一种微波雨衰测试系统以及测试方法

摘要

本申请提供了一种微波雨衰测试系统以及测试方法。所述微波雨衰测试系统包括：人工降雨装置，配置为提供用于进行微波雨衰测试的降雨环境；雨衰测试装置，配置为向所述人工降雨装置发射微波信号，所述微波信号在所述人工降雨装置中发生衰减，所述雨衰测试装置接收经过所述降雨装置衰减之后的微波信号，根据衰减前后的所述微波信号计算所述降雨环境中微波信号的衰减。所述微波雨衰测试系统通过设置人工降雨装置，来模拟用于进行微波雨衰测试的降雨环境，所述测试系统一方面不依赖于天气条件，可以随时开展测试。

说明书

技术领域

本申请涉及微波领域，具体地，本申请涉及一种微波雨衰测试系统以及测试方法。

背景技术

雨衰指的是微波穿过降雨区后受到雨滴的吸收与辐射，产生衰减的情况，雨滴的介质损耗引起吸收衰减，电磁散射效应导致了雨粒的散射衰减，尤其是Ku波段(指比IEEE521-2002标准下的K波段频率低的波段，KU的频段通常下行从10.7到12.75GHz，上行从12.75到18.1GHz)和K波段的微波，其波长与雨滴直径大小接近，导致微波衰减效应特别明显。

目前微波雨衰的测试通常采用外场测试，具体技术方案是在待测区域选择两个较高的建筑物或自然山体，分别架设Ka波段(电磁频谱的微波波段的一部分，Ka波段的频率范围为26.5-40GHz)或K波段发射系统和接收系统，两系统之间的距离为视距，通过测量不同天气条件下的降雨特性、接收信号的强度，采用等效路径法来推算Ka波段或K波段的雨衰特性。

现有技术采用外场测试方案，由于外场测试依赖于天气条件，当无雨天气持续时间较长时，测试工作无法开展，测试周期将变长，费效比高。另一方面，雨天具有随机性，降雨量、风向等无法精确预判，导致外场测试的结果具有较大的随机性，准确度低。

目前雨衰测试方案存在上述问题，需要进行改进和完善。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本申请提供了一种微波雨衰测试系统，所述微波雨衰测试系统包括：

人工降雨装置，配置为提供用于进行微波雨衰测试的降雨环境；

雨衰测试装置，配置为向所述人工降雨装置发射微波信号，所述微波信号在所述人工降雨装置中发生衰减，所述雨衰测试装置接收经过所述降雨装置衰减之后的微波信号，根据衰减前后的所述微波信号计算所述降雨环境中微波信号的衰减。

可选地，所述人工降雨装置包括：

空间结构，具有提供降雨环境的室内空间；

喷淋设备，设置于所述空间结构的顶部，配置为在所述室内空间内模拟所述降雨环境。

可选地，所述人工降雨装置包括：供水设备，配置为所述喷淋设备的进行供水；

所述喷淋设备包括：

喷嘴，配置为向所述室内空间内进行喷洒以模拟所述降雨环境；

供水管路，所述供水管路的一端与所述供水设备连接，所述供水管路的另一端与所述喷嘴连接；

水压调节系统，配置为调节所述喷淋设备的降雨强度。

可选地，所述人工降雨装置包括降雨控制器，所述降雨控制器与所述喷淋设备和所述供水设备通讯连接，配置为接收降雨强度指令，以及控制所述降雨强度指令下所述喷淋设备所需的流量和水压，调整所述供水设备的水压值达到设定值，和/或实时监测并反馈的所述喷淋设备的流量和所述供水设备的水压值。

可选地，所述雨衰测试装置包括：

微波发射系统，设置于所述人工降雨装置的一侧，配置为向所述人工降雨装置中发射微波信号；

微波接收系统，与所述微波发射系统相对设置，设置于的所述人工降雨装置的另一侧，配置为接收衰减后的微波信号。

可选地，所述微波发射系统包括微波控制器、微波信号源、发射天线和功率放大器；

所述微波控制器配置为控制所述微波信号源发出微波信号；控制所述功率放大器接收、放大所述微波信号并将放大的所述微波信号反馈到所述发射天线中；以及控制所述发射天线将所述微波信号发射至所述人工降雨装置中。

