防灾 减灾 等 领域 发挥 了重 要 作用 。现 代 天气 雷 达 功 能 多样 、 结 构复 杂 ， 是 融合 收 发 技术 、 伺 服技 术 以及 集 成 电路 、
点， 并 且在 复杂 严酷 的环 境 下 表 现 出优 越 的工 作 性
能 ］ 。本文 在该 系 统 平 台上 ， 通 过对 雷 达 接 收 机 原 理和参 数 测试要 求 进 行 分 析 ， 利 用 软件 编程 对 仪 器
度［ １
。 、 Ｑ信 号不 仅保 留 了 回波 的 幅度 信 息 ， 而
摘 要 目前 天 气 雷 达 测 试 和 日常 维 护 主要 依 赖 于传 统 台 式 仪 器 ， 其功能单 一 、 不 便 携 带 等 局 限 性 极 大 制 约 雷 达 故
障诊断和修复 ， 给气 象 服 务 带 来 严 重影 响 。 通 过 对 接 收 机 原 理 和性 能 参 数 进 行 分 析 ， 介 绍 了 虚 拟 仪 器 的硬 件 结 构 和软件特点 ， 并 以中频带宽测试为例 ， 详 细介 绍 了 虚 拟 仪 器 测 试 系 统 的 设 计 思 路 、 工 作 原 理 和 操 作 方 法 。 由 于采 用 便携式 Ｐ Ｘ Ｉ 模 块 化 仪 器 为硬 件 基础 ， 以软 件 编 程 为核 心 ， 虚拟仪器体积小 、 重量轻 、 便于携带 ， 克 服 了传 统 仪 器 的 不 足， 具 有 良好 的 环境 适 应 能 力 和 功 能 扩 展 优 势 ， 特别 适 用 于 雷 达 台 站 进 行 现 场 测 试 。 关 键 词 雷 达 接 收 机 测 试 系统 虚 拟 仪 器 Ｐ Ｘ Ｉ Ｌ ａ ｂ ＶＩ Ｅ Ｗ
件¨ １ ］ ， 当输 入信 号 为测试 信 号时 ， 可 以直接 从低 噪 声
放 大器 输人 。数 字 中频接 收机 直接 对 中频信 号进 行 采 样和 、 Ｑ分离 ， 这 样 既 简 化 了接 收 机 电路 结 构 ，
同时 可 以 极 大 程 度 的 改 善 、 Ｑ 的 正 交 度 和 稳 定
第 ４ １卷 第 ６期
２ ０ １ ３年 １ ２月
气
象
科
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Ｖｏ１ ．４１． Ｎｏ ．６
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Ｍ ＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩ ＣＡＬ ＳＣＩ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨ ＮＯＬＯＧＹ
虚拟仪器在天气雷达接收机测试 中的应用
汪俊 高 玉 春
（ １成 都 信 息 工 程 学 院 电子 工 程 学 院 ， 成都 ６ １ ０ ２ ２ ５ ； ２中 国 气 象 局 气 象 探 测 中心 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ １ ）
现代 通信 、 信号 处 理 和计 算 机 软 件 等先 进 技 术 于 一
测 出故 障 ， 有 效 克服传 统 仪器 的不 足 。
１ 天 气雷 达接 收机 雷达接 收机 的主要 功能是 对雷 达 天线接 收 到的
微 弱信 号进 行放 大 、 变频 、 滤 波及 数 字 化 处 理 ， 同时
（ ） 和正 交分 量 Ｑ（ ｎ ） ， 送 至信 号处 理器 进行 处理 。 接 收机保 护器 是 为了 防止 发射机 的高 功率 射频 信 号通 过天 线馈 线漏 进接 收机 而损 坏接 收机 敏感 部
问题 ， 严 重影 响雷 达故 障 的修 复 时 间 。
虚拟 仪器 （ Ｖｉ ｒ ｔ ｕ ａ ｌ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ ， ＶＩ ） 最 早 是 由美
且 还保 留了相位 信 息 ， 通 过信 号处 理器 和相 关算 法 ，
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抑 制 各种 噪声 和 干 扰 ］ 。 目前 ， 现代 天 气 雷 达 主要 采用 超外 差式 数字 中频 接 收机 ， 图 １ 是 其结 构框 图。 雷达 回波 信号 通过 天 线 馈 人 接 收机 保 护 器 ， 经过 放
体 的综 合 电子 系统口 ， 给雷 达 的测 试 和 技 术保 障带
作 者 简介 ： 汪俊 ， 男， １ ９ ８ ５年 生 ， 硕士 ， 主 要 从 事 天 气 雷 达 测试 及 维护 保 障研 究 ， Ｅ ｍａ ｉ ｌ ： ｗ ｉ ｙ ｚ ｈ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２年 ８月 １ ０日 ； 定 稿 日期 ： ２ ０ １ ３年 ３月 ２ ２日 ＊通信作者 ， Ｅ ｍａ ｉ ｌ ：ｇ ｙ ｃ ａ ｏ ｃ ＠ｃ ｍａ ． ｇ ｏ ｖ ． ｅ ｌ ｌ
国国家 仪器公 司 提 出 的 ， 基 本 思想 是 在 一 定 硬件 条
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实 现 由用户 自定 义 的仪器 或测试 功 能 ］ 。 中国气 象 局 气象 探测 中心 气 象 装 备保 障 室 于 ２ ０ １ ０年 引 进 一 套Ｐ Ｘ Ｉ 测 试 系统 ， 该 系统 采用 模 块 化 的仪 器 取 代 了 传 统 的 台式 仪器 ， 具 有 体 积 小 重 量轻 便 于 携 带 的优
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式仪 器 系统 ， 其 主要 缺 点是 功 能单 一 、 质量重 、 体 积
大， 不便 于携 带 ， 难 以及 时应 对各 地雷 达 台站 出现 的
大、 混频 、 滤波 ， 信 号 由射 频 降至 中频 ， 通过 数字 中频 实现 Ａ／ Ｄ转 换 和 数 字 正 交 鉴 相 ， 输 出同相分 量 Ｊ
引 言
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统 应用 于天气 雷 达 接 收机 的测 试 ， 可 以及 时 准 确 检
随 着 新 一 代 多 普 勒 天 气 雷 达 在 全 国 的 广 泛 布 网， 天 气雷 达在 灾害 天气 的监测 和 预报 、 防灾 减灾 等 领域 发挥 了重 要 作用 。现 代 天气 雷 达 功 能 多样 、 结 构复 杂 ， 是 融合 收 发 技术 、 伺 服技 术 以及 集 成 电路 、
点， 并 且在 复杂 严酷 的环 境 下 表 现 出优 越 的工 作 性
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。 、 Ｑ信 号不 仅保 留 了 回波 的 幅度 信 息 ， 而