400M数字式电子探空仪接收硬件课件

400M数字式电子探空仪接收硬件第一节基本工作原理

一、组成：由400M数字式电子探空仪、雷达数据解调板、数据处理器。二、工作原理：TPU传感器将气象要素物理量变换成电脉冲量，然后輸至数字采集板变换成数字信号輸至无线电应答器，经载波调制后，将探测数字化数据信息发送到地面站。为保证气象要素测量与采集变换使探空与测风严格同步，传感器和采集板分别输出要素选择脉冲、周期复位脉冲、时分控制信号，控制采集板以及无线电应答器。1、TPU传感器与采集器输出信号的时间关系图：为保证采集板和无线电应答器稳定工作，注水电池组输出的＋26V经7824三端稳压器输出＋24V电压对无线电应答器供电。＋24V再经78L05三端稳压器输出＋5V对采集板供电。TPU传感器输出的六组频率的含义如下：fs：探空仪保温盒内的温度，作为对压力敏感元件温度修正的依据。fp：为气压要素频率。fk2：校正频率2，用以对探空仪变换电路进行实时校正。ft：为温度要素频率。fu：为湿度要素频率。fk1：校正频率1，用以对探空仪变换电路进行实时校正。TPU传感器输出的六路信号频率范围：Fs：9000－10000Hz，盒内温度信号；Fp：9000－10000Hz，气压信号；fk2：7000－8100Hz，10pf基准频率；Ft：7000－9800Hz，气温信号（始终fk-ft≧200Hz）；Fu：7000－9800Hz，湿度信号（始终fk-fu≧200Hz）；fk1：9000－10000Hz，0pf基准频率；3、数字采集板功能：

将VaisalaRS80TPU传感器输出的TPU模拟脉冲信号转换成数字信号及0码位脉冲38.4KHz的付载波输出，同时输出时分控制信号。数字采集板由输入电路、采集/变换电路及付载波调制等电路组成。原理框图：

4、探空仪检定系数探空仪检定系数是数据处理器将探空仪发送的频率变换成TPU要素真值的依据。探空仪检定系数格式如下：第一行：A字头数组为探空仪编码，该编码是自动寻找该检定系数的依据。第二行：数组为探空仪编号，该编号贴在探空仪包装上。第三行—第四十九行：即PY0—MCS，为TPU检定系数。第五十行—第七十二行：即JU0—JT5，为TPU修正系数。第七十三行—第七十四行：即XZ1—XZ2止，为频率修正系数。在每开一箱探空仪时，需将该箱探空仪检定系数光盘数据复制到探测数据处理软件中的JD文件夹中。当检定系数光盘出现问题时，检定系数可利用配发的检定系数表人工输入到JD文件夹中。第二节GTC1-4型高空数据处理器GTC1-4型高空数据处理器与400M数字式电子探空仪及701二次测风雷达配合，将探测的TPU实时频率数据变换成TPU气象要素值及系统修正，并采用RS232c串行通讯标准传送到数据终端。一、结构

GTC1-4高空探测数据处理器原理框图：GTC1-4高空探测数据处理器由雷达数据解调板和数据处理器所组成。数据处理器由数据处理板、数值计算板及电源所组成。二、功能：（1）雷达数据解调板：将雷达检波输出的探空数组视频信号，通过放大、积分、积累恢复出探空频率数组。传送速率为2400bps。（2）数据处理板：将解调板输出的无标识符的探空频率数组变换成具有标识符的频率数组。传送速率将2400bps变换成4800bps