可选地，所述接收系统包括接收天线、信号分析仪和数据采集装置；

其中，所述接收系统配置为接收衰减后的微波信号并传输至所述信号分析仪及所述数据采集装置；

所述信号分析仪及所述数据采集装置配置为获取并存储衰减后的微波信号，并根据发射的微波信号和衰减后的微波信号计算降雨环境中微波的衰减。

本申请还提供了一种微波雨衰测试方法，所述方法包括：

所述雨衰测试装置向所述人工降雨装置发射微波信号；

开启所述人工降雨装置，以在所述降雨装置中模拟所述降雨环境；

接收经所述人工降雨装置发生衰减后的微波信号；

根据发射的微波信号和衰减后的微波信号计算所述降雨环境下的雨衰。

可选地，所述方法包括：

控制所述人工降雨装置处于关闭状态，所述雨衰测试装置向所述人工降雨装置发射微波信号并接收经自由空间衰减后的第一微波信号；

开启所述人工降雨装置，以在所述降雨装置中模拟降雨环境，所述雨衰测试装置向所述降雨环境发射微波信号并接收衰减后的第二微波信号；

根据所述第一微波信号和所述第二微波信号计算所述降雨环境下的雨衰。

可选地，计算所述第一微波信号和所述第二微波信号之间的差值，以得到所述降雨环境下的雨衰。

为了解决目前存在的技术问题，本申请提供了一种微波雨衰测试系统以及测试方法。所述微波雨衰测试系统通过设置人工降雨装置，来模拟用于进行微波雨衰测试的降雨环境，所述测试系统一方面不依赖于天气条件，可以随时开展测试，另一方面可以对降雨面积、降雨量和降雨均匀性等参数进行设置，有规律的获得不同降雨条件下的微波雨衰结果。

本申请所述微波雨衰测试系统以及测试方通过建立室内模拟测试系统，进行室内人工降雨，并设计具有多个自由度的雨衰测试装置，能够实现全天候的微波雨衰测试工作，并能获取微波雨衰与降雨参数的关系，为降雨环境下雷达的作战效能评估提供了依据。

附图说明

本申请的下列附图在此作为本申请的一部分用于理解本申请。附图中示出了本申请的实施例及其描述，用来解释本申请的装置及原理。在附图中，

图1为本申请一实施例中所述微波雨衰测试系统的结构示意图；

图2为本申请另一实施例中所述微波雨衰测试系统的结构示意图；

图3为本申请一实施例中所述微波雨衰测试方法的流程示意图；

图4本申请一实施例中所述微波雨衰测试系统的工作流程图。

具体实施方式

为了使得本申请的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。基于本申请中描述的本申请实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本申请的保护范围之内。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本申请能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本申请的范围完全地传递给本领域技术人员。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本申请，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本申请提出的技术方案。本申请的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本申请还可以具有其他实施方式。

为了解决本申请的技术问题，本申请的第一方便提供了一种微波雨衰测试系统100，下面结合图1和图2对微波雨衰测试系统100进行详细的说明，其中，图1为本申请一实施例中所述微波雨衰测试系统100的结构示意图；图2为本申请另一实施例中所述微波雨衰测试系统100的结构示意图。

如图1所示，所述微波雨衰测试系统100至少包括人工降雨装置110和雨衰测量装置120。

其中，所述人工降雨装置110在本申请中用于模拟降雨环境，以提供进行微波雨衰测试的降雨环境。

其中，雨衰测量装置120配置为向所述人工降雨装置110发射微波信号，所述微波信号经所述人工降雨装置110发生衰减，所述雨衰测量装置120还接收经过所述降雨装置衰减后的微波信号，并根据所述发射的微波信号和衰减的微波信号来计算降雨环境中微波的衰减程度。

本申请采用室内模拟微波雨衰测试系统来代替传统的开放式外场环境，由室内的人工降雨装置来模拟各种类型的降雨环境，所述微波雨衰测试系统不依赖于天气条件，可以随时开展测试。通过所述改进能够实现全天候的微波雨衰测试工作，并能获取微波雨衰与降雨参数的关系，为降雨环境下雷达的作战效能评估提供了依据，以解决现有外场测试方法费效比低，随机性高，无法设置降雨参数的缺点。

具体地，下面结合图2对本申请所述微波雨衰测试系统100进行详细的说明。

其中，在本申请中所述人工降雨装置110包括模拟人工降雨所需的空间和各种设备，所述人工降雨装置110可以为采用任何材料搭建形成的具有一定空间的结构，例如可以选用大致密闭的空间结构，以使所述微波信号穿过所述人工降雨装置110避免受到其他因素的影响。

在本申请的一实施例中，所述人工降雨装置110构造为室内环境，例如通过轻型钢搭建而成的房屋结构，需要说明的是所述人工降雨装置110的空间并不局限于房屋结构，例如还可以为大型集装箱、简易帐篷之类的结构，在此不做限定，能实现本申请所述人工降雨装置110功能的空间结构均可以应用于本申请。

其中，所述人工降雨装置110包括喷淋设备102，设置于所述空间结构的顶部，通过从所述人工降雨装置110的顶部向下喷淋，进而在室内空间内模拟所述降雨环境。

在本申请中可以通过调节所述喷淋设备102的各种参数，以对降雨面积、降雨量和降雨均匀性等参数进行设置，有规律的获得不同降雨条件下的微波雨衰结果，以增加衰减测试条件的可控性。

