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CN114994687B - 一种双频大气雷达系统及其控制方法 - Google Patents

一种双频大气雷达系统及其控制方法 Download PDF

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CN114994687B CN202210598670.2A CN202210598670A CN114994687B CN 114994687 B CN114994687 B CN 114994687B CN 202210598670 A CN202210598670 A CN 202210598670A CN 114994687 B CN114994687 B CN 114994687B
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Abstract

本发明公开了一种双频大气雷达系统及其控制方法，包括：基于控制分析主机向双频多模式数字接收机发送控制指令，产生双频激励信号并输出至双频发射机对双频激励信号进行放大；将放大后的双频激励信号传输至雷达天馈线进行处理后，产生回波信号；将回波信号传输至双频多模式数字接收机，根据不同回波信号的类型匹配不同的观测模式进行观测，获得基带数据并传输至控制分析主机；控制分析主机根据基带数据反演生成雷达数据产品。本发明能够实现雷达系统的双频探测，有效提升ST‑流星雷达这类复合型大气雷达的系统探测效能，降低发射功率要求，提高可靠性与效费比。

Description

一种双频大气雷达系统及其控制方法
技术领域
本发明属于大气雷达领域，特别是涉及一种双频大气雷达系统及其控制方法。
背景技术
基于“数字雷达”、“软件雷达”设计思想的复合型大气雷达，是一类新型大气雷达设备。例如工作于30～65MHz的平流层-对流层(ST)-流星雷达，可利用晴空大气湍流以及流星烧蚀产生的等离子体气柱(称为流星余迹)对入射电磁波的散射回波，分时探测获取近地面-20km以及70-110km高度大气风场。目前该类雷达均为工作频率在50MHz附近的单频雷达系统，例如文献“Antarctic meteor observations using the Davis MST and meteorradars”(作者：Holdsworth,D.A.等，刊物：Advances in Space Research，期号：第42卷2008，页码：143–154，doi:10.1016/j.asr.2007.02.037)，和文献“全天空流星雷达观测中高层大气温度”(作者：易稳等，刊物：地球物理学报，期号：第57卷第8期2014.08，页码：2423-2432)。由于未对流星余迹探测进行工作频率优化，此类单频雷达的流星探测效能低，必须提高发射机输出功率才能达到同类流星雷达的探测能力，雷达系统的能耗高。同时较高的发射功率还会带来系统使用维护成本和故障率提高，可靠性降低等问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种双频大气雷达系统及其控制方法，雷达系统利用两个频率分别开展ST风场探测和流星风场探测，同时满足系统ST风场探测与流星探测性能要求，降低雷达系统发射功率要求，提高可靠性与效费比。同时本发明的设计思路还可应用于中频部分反射-流星雷达等其他复合型大气雷达。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种双频大气雷达系统，包括：
双频多模式数字接收机，用于产生双频激励信号、接收回波信号；并行处理多通道数字射频信号，产生基带数据；
控制分析主机，与所述双频多模式数字接收机连接，用于发送参数控制指令、处理基带数据，反演生成雷达数据产品；
双频发射机，与所述双频多模式数字接收机连接，用于对所述双频激励信号进行放大；
雷达天馈线，分别与所述双频多模式数字接收机、双频发射机连接，用于接收放大后的双频激励信号并进行功率分配和相移、接收回波信号。
优选地，所述双频多模式数字接收机至少包括激励源、ST观测模式接收通道、流星观测模式接收通道、数字信号处理器；
所述激励源用于产生雷达系统发射的双频激励信号，并输出至双频发射机；
所述ST观测模式接收通道用于接收频率一回波信号，并进行限幅、放大、滤波和A/D转换；
所述流星观测模式接收通道用于接收频率二回波信号，并进行限幅、放大、滤波和A/D转换；
所述数字信号处理器用于并行处理多通道数字射频信号，产生基带数据并输出至控制分析主机。
优选地，所述雷达天馈线至少包括天线控制器、ST雷达天线阵、流星雷达发射天线、流星雷达接收天线；
所述天线控制器用于接收激励信号，并对所述激励信号进行功率分配和相移；
所述ST雷达天线阵收发共用，分时发射频率一激励信号和接收频率一回波信号；
所述流星雷达发射天线用于接收并发射频率二激励信号；
所述流星雷达接收天线用于接收频率一回波信号。
优选地，所述天线控制器包括ST天线控制单元、流星天线控制单元；
