用于标定仪的校准装置及天气雷达回波强度真值标定方法

技术领域

本发明涉及天气雷达校准技术领域，具体涉及用于标定仪的校准装置及天气雷达回波强度真值标定方法。

背景技术

新一代天气雷达(CINRAD)全国联网在线的数量有230多部，在全国精细化天气预报业务和灾害性天气监测预警中发挥了不可或缺的作用。组网雷达数据的准确性和一致性直接影响雷达应用和效益发挥，尤其是数字预报模式的发展对组网雷达数据同化提出了更高要求。而提高天气雷达探测数据的准确性和可靠性，确保全国组网天气雷达观测数据质量，其关键是建立起完善的天气雷达标定业务，以及为标定业务提供支撑的技术规范和平台。

雷达强度测量、速度测量、坐标测量(距离、方位角、俯仰角)、谱宽测量、差分反射率测量、差分相移测量是天气雷达主要系统参数，是衡量雷达质量的主要标志。雷达天线增益、发射功率、接收灵敏度、接收动态、杂波抑制比、相位噪声等分系统指标是系统指标的基础保障。

由于雷达产品缺少可方便实施的系统参数测量手段，军用雷达在产品定型时通过靶场试验对雷达系统参数和分系统参数测量和鉴定，定型后以分系统参数测试代替系统参数测试对生产使用阶段雷达性能进行评估，在部队使用中不断发现系统参数超标问题。天气雷达没有靶场试验环节，以成熟型号经验确定分系统指标和部分系统指标间接测试替代方法，因此，运行维护中同样会存在系统指标超标问题，标定仪承担双偏振天气雷达系统指标及分系统指标标定任务。但标定仪自身也需要每年定期校准，以保证对天气雷达的标定校准效果。

天气雷达回波强度真值标定是天气雷达数据质量控制的核心，在天气雷达回波强度真值标定过程中，目前标定仪向天气雷达所发射的模拟目标信号没有校准手段，仅能保证雷达与雷达之间测量一致性标定，不能保证测量结果的准确性。

发明内容

本发明实施例提供一种用于标定仪的校准装置及天气雷达回波强度真值标定方法，校准装置可以对标定仪接收通道、发射通道的性能进行校准，以及构建距离-反射率系数-模拟目标发射功率参数表，以使标定仪依据该参数表对天气雷达回波强度真值进行标定，进而解决天气雷达回波强度真值标定准确度的问题。

为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种用于标定仪的校准装置，包括：

主机，与所述主机分别连接的极化发射天线和极化接收天线，所述极化发射天线和所述极化接收天线的喇叭口均位于同一水平面；

所述极化接收天线包括垂直极化接收天线以及水平极化接收天线；

所述极化发射天线设置于主机上，所述极化发射天线的极化方向相对于水平面呈45°角设置；

所述垂直极化接收天线设置于主机上，所述垂直极化接收天线的极化方向垂直于水平面设置；

所述水平极化接收天线设置于主机上，所述水平极化接收天线的极化方向平行于水平面设置。

在本发明一实施例中，所述主机包括：

发射机、H接收机、V接收机、频综、H信号处理模块、V信号处理模块、数据处理模块以及显控终端；

所述发射机与所述频综和所述极化发射天线分别连接；

所述H接收机与所述频综、所述垂直极化接收天线以及所述H信号处理模块分别连接；

所述V接收机与所述频综、所述水平极化接收天线以及所述V信号处理模块分别连接；

所述数据处理模块与所述H信号处理模块、所述V信号处理模块以及所述显控终端分别连接。

在本发明一实施例中，所述频综包括晶振、第一功分器、第一锁相环、第二锁相环、第一信号发生器DDS以及第二DDS；

其中，所述第一功分器与所述晶振、第一锁相环、所述第二锁相环、所述第二DDS以及所述H信号处理模块、所述V信号处理模块分别连接；

所述第一锁相环依次通过第一放大器、第一功分器、第一混频器与所述发射机连接，所述第一混频器通过第一低通滤波器与所述第一DDS连接，所述第一功分器与所述H接收机、所述V接收机分别连接；