具体地，所述人工降雨装置110包括供水设备101，所述供水设备101与所述喷淋设备102连接，以用于为喷淋设备102的进行供水。

进一步，所述供水设备101至少包括水泵和变频器，其中，所述水泵用于提供动力，以实现对所述喷淋设备102进行喷淋水的供应，所述变频器配置为通过调节变频器的参数使供水水压达到设定值，以对降雨强度进行调节。

具体地，在本申请的一实施例中，所述喷淋设备102包括：供水管路，一端与所述供水设备101连接，例如所述供水管路的一端与所述水泵连接，所述供水管路的另一端与喷淋设备102的喷嘴连接。

其中，所述喷淋设备102的喷嘴用于向室内空间内进行喷洒模拟所述降雨环境。

可选地，所述喷嘴还设置有切换系统，用于自动选择喷嘴类型，以调节所述喷嘴喷洒时的各种状态，所述喷洒状态包括但不局限于以下参数：喷洒半径，喷洒压力和/或强度，雾化程度，以及喷头是否可动，是否可旋转等等。

其中，所述切换装置并不局限于某一种，例如可以直接设置于所述喷嘴上，还可以通讯控制等，在此不做限定。

可选地，所述喷淋设备102还进一步包括水压调节系统，配置于所述喷嘴上，用于调节所述喷淋设备102的降雨强度。

进一步，所述人工降雨装置110还可以包括降雨控制器103，所述降雨控制器103与所述喷淋设备102和供水设备101通讯连接，配置为控制降雨强度指令，以及控制所述降雨强度下所述喷淋设备102所需的流量和水压，调整所述供水设备101使水压值达到设定值，和/或实时监测并反馈的喷淋设备102的流量和所述供水设备101的水压值。

具体地，在一实施例中，人工降雨装置110提供降雨环境模拟，所述人工降雨装置110为房屋结构，所述房屋结构由轻型钢搭建而成，人工降雨装置110的顶棚处布设了喷淋设备102，由供水设备101为喷淋设备102供水，通过喷淋设备102模拟自然强降雨环境。供水设备101由水泵和变频器组成，喷淋设备102由水压调节系统、喷嘴切换系统及供水管路组成。降雨控制器103控制降雨强度命令值及喷淋设备102所需的流量和水压，自动选择喷嘴类型，调整变频器参数使水压达到设定值，同时实时监测反馈的流量和水压值，保证降雨环境模拟在正常状态。人工降雨装置110中的关键参数为降雨面积和降雨强度。通过设置不同的降雨面积，能够更精确的获得微波雨衰和降雨面积的关系。在降雨强度方面，能模拟不同强度的降雨。本申请中，降雨强度可以根据降雨面积和持续时间加以剪裁，例如6mm/h～38lmm/h。

在本申请中，所述雨衰测量装置120包括：

微波发射系统，设置于所述人工降雨装置110的一侧，配置为向所述人工降雨装置110中发射微波信号；

微波接收系统，与所述微波发射系统相对设置，设置于的所述人工降雨装置110的另一侧，配置为接收衰减后的第二微波信号。

在本申请中设置人工降雨装置110来代替传统的开放式外场环境，在人工降雨装置110的两端集成微波发射系统和微波接收系统，在设置微波发射系统发射信号后，通过微波接收系统接收经雨衰后的信号，进而能够计算微波雨衰结果。

所述雨衰测量装置120由微波发射系统和接收系统组成，微波发射系统由发射天线106、天线活动支架、微波信号源104、功率放大器105和微波控制器组成，其中所述天线活动支架用于支撑所述发射天线106并且用于移动所述发射天线106，以使所述发射天线106更加便于移动。

可选地，在本申请中所述发射天线106可以设置于所述人工降雨装置110的内部，也可以设置于外部，在此不做限定。

在本申请的一实施例中，所述发射天线106设置于所述人工降雨装置110的内部，并且设置于进行人工模拟降雨环境的一侧。其中，接收系统由接收天线107、信号分析仪109和数据采集装置108构成。所述信号分析仪109及所述数据采集装置108配置为将获取的发射的微波信号和衰减的微波信号进行存储，并根据所述发射的微波信号和衰减的微波信号计算降雨环境中微波的衰减。

在本申请的一实施例中，微波控制器控制微波信号源104发出微波信号，通过功率放大器105将信号放大后，反馈到发射天线106中，发射天线106将微波发送至至少包括人工降雨装置110的自由空间，接收系统接收到微波信号后，由信号分析仪109及数据采集装置108将获取的接收信号进行存储。