（3）数值计算板：将数据终端主机输送来的代时间的经校正的探空频率数组变换成气象要素数据；并对其输出的气象要素数据进行温度、基点修正。三、数据处理器指示灯说明：

1、视频指示灯：指示雷达解调板是否有原始探空频率数组输出。当该指示灯无指示时，说明解调板或雷达相关电路发生故障。2、TPU数组指示灯：该指示灯指示数据处理器“数值计算板”输出的TPU数组输出是否正常。当该指示灯无指示时说明“数值计算板”无TPU要素数组输出3、启动指示灯：该指示灯指示时间启动状态。灯“亮”表示已启动。时间启动信号来自雷达启动开关，輸来的启动信号（常态为5V）对信号处理板进行中断，以使TPU数据出现时间与雷达坐标时间严格同步。4、f数组指示灯：该指示灯指示数据处理器“数据处理板”输出的代标识符的探空频率数组输出是否正常。当该指示灯无指示时，说明“数据处理板”发生故障5、OK指示灯：指示数值计算板是否正常；同时指示主机输出的校正后的探空频率数组已进入该板。当该指示灯无指示时，说明“数值计算板”发生故障或校正后的探空频率数组未输入。6、ER指示灯：“数值计算板”发生故障指示。当该灯显示红色时，表示“数值计算板”已发生故障。7、I/O指示灯：该指示灯指示数据处理器“数值计算板”输出的TPU数组输出是否正常。当该指示灯无指示时，说明“数值计算板”无TPU要素数组输出。第三节雷达数据解调板结构与原理一、原理结构图：该雷达数据解调板同时适用701c及701x雷达。在701c雷达上使用时，该板代替原701c接收机组合中的JD3板。在使用电子探空仪时，仅将该板代替原板并插入原板插座中即可。在701x雷达上使用时，该板为独立存在成为一个组合，并具有独立电源供电。由于701x视频输出与701c不一样，在701x中尚无法直接插入数据解调板，但该雷达所需的一切视频信号无需外部提供。因此，在701x雷达中应用时，雷达数据解调板中“雷达测距视频脉冲电路”及“信号音响电路”皆无效用。二、工作原理：解调板的功能是，保证在各种信号中可靠地提取出探空仪发送的TPU要素频率数组的码位脉冲。雷达在正常工作时，其视频输出包含TPU要素频率数组的码位脉冲、雷达主波脉冲、应答器的应答自激脉冲、地物脉冲及其它干扰脉冲等信号。为使探空仪发送的TPU要素频率数组的码位脉冲具有较强的抗干扰能力，探空仪在发送码位脉冲之前，将由晶体振荡输出的38.4KHz付载波调制到码位脉冲上。此时探空仪发送的码位脉冲，实际上是一串38.4KHz付载波脉冲。因38.4KHz付载波频率稳定度高达10-4—10-5，因此提取可采用滤波法。本解调器采用高选择性窄带（约7KHz）机械滤波器。由于滤波器输入信号为脉冲方波，因而当付载波过后，滤波器不能立即停止输出，而产生衰减振荡。探空仪发送的频率数组速率为2400bps，则每个码位脉冲中填充16个付载波脉冲。为此为保证解调出的码位脉冲宽度不发生变化，则在电路中加入切割电路。切割电路作用就是保证码位脉冲中具有16个付载波脉冲，由电路中W5电位器控制，见图：码位脉冲恢复电路是由4098可再触发单稳态触发电路芯片组成。为了达到恢复的目的，则单稳延迟时常数应略大于一个付载波周期。因此，恢复后的码位脉冲宽度比原码位脉冲宽半个付载波周期。为保证解调输出的码位脉冲可靠地驱动后级，则输出采用晶体管射随器电路。该级负载电阻采用分压式电路，是为保证输出码位脉冲幅度为5V。解调板的调整直接关系到雷达与数据处理器工作的质量。因而该板的调整在出厂前业已调整好，但板中的积分器时常数应根据本站具体情况进行调整。其它可调电位器皆需专用模拟器及相关仪表方可准确调整。第四节数据处理器数据处理器由信号处理板（实际是一块输入信号转接板）、数据处理板、数值计算板及电源板所组成。组合信号流程及供电示意图：雷达解调板输出的原始频率数组经数据处理板“视频”口输至数据处理板CPU“RXD”口，数据处理板CPU将原始无标志频率数组变换成有标志的标准频率数组，同时提取探空仪编码。标准频率数组及探空仪编码通过数据处理板CPU“TXD”口，经信号处理板“CH1”至主机多功能串行卡“COM3”发送给主机。主机按探空仪编码查询出本探空仪检定（JD）文件，并对标准频率数组进行校正，然后通过多功能串行卡“COM5－PIO”（传JD）及“COM4－SEIO”（传校正后频率数组）传送到数值计算板。数值计算板依据JD文件和频率数组计算出TPU要素真值，并通过“COM5－PIO”输至主机。数值计算板输出的要素真值全部都经过基点和温度修正。主机计算出基值测定的结果，通过“COM5－PIO”传送给数值计算板。时间同步有两种方式：其一，雷达时间启动进行同步时，雷达启动的＋5V脉冲经数据处理板“启动”口传至数据处理板CPU申请中断，中断响应后数据处理板CPU输出的启动命令通过数据处理板“CH3”经主机串行卡“COM6”进入主机，启动主数据处理程序，完成测风与探空的时间同步。其二，主机探测数据处理主程序发出时间启动命令，该命令通过主机串行卡“COM6”，再经数据处理板“CH3”传送到数据处理板CPU上，CPU接收到启动命令后立即发出雷达低电平（－8V左右）复位脉冲（宽度50ms－100ms），经数据处理板“启动”口输至雷达，完成时间同步功能。技术性能表：序号项