所述第二锁相环与第二功分器连接；

所述第二DDS依次通过第二低通滤波器、第二放大器、第三功分器与所述H接收机、所述V接收机分别连接。

在本发明一实施例中，所述H接收机包括：

依次连接的第二混频器、第三低通滤波器、第三放大器、第三混频器、第四低通滤波器、第一中频放大器；

所述第二混频器与所述垂直极化接收天线、所述第一功分器分别连接；

所述第三混频器与所述第二放大器连接；

所述第一中频放大器与所述H信号处理模块连接。

为了解决上述问题，本发明实施例还公开了一种天气雷达综合标定仪强度标定方法，所述方法包括：

对如本发明实施例所述的校准装置发射通道的发射天线增益功率积进行校准，通过校准后的所述校准装置发射通道发射基准信号，以对标定仪接收通道性能进行校准；

将所述校准装置接收通道对空间辐射信号的功率密度测量性能进行校准，以对标定仪发射通道性能进行校准；其中，所述功率密度测量性能包括功率密度测量基准值和功率密度测量动态范围，所述功率密度测量基准值基于反射体的标准反射性能进行校准，所述功率密度测量动态范围通过控制校准装置发射功率，再将该发射功率送标准增益喇叭，以使标准增益喇叭向所述校准装置的接收天线辐射进行校准；

建立反射体测量系统，在所述反射体测量系统中，所述校准装置的极化发射天线和极化接收天线的喇叭口均对准远场反射体；其中，所述校准装置依据脉冲雷达方程对所述反射体的雷达截面积进行测量，并依据天气雷达方程对不同距离下的所述反射体的回波功率进行测量，建立距离-雷达截面积-回波功率参数表；

所述校准装置根据所述反射体的雷达截面积，计算天气雷达中所述反射体的反射率系数，将所述距离-雷达截面积-回波功率参数表转换为距离-反射率系数-回波功率参数表；其中，所述反射体的反射率系数范围与天气雷达测量动态范围匹配；

建立模拟目标发射功率校准系统，在所述模拟目标发射功率校准系统中，所述校准装置极化发射天线和极化接收天线的喇叭口均对准远场标定仪的天线，其中，根据所述距离-反射率系数-回波功率参数表，调整所述标定仪的模拟目标发射功率，以使所述校准装置在特定距离下接收到所述模拟目标发射功率对应的回波功率与所述校准装置在所述特定距离下接收到的所述反射体在对应的反射率系数下的回波功率相等，记录所述模拟目标发射功率，得到距离-反射率系数-模拟目标发射功率参数表；

利用发射通道和接收通道均校准后的所述标定仪，依据所述距离-反射率系数-模拟目标发射功率参数表，对天气雷达回波强度真值进行标定。

在本发明一实施例中，对校准装置发射通道的发射天线增益功率积进行校准，包括以下步骤：

在远场设置标准增益喇叭天线，以及与所述标准增益喇叭天线连接的功率计，并将所述校准装置的极化发射天线的喇叭口对准所述标准增益喇叭天线；

所述校准装置发射功率为P

其中，标准增益喇叭天线所接收的空间辐射信号的功率密度为：

功率计测量功率为：

所述校准装置发射通道的发射天线增益功率积为：

在本发明一实施例中，将所述校准装置接收通道对空间辐射信号的功率密度测量性能进行校准，包括以下步骤：

通过所述校准装置发射通道向反射体辐射信号，在反射体处空间功率密度为：

(4)式中：P

在本发明一实施例中，建立反射体测量系统，在所述反射体测量系统中，所述校准装置的极化发射天线和极化接收天线的喇叭口均对准远场反射体；其中，所述校准装置依据脉冲雷达方程对所述反射体的雷达截面积进行测量，并依据天气雷达方程对不同距离下的所述反射体的回波功率进行测量，包括以下步骤：