当接收系统与发射系统的距离为d，发射系统的功率为Pt，接收系统接收信号的载波功率为Pr时，用分贝表示微波传输损耗，则有

L(dB)＝10lgp

上式即为微波雨衰测试系统100的测量依据，在测试过程中，首先设置微波信号源104反馈发射天线106的信号频率和功率电平值，开始持续发射微波后，接收系统接收信号，由数据采集装置108采集接收信号的功率电平值，该功率电平值需去除发射系统中功率放大器105的增益，最终上式计算微波传输损耗。

其中，在本申请中所述雨衰测量装置120，配置为向所述人工降雨装置110发射微波信号，并接收无降雨环境时经过所述降雨装置之后的第一微波信号以及接收所述降雨环境下经过所述降雨装置之后产生衰减的第二微波信号，根据所述第一微波信号和所述第二微波信号计算降雨环境中微波的衰减。通过所述设置还可以将微波信号在无降雨环境时自由空间的衰减扣除，以提高微波雨衰测试的准确性。

具体地，所述信号分析仪109及所述数据采集装置108配置为将获取的所述第一微波信号和/或所述第二微波信号进行存储，并根据所述第一微波信号和所述第二微波信号计算降雨环境中微波的衰减。

在本申请的一实施例中，所述微波雨衰测试系统在工作的初始，需要设置发射信号的频率和电平，并通过功率放大器反馈到发射天线，向所述人工降雨装置发送微波，此时人工降雨装置的降雨系统未启动，由接收系统接收到的信号功率电平，能够计算出人工降雨装置无雨时自由空间的衰减，计算完成后，记录计算结果L0，保持发射系统持续发射微波信号，由微波控制器设置人工降雨的模式后，启动人工降雨系统，待降雨系统的状态稳定后，由接收系统采集此时接收到的信号功率电平，计算此时的衰减L，该衰减值包含自由空间的衰减值和雨衰值，由L-L0即可计算出在该种降雨条件下的微波雨衰结果。

本申请第二方面提供了一种微波雨衰测试方法，如图3所示，所述方法包括：

步骤S210：所述雨衰测量装置120向所述人工降雨装置110发射微波信号；

步骤S220：开启所述人工降雨装置110，以在所述降雨装置中模拟所述降雨环境；

步骤S230：接收经所述人工降雨装置110发生衰减后的微波信号；

步骤S240：根据发射的微波信号和衰减后的微波信号计算所述降雨环境下的雨衰。

可选地，在一示例中，所述方法包括：

控制所述人工降雨装置110处于关闭状态，所述雨衰测量装置120向所述人工降雨装置110发射微波信号并接收经自由空间衰减后的所述第一微波信号；

开启所述人工降雨装置110，以在所述降雨装置中模拟降雨环境，所述雨衰测量装置120在向所述降雨环境发射微波信号并接收经雨衰后的所述第二微波信号；

根据所述第一微波信号和所述第二微波信号计算所述降雨环境下的雨衰。

在本申请的一实施例中，图4所示为微波雨衰室内模拟测试系统的工作流程图，所述微波雨衰测试系统100在工作的初始，需要设置发射信号的频率和电平，并通过功率放大器105反馈到发射天线106，向所述人工降雨装置110发送微波，此时人工降雨装置110的降雨系统未启动，由接收系统接收到的信号功率电平，能够计算出人工降雨装置110无雨时自由空间的衰减，计算完成后，记录计算结果L0，保持发射系统持续发射微波信号，由微波控制器设置人工降雨的模式后，启动人工降雨系统，待降雨系统的状态稳定后，由接收系统采集此时接收到的信号功率电平，计算此时的衰减L，该衰减值包含自由空间的衰减值和雨衰值，由L-L0即可计算出在该种降雨条件下的微波雨衰结果。

其中，本申请中所述微波雨衰测试方法基于前文所述的微波雨衰测试系统100，在各个实施例中，所述微波雨衰测试方法的各个步骤的具体内容，可以参照微波雨衰测试系统100的工作原理的相关内容，在此不再赘述。

本申请所述微波雨衰测试方法基于所述微波雨衰测试系统，因此具有微波雨衰测试系统的所有优点，例如通过设置人工降雨装置，来模拟用于进行微波雨衰测试的降雨环境，所述测试系统一方面不依赖于天气条件，可以随时开展测试，另一方面可以对降雨面积、降雨量和降雨均匀性等参数进行设置，有规律的获得不同降雨条件下的微波雨衰结果。

本申请所述微波雨衰测试方通过建立室内模拟测试系统，进行室内人工降雨，并设计具有多个自由度的微波发射和接收系统，能够实现全天候的微波雨衰测试工作，并能获取微波雨衰与降雨参数的关系，为降雨环境下雷达的作战效能评估提供了依据。

尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本申请的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本申请的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本申请的范围之内。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者获取机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本申请并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本申请的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的获取机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。