目要

求备

注1视频信号≥4.5V对数据处理器为输入信号2雷达坐标数据传送速率300bps对主机为输入信号3雷达输出的频率数组速率2400bps对数据处理器为输入信号4标准频率数组传送速率4800bps对数据处理器为输出5校正后频率数组传送速率4800bps对数据处理器为输入信号6TPU要素真值传送速率19200bps对数据处理器为输出7命令19200bps对数据处理器为输入信号8时间启动信号5v（或±12V）对701x（对701c）第五节硬件系统的调整一、积分器的调整为保证输出的探空信号纯净，在雷达数据解调板的放大级中加入一级积分器。积分器的作用是消除探空信号中的自激脉冲、雷达主波脉冲及其它干扰。为达到上述目的，一级积分器时常数应根据本站具体情况进行调整。调整方法如下：1、在地面接通一个探空仪，用示波器探头测量雷达数据解调板上的U1A第一脚输出波形信号是否有如（a）图所示波形出现，并利用雷达增益旋钮使U1A第一脚输出波形处于弱饱和状态；再用示波器探头测量Q1晶体管射极输出信号调整W1电位器，使Q1晶体管射极输出信号仅有探空脉冲，如b图：为确保积分器能将非付载波脉冲较彻底消除，则积分时常数可使付载波脉冲前沿倾斜最大近似可达到付载波脉宽的1/3—1/2之间（约4μs－5μs）。二、放大级的调整解调板可响应的最低输入信号幅度，对701x雷达为1.4V±0.4V。当输入信号幅度低于800mV时，该信号即不能被解调板输出，从而会发生38.4KHz付载波脉冲信号遗漏而造成码位脉冲发生断裂，使数组发生乱码。为此，雷达在工作中天线应对准目标。最低要求在接收时，雷达四条亮线高度差不应相差太大。由于在实际探测中视频输出包含TPU要素频率数组的码位脉冲、雷达主波脉冲、应答器的应答自激脉冲、地物脉冲及其它干扰脉冲等信号，利用实际信号调整放大级较难定量的调整。因而需要采用专用模拟探空仪进行定量的调整。但在雷达修理后或性能发生变化时，台站调整可按以下方法进行近似调整：在调整U1A（LF353）及U3（LF353）放大级时，应将U2A（4069）积分级调整正确后方可进行放大级的调整。1、按701x雷达视频输出调整U1A（LF353）及U3（LF353）放大级：（1）在地面接通一个探空仪，调整雷达频率到探空仪发射频率上，然后用示波器探头测量C6与R7之间波形。调整雷达增益使U1A（LF353）放大级输入信号幅度为1.0V（此时雷达处于“近程”），同时波形应当稳定，否则应提高输出幅度或对雷达进行认真调整。（2）将示波器探头测量U1A第一脚输出波形，该波形幅度应处于接近弱饱和状态。（3）将示波器探头测量Q1射极输出波形，调整U3（LF353）双向限幅放大级，使Q1射极输出波形峰值幅度接近≥＋10V，如下图所示：当Q1射极输出波形峰值幅度未接近≥＋10V时，可适当地增大R9电阻值。（4）当上述的调整结束后，再将U1A（LF353）放大级输入信号幅度调为近似1.5V（此时雷达处于“近程”），再用示波器探头测量Q1射极输出波形幅度和伩杂比应与原1V时的波形近似；若此时伩杂比未达标可微调W1电位器；若仍无效，只好适当的降低R9电阻值。为此还要再检查输入信号幅度为1.0V时，Q1射极输出波形幅度和伩杂比应与原1V时的波形近似。如此反复调整，使输入信号幅度为1.0V～1.5V范围内达到要求。此时U1A（LF353）及U3（LF353）放大级调整工作结束。三、滤波器的调整：滤波器的调整首先用示波器探头测量D6与R27之间波形幅度，调整Q1射极电位器W4使其输出幅度最大。该探空仪为了提高抗干扰的能力，则探空仪传感器采集板的CPU在输出TPU频率数字信号的同时输出与0码位脉冲同步的38.4KHz付载波。因此，实际探空仪发射的TPU频率数字信号为一串串38.4KHz付载波脉冲。由于探空仪传感器采集板输出的TPU频率数字信号传输速率为2400bps，其码位脉冲宽度近似为416.67μs，而38.4KHz付载波脉冲宽度为26.04μs。为此一个独立的0码位脉冲中可填充的38.4KHz付载波脉冲个数近似为16个脉冲周期。为此调整W5电位器使Q5输出完整的16个恢复触发脉冲，如图：

四、恢复电路的调整：该电路的调整，与切割电路的调整一样，必须使用专用信号方可调整准确，因此不易调整。该部分在出厂时已准确调整。恢复电路采用可再触发单稳态触发芯片完成。为保证恢复稳定可靠，则单稳态电路时常数应略大于38.4KHz付载波脉冲周期。故调整W6电位器使恢复后的码位脉冲宽度为440μs＜τ≥430μs（τ为码位脉冲宽度）。恢复后的码位脉冲滤波器输出波形的关系，如图：

第六节数据处理器与雷达及主机的连接数据处理器与701A或B雷达及主机的连接示意图，见图：

数据处理器主要技术性能：序号项

目要

求备

注1视频信号≥4.5V对数据处理器为输入信号2雷达坐标数据传送速率300bps对主机为输入信号3解调输出的数组传送速率2400bps对数据处理器为输入信号4标准频率数组传