选择地面平坦的野外开阔空间，用三个支杆和拉绳悬起反射体，架设在所述校准装置的极化发射天线和极化接收天线的喇叭口上空，所述喇叭口与远场反射体距离为

反射体的雷达截面积测量依据脉冲雷达方程进行测量：

上式中，P

设脉冲雷达常数：

σ＝C

反射体的雷达截面积测量完成后，再通过测量工具尺测量反射体中心到所述喇叭口的距离R

在本发明一实施例中，所述校准装置根据所述反射体的雷达截面积，计算天气雷达中所述反射体的反射率系数，包括：

天气雷达方程为：

式中：|K|

式中，m为复折射指数，厘米波段，温度在0℃～20℃，粒子为水态时，|K|

式中，θ为雷达方位角波束宽度，

设天气雷达常数：

结合上式，计算得到天气雷达中所述反射体的反射率系数为：

在本发明一实施例中，建立模拟目标发射功率校准系统，在所述模拟目标发射功率校准系统中，所述校准装置极化发射天线和极化接收天线的喇叭口均对准远场标定仪的天线，其中，根据所述距离-反射率系数-回波功率参数表，调整所述标定仪的模拟目标发射功率，以使所述校准装置接收到所述模拟目标发射功率与所述反射体的回波功率相等，记录得到距离-反射率系数-模拟目标发射功率参数表，包括以下步骤：

选择地面平坦的野外开阔空间，用三个支杆和拉绳悬起标定仪天线，架设在所述校准装置的极化发射天线和极化接收天线的喇叭口上空，标定仪天线通过电缆连接到标定仪；

将距离R

在标定仪架设位置与反射体位置不同时，标定仪和所述校准装置相互对准，通过下式换算：

式中：P

式中：P

调整模拟目标发射功率P

在此基础上，依据下式建立距离-反射率系数-模拟目标发射功率参数表：

本发明实施例包括以下优点：

本发明校准装置包括主机，所述主机上设置有极化发射天线、垂直极化接收天线以及水平极化接收天线，极化发射天线、垂直极化接收天线以及水平极化接收天线并排设置于主机的顶端面，由于极化发射天线的极化方向相对于水平面呈45°角设置，以此能向标定仪发射水平极化与垂直极化幅度相等且相位差为0°的基准信号，从而实现对标定仪极化接收双通道(垂直极化接收通道和水平极化接收通道)对空间辐射信号的功率密度测量性能的校准；而垂直极化接收天线的极化方向垂直于水平面设置，能有效接收到标定仪所发射的模拟目标信号中的垂直极化分量，而水平极化接收天线的极化方向平行于水平面设置，能有效接收到标定仪所发射的模拟目标信号中的水平极化分量，进而实现标定仪发射通道模拟目标发射功率动态和精度的校准；

本发明实施例基于上述校准装置，提供了天气雷达回波强度真值标定依靠标定仪模拟目标真值进行标定，标定仪模拟目标真值基准依靠校准装置标定，校准装置利用金属球和角反射体的客观反射真值特性，以及依靠校准装置对空间辐射信号的功率密度高精度测量性能，对标定仪模拟目标发射功率及其回波强度真值基准进行校准，进而对天气雷达回波强度真值进行标定的思路，其特点是客观、准确，克服了目前对标定仪模拟目标信号的强度没有校准手段，仅能保证雷达与雷达之间测量一致性标定，不能保证测量结果的准确性的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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是本发明校准装置的三维结构示意图；

图2是本发明图1所示校准装置的正视图；

图3是本发明图1所示校准装置的侧视图；

图4是本发明校准装置的系统组成框图；

图5是本发明校准装置的电路原理框图；

图6是本发明一种天气雷达回波强度真值标定方法的步骤流程图；

图7是本发明对校准装置极化发射天线的发射天线增益功率积进行校准的原理示意图；

图8是本发明将校准装置接收通道对空间辐射信号的功率密度测量性能进行校准的原理示意图；

图9是本发明金属球反射体测量系统的原理示意图；

图10是本发明模拟目标发射功率校准系统的原理示意图。

附图标记说明：

1-主机；2-极化发射天线；3-垂直极化接收天线；4-水平极化接收天线；5-方位转台；6-底座；601-电源接口；602-开关；603-网口；7-天线射频接口；8-底盘。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参照图1～3，示出了本发明一种针对标定仪的校准装置的结构示意图，至少可以解决本发明所提出的技术问题，该校准装置可以包括：

主机1，与所述主机1分别连接的极化发射天线2和极化接收天线，所述极化发射天线2和所述极化接收天线的喇叭口均位于同一水平面；

所述极化接收天线包括垂直极化接收天线3以及水平极化接收天线4；

所述极化发射天线2设置于主机上，所述极化发射天线2的极化方向相对于水平面呈45°角设置；

所述垂直极化接收天线3设置于主机上，所述垂直极化接收天线3的极化方向垂直于水平面设置；

所述水平极化接收天线4设置于主机上，所述水平极化接收天线4的极化方向平行于水平面设置。

其中，如图1和图2所示，本发明校准装置的极化发射天线2、垂直极化接收天线3以及水平极化接收天线4并排设置于主机1的顶端面，由于极化发射天线2的极化方向相对于水平面呈45°角设置，以此能向标定仪发射水平极化与垂直极化幅度相等且相位差为0°的基准信号，从而实现对标定仪极化接收双通道(垂直极化接收通道和水平极化接收通道)对空间辐射信号的功率密度测量性能的校准。为保证极化发射天线2的极化方向相对于水平面呈45°角设置，在本发明一实施例中，校准装置还包括：水平泡(图未示出)，水平泡与极化发射天线2连接，水平泡可以用于校准述极化发射天线2的极化方向是否相对于水平面呈45°角设置。关于水平泡如何校准，可参照已有水平泡的校准原理，在此不多赘述。

本发明校准装置的垂直极化接收天线3的极化方向垂直于水平面设置，能有效接收到标定仪所发射的模拟目标信号中的垂直极化分量，而水平极化接收天线4的极化方向平行于水平面设置，能有效接收到标定仪所发射的模拟目标信号中的水平极化分量，进而实现标定仪发射通道模拟目标发射功率动态和精度的校准。具体校准方法参照后续方法，在此不多赘述。

如图1所示，主机1上至少设置有三个天线射频接口，极化发射天线2、垂直极化接收天线3以及水平极化接收天线4与三个天线射频接口7通过电缆一一连接，以此主机1内所产生的发射信号可通过其中一个电缆向极化发射天线2传输发射信号，以及通过另外两个电缆传输通过垂直极化接收天线3、水平极化接收天线4所接收的相关接收信号。

此外，继续参照图1～图3，该校准装置还包括：方位转台5，方位转台5设置于主机1下端且与主机1连接，方位转台5用于在所述主机1的控制下进行0～360°转动，以模拟雷达的方位角扫描。

本发明通过方位转台5的转动，可以模拟雷达周扫，测试标定仪远场天线方向图、天线增益、发射功率和频谱等主要分系统指标测试功能，对标定仪雷达分系统参数标定功能进行检查，分系统参数标定性能指标进行校准，为标定仪数据质量建立技术保障。其中，极化发射天线2、垂直极化接收天线3以及水平极化接收天线4的扫描方向朝向同一侧，以此能在方位转台5转动下，实现信号的同时接收和发射。

如图1～图3所示，校准装置还包括底座6，所述底座6设置于所述方位转台5的下方且与所述方位转台5连接；所述底座6内设置有电源模块，所述底座6外设置有电源接口、开关和网口。

在本发明中，底座6为圆柱形，底座6内的电源模块为独立模块，可与锂电池及电源控制系统安装在一起，并向主机1内的各功能模块供电，底座6外周壁的电源接口601可与外部电源连接，以向电源模块供电；开关602可包括启动开关602，以此控制整个校准装置启动，网口603可与外部数据显示设备连接或与标定仪连接。为提高整个校准装置在工作时的稳定性，底座的底部还设置有底盘8，底盘8的表面积大于底座的下端面。

在本发明中，参照图4，主机1包括：发射机、H接收机、V接收机、频综、H信号处理模块、V信号处理模块、数据处理模块以及显控终端；发射机与频综和极化发射天线2分别连接；H接收机与频综、垂直极化接收天线3以及H信号处理模块分别连接；V接收机与频综、水平极化接收天线4以及V信号处理模块分别连接；数据处理模块与H信号处理模块、V信号处理模块以及显控终端分别连接。

在本发明一实施例中，参照图5，频综包括晶振、第一功分器、第一锁相环、第二锁相环、第一信号发生器DDS以及第二DDS；其中，第一功分器与晶振、第一锁相环、第二锁相环、第二DDS以及H信号处理模块、V信号处理模块分别连接；第一锁相环依次通过第一放大器、第一功分器、第一混频器与发射机连接，第一混频器通过第一低通滤波器与第一DDS连接，第一功分器与H接收机、V接收机分别连接；第二锁相环与第二功分器连接；第二DDS依次通过第二低通滤波器、第二放大器、第三功分器与H接收机、V接收机分别连接。

继续参照图5，在本发明一实施例中，该H接收机可以包括：依次连接的第二混频器、第三低通滤波器、第三放大器、第三混频器、第四低通滤波器、第一中频放大器；第二混频器与垂直极化接收天线3、第一功分器分别连接；第三混频器与第二放大器连接；第一中频放大器与H信号处理模块连接。

继续参照图5，在本发明一实施例中，该V接收机包括：依次连接的第四混频器、第四低通滤波器、第四放大器、第五混频器、第五低通滤波器、第二中频放大器；第四混频器与水平极化接收天线4、第一功分器分别连接；第五混频器与第二放大器连接；第二中频放大器与V信号处理模块连接。

主机1内的各个功能模块通过CPCI母板安装在一个框架内，可方便插拔。在实现时，本发明频综中的DDS数字直接频率合成器可以产生960Mhz线性调频或窄脉冲信号，与第一锁相环产生的1本振信号混频，形成发射射频信号，通过改变不同本振频率可形成S波段、C波段、X波段发射信号，发射机功率放大后输出到极化方向相对于水平面呈45°角设置的极化发射天线2，以此能向标定仪发射水平极化与垂直极化幅度相等相位差为0°的基准信号。标定仪接收校准装置在远场发射的基准信号，产生模拟目标信号，该模拟目标信号通过极化方向呈45°设置的变极化发射天线2向校准装置发射，由此校准装置的垂直极化接收天线3和水平极化接收天线4接收幅度相等且相位差为0°的模拟目标信号，模拟目标信号的垂直极化分量和水平极化分量进行两次混频、滤波、放大，然后对应送H信号处理模块、V信号处理模块检测，可以得到垂直极化接收通道3的幅度和相位、水平极化接收通道4的幅度和相位，然后送入数据处理模块进行福相一致性校准。由于标定仪所发射的模拟目标信号的水平极化与垂直极化幅度相等且相位差为0°，因此，本发明通过数据处理模块对校准装置的H接收机和V接收机所输出的同一模拟目标信号的垂直极化分量和水平极化分量进行比对，可以实现对校准装置的垂直极化接收通道与水平极化接收通道的幅相一致性校准，进而保证对标定仪发射通道模拟目标发射功率进行校准时的效果。

以上对校准装置的机械及模块组成结构进行了说明，接下针对如何运用该校准装置对标定仪的强度进行校准，从而解决天气雷达回波强度真值标定问题进行说明。

参照图6，本发明实施例提出了一种天气雷达回波强度真值标定方法的步骤流程图，该方法可以包括以下步骤：

步骤S601，对如本发明实施例所述的校准装置发射通道的发射天线增益功率积进行校准，通过校准后的所述校准装置发射通道发射基准信号，以对标定仪接收通道性能进行校准。

校准装置发射通道的发射天线增益功率积测量校准是校准装置对标定仪接收通道测量校准的主要基础工作，标定仪接收通道对空间辐射信号的功率密度测量性能通过校准装置发射基准信号进行校准，基准信号功率通过功率计校准。

基准信号通过校准装置极化发射天线向空间辐射，在空间呈现的是校准装置极化发射天线功率积P

测量空间辐射信号的功率密度，天线口径面积越大，接收信号幅度越大。标定仪接收通道对空间辐射信号的功率密度测量性能校准依靠控制校准装置发射通道的发射天线增益功率积实现，而校准装置发射通道的发射天线增益功率积通过控制校准装置的基准信号的发射功率实现。由于空间测量无法单独获得发射功率，所以通过测量发射天线增益功率积来对发射通道进行校准。因此，对校准装置极化发射天线增益和功率积进行校准是校准装置出厂验收和年审校准的基础工作之一。

具体实施时，校准装置发射通道的发射天线增益功率积通过标准喇叭天线和功率计进行校准，对校准装置极化发射天线2的发射天线增益功率积进行校准的原理示意图如图7所示。其中，步骤S601可以包括以下步骤：

在远场设置标准增益喇叭天线，以及与所述标准增益喇叭天线连接的功率计，并将所述校准装置的极化发射天线2的喇叭口对准所述标准增益喇叭天线；

所述校准装置发射功率为P

其中，标准增益喇叭天线所接收的空间辐射信号的功率密度为：

功率计测量功率为：

所述校准装置发射通道的发射天线增益功率积为：

步骤S602，将所述校准装置接收通道对空间辐射信号的功率密度测量性能进行校准，以对标定仪发射通道性能进行校准；其中，所述功率密度测量性能包括功率密度测量基准值和功率密度测量动态范围，所述功率密度测量基准值基于反射体的标准反射性能进行校准，所述功率密度测量动态范围通过控制校准装置发射功率，再将该发射功率送标准增益喇叭，以使标准增益喇叭向所述校准装置的接收天线辐射进行校准。

在本发明实施例中，将校准装置接收通道对空间辐射信号的功率密度测量性能进行校准是校准装置对标定仪发射通道模拟目标发射功率校准的主要工作。标定仪发射通道所发射的模拟目标信号的模拟目标发射功率动态和精度决定了标定仪对天气雷达标定动态能否覆盖雷达强度测量动态，标定精度能否保证雷达测量精度系统误差校准。

具体实施时，步骤S602可以包括以下步骤：

通过校准装置发射通道向反射体辐射信号，在反射体处空间功率密度为：

(4)式中：P

在本发明各个实施例中，反射体可以为金属球，也可以为角反射体。

当反射体为金属球时，金属球雷达截面积为σ＝πa

当反射体为角反射体时，角反射体雷达截面积为

步骤S603，建立反射体测量系统，在所述反射体测量系统中，所述校准装置的极化发射天线2和极化接收天线的喇叭口均对准远场反射体；其中，所述校准装置依据脉冲雷达方程对所述反射体的雷达截面积进行测量，并依据天气雷达方程对不同距离下的所述反射体的回波功率进行测量，建立距离-雷达截面积-回波功率参数表。

在本发明实施例中，校准装置对反射体雷达截面积测量是校准装置依据脉冲雷达方程对金属球或角反射体的雷达截面积进行测量，通过垂直顶空开阔空间架设测量方式消除室内测量微波暗室中微波吸收材料介质反射，获得比微波暗室更为干净的测量环境；通过提高收发天线隔离度，使收发天线泄露信号幅度小于最小300mm直径金属球回波幅度20dB，降低收发天线隔离影响，通过设计合适的发射脉冲区间接收机增益，使接收机在发射脉冲期间能够线性放大，设置信号处理采集区间为发射脉冲前沿到脉冲周期结束，能够对“0”距离起始的全距离量程回波采集处理，使校准装置距离测量盲区为“0”，能够实现对校准装置远场距离1m以内时近距离架设的反射体进行无盲区雷达截面积测量；通过在测量系统误差中自动测量对消收发隔离信号分量，使收发天线互耦对金属球及角反射体的测量影响忽略不计。

其中，建立反射体测量系统可以包括以下步骤：

选择地面平坦的野外开阔空间，50m以内无建筑物，用三个支杆和拉绳悬起金属球或不同尺寸的角反射体，架设在所述校准装置的极化发射天线2和极化接收天线的喇叭口上空，所述校准装置天线远场与反射体距离为

其中，D为所述校准装置天线口径尺寸，约0.12m，λ为雷达工作波长，X波段取0.032m，C波段取0.053m，S波段取约0.1m，对应远场距离为：X波段约0.625m，C波段约0.377m，S波段约0.2m，将金属球架设在距离天线1.5m高度，能够满足X、C、S波段反射体远场测量要求。支杆选用木质或塑料类材料，距离校准装置5m以外，拉绳选用尼龙细线，使支杆和拉绳基本不反射电磁波，消除周边反射对测量结果的影响。当反射体为金属球时，反射体测量系统的原理示意图如图9所示。

反射体的雷达截面积测量依据脉冲雷达方程进行测量：

上式中，P

设脉冲雷达常数：

σ＝C

反射体的雷达截面积测量完成后，再通过测量工具尺测量反射体中心到校准装置的天线喇叭口的距离R

最后依据雷达截面积公式，通过校准装置测量反射体的回波功率P

步骤S604，所述校准装置根据所述反射体的雷达截面积，计算天气雷达中所述反射体的反射率系数，将所述距离-雷达截面积-回波功率参数表转换为距离-反射率系数-回波功率参数表；其中，所述反射体的反射率系数范围与天气雷达测量动态范围匹配。

其中，天气雷达方程可以为：

式中：|K|

式中，m为复折射指数，厘米波段，温度在0℃～20℃，粒子为水态时，|K|

式中，θ为雷达方位角波束宽度，

设天气雷达常数：

结合上式，计算得到天气雷达中所述反射体的反射率系数为：

需要说明的是，在本发明各个实施例中，反射率系数也称强度，即回波强度。

实际中，强度和雷达截面积均通过金属球或角反射体等标准反射体表征，同样的反射体在脉冲雷达测量中作为点目标出现，回波功率表征雷达目标截面积；而在天气雷达中作为一个检测单元体目标出现，等效一个充满检测单元的含水粒子总截面积，回波功率表征检测单元体目标的反射率系数(目标强度)。因此具有同样雷达截面积的反射体在不同天气雷达单一检测单元、不同波束宽度和脉冲宽度条件下反射率系数不同。

通过上式可以计算金属球或角反射体等反射体的雷达截面积对应天气雷达回波强度真值，即将所述距离-雷达截面积-回波功率参数表转换为距离-反射率系数-回波功率参数表。

步骤S605，建立模拟目标发射功率校准系统，在所述模拟目标发射功率校准系统中，所述校准装置极化发射天线2和极化接收天线的喇叭口均对准远场标定仪的天线，其中，根据所述距离-反射率系数-回波功率参数表，调整所述标定仪的模拟目标发射功率，以使所述校准装置在特定距离下接收到所述模拟目标发射功率对应的回波功率与所述校准装置在所述特定距离下接收到的所述反射体在对应的反射率系数下的回波功率相等，记录所述模拟目标发射功率，得到距离-反射率系数-模拟目标发射功率参数表。

在本发明实施例中，反射体的作用是校准模拟目标发射功率，建立距离-强度(反射率系数)-模拟目标发射功率参数表，用于标定仪对天气雷达标定。具体而言。步骤S605可以包括以下步骤：

选择地面平坦的野外开阔空间，用三个支杆和拉绳悬起标定仪天线，架设在所述校准装置的极化发射天线2和极化接收天线的喇叭口上空，标定仪天线通过电缆连接到标定仪。模拟目标发射功率校准系统的原理示意图如图10所示，模拟目标发射功率校准系统架设方法与金属球相似(即与图9相似)，在架设金属球的地方架设标定仪天线，标定仪天线通过电缆连接到标定仪，校准前将标定仪天线插损对照标定仪机内天线进行校准。

标定仪模拟目标发射功率校准时，校准装置发射信号，标定仪接收校准装置发射的探测脉冲信号，产生“0”距离模拟目标信号，模拟目标信号的多普勒频率可以设置为150hz以上，远离“0”多普勒频率发射泄露信号和周围环境反射信号，利用校准装置FFT多普勒滤波滤除“0”多普勒频率泄露和杂波干扰，使模拟目标信号的模拟目标发射功率测量地更精确，通过调整模拟目标发射功率，使校准装置在特定距离下接收的在该模拟目标发射功率下的模拟目标信号的回波功率与校准装置在该特定距离下接收到的反射体在对应的反射率系数下的回波功率相等，记录该模拟目标发射功率，该模拟目标发射功率即对应架设点距离处的金属球回波强度。

执行时，将距离R

在标定仪架设位置与反射体位置不同时，标定仪和所述校准装置相互对准，通过下式换算：

式中：P

式中：P

相同反射体等效标定仪距离处模拟目标发射功率对应的回波功率：

调整模拟目标发射功率P

在此基础上，依据下式建立距离-反射率系数-模拟目标发射功率参数表：

步骤S606，利用发射通道和接收通道均校准后的所述标定仪，依据所述距离-反射率系数-模拟目标发射功率参数表，对天气雷达回波强度真值进行标定。

综上，本发明实施例提供了天气雷达回波强度真值标定依靠标定仪模拟目标真值进行标定，标定仪模拟目标真值基准依靠校准装置标定，校准装置利用金属球和角反射体的客观反射真值特性，以及依靠校准装置对空间辐射信号的功率密度高精度测量性能，对标定仪模拟目标发射功率及及其回波强度真值基准进行校准的思路，其特点是客观、准确，克服了目前标定仪模拟目标没有校准手段，仅能保证雷达与雷达之间测量一致性标定，不能保证测量结果的准确性的问题。

校准装置通过自身对空间辐射信号的功率密度高精度测量性能对金属球和/或不同尺寸角反射体反射功率进行密度测量，通过不同反射体雷达截面积对校准装置，确定该距离对应的不同反射体的回波强度真值基准，反射体的回波强度范围与天气雷达回波强度的测量动态范围匹配，不同反射体的回波强度真值基准间隔按照等间隔分区，通过设置好的反射体回波功率标定校准不同强度模拟目标发射功率，形成等间隔分区的强度真值和模拟目标发射功率真值基准。

通过本发明实施例可以用于对标定仪强度标定功能、动态、分辨率、精度等进行检查校准，是校准装置主要功能之一，标定仪校准装置强度检查校准应具有优于天气雷达回波强度真值测量精度3～10倍的校准精度，能满足标定仪对天气雷达回波强度真值标定大动态、高精度、参数长期稳定性的基本要求，使标定仪在天气雷达回波强度真值测量各项参数起伏误差满足要求时，承担对天气雷达回波强度真值测量参数系统误差校准和标定的任务，在天气雷达回波强度真值测量参数起伏误差超过规定要求时承担告警任务，告知保障人员对天气雷达进行检查维护，查找起伏误差超标原因，解决起伏误差超标问题后再对天气雷达回波强度真值测量系统误差进行标定，使天气雷达回波强度真值测量参数的动态、分辨率、精度及长期稳定性等数据质量得到保障。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体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、物品或者终端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、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请，在具体实施方式及应用范围上均会有不同形式的改变之处，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之中。