所述ST天线控制单元用于接收频率一激励信号，对所述频率一激励信号进行功率分配和相移之后，输出至ST雷达天线阵，并将ST雷达天线阵接收的频率一回波信号进行处理后，输出至双频多模式数字接收机的ST观测模式接收通道；
所述流星天线控制单元用于接收频率二激励信号，对所述频率二激励信号进行功率分配和相移之后，输出至流星雷达发射天线。
优选地，所述ST天线控制单元包括依次连接的功率分配器、T/R开关、相移单元、天线行/列切换开关、多普勒合并器；
所述流星天线控制单元包括依次连接的功率分配器、相移单元、T/R开关、天线行/列切换开关。
一种双频大气雷达系统的控制方法，包括，
基于控制分析主机向双频多模式数字接收机发送控制指令，产生双频激励信号并输出至双频发射机对所述双频激励信号进行放大；
将放大后的双频激励信号传输至雷达天馈线进行处理后，产生回波信号；将所述回波信号传输至所述双频多模式数字接收机，根据不同回波信号的类型匹配不同的观测模式进行观测，获得基带数据并传输至控制分析主机；所述控制分析主机根据所述基带数据反演生成雷达数据产品。
优选地，将放大后的双频激励信号传输至雷达天馈线进行处理后，产生回波信号；将所述回波信号传输至所述双频多模式数字接收机，根据不同回波信号的类型匹配不同的观测模式进行观测，获得基带数据并传输至控制分析主机的过程包括，
将放大后的双频激励信号传输至雷达天馈线，获得频率一激励信号、频率二激励信号；
所述频率一激励信号通过ST天线控制单元进行功率分配和相移之后，输出至ST雷达天线阵，并将所述ST雷达天线阵接收的频率一回波信号进行处理后，输出至ST观测模式接收通道；所述ST观测模式接收通道接收处理后的频率一回波信号，并进行限幅、放大、滤波和A/D转换，获得目标频率一回波信号；
所述频率二激励信号通过流星天线控制单元进行功率分配和相移之后，输出至流星雷达发射天线进行发射，流星雷达接收天线接收频率二激励信号并进行处理产生频率二回波信号，并将所述频率二回波信号传输至流星观测模式接收通道；所述流星观测模式接收通道接收所述频率二回波信号，并进行限幅、放大、滤波和A/D转换，获得目标频率二回波信号；
基于数字信号处理器对所述目标频率一回波信号、目标频率二回波信号进行并行处理，产生基带数据并传输至控制分析主机。
优选地，根据不同回波信号的类型匹配不同的观测模式进行观测，所述观测模式包括ST观测模式、流星观测模式、混合观测模式；
通过所述ST观测模式进行观测的过程包括，控制分析主机向双频多模式数字接收机发送ST观测模式、工作频率一、扫描波束的参数和控制指令；
双频多模式数字接收机的激励源输出频率一激励信号、发射机门控脉冲、双频切换信号至双频发射机；激励源输出频率一高斯单脉冲，并进行脉冲间180°相位调制；双频发射机将频率一激励信号进行功率放大后，输出至天线控制器的ST天线控制单元；
所述ST天线控制单元对频率一激励信号经1:S功率分配后，S路信号再经过T/R开关和相移单元，再由天线行/列转换开关输出至ST雷达天线阵对应的天线通道；
ST雷达天线阵收发共用，分时发射频率一激励信号和接收频率一回波信号，进行多普勒波束扫描探测；
频率一回波信号经ST雷达天线阵的各天线通道进入ST天线控制单元的天线行/列转换开关；基于输出的S路信号合成1路信号，输出至接收机的ST观测模式接收通道；
双频多模式数字接收机配置ST观测模式接收通道，对频率一回波信号进行限幅、放大、滤波和A/D转换，产生雷达数字射频信号，输出至数字信号处理器；
数字信号处理器对雷达数字射频信号进行数字下变频、匹配滤波、脉冲压缩、脉冲相干积累、杂波和直流噪声抑制处理，产生基带数据并输出至控制分析主机。
优选地，通过所述流星观测模式进行观测的过程包括，
控制分析主机向双频多模式数字接收机发送流星观测模式、工作频率二的参数控制指令；
双频多模式数字接收机的激励源输出频率二激励信号、发射机门控脉冲、双频切换信号至双频发射机；激励源输出频率二互补码高斯脉冲，并进行脉冲间180°相位调制；
双频发射机将频率二激励信号进行功率放大后，输出至天线控制器的流星天线控制单元；
流星天线控制单元接收频率二激励信号，进行功率分配和相移之后，输出至流星雷达发射天线，进行全天空流星余迹扫描探测；
流星雷达接收天线阵列开展全天空视场内的流星余迹回波信号相干接收，输出M路频率二回波信号至接收机的流星观测模式接收通道；
双频多模式数字接收机对M路频率二回波信号同步进行限幅、放大、滤波和A/D转换，产生M路雷达数字射频信号，输出至数字信号处理器；
数字信号处理器对M路雷达数字射频信号进行数字下变频、匹配滤波、脉冲压缩、脉冲相干积累、杂波和直流噪声抑制处理，产生基带数据并输出至控制分析主机；
控制主机处理多个观测周期扫描的基带数据，反演生成流星分布、大气水平风场雷达数据产品。
优选地，通过所述混合观测模式进行观测包括第一观测时序设计、第二观测时序设计；
所述第一观测时序设计为轮流安排1个ST模式观测周期和K个流星模式观测周期；
所述第二观测时序设计为轮流安排L个ST模式观测周期和K个流星模式观测周期。
本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的一种双频大气雷达系统及其控制方法，采用“分时双频发射”、“双频组合天线收发”和“多模双频数字接收”的设计方法，实现雷达系统的双频探测。与现有的单频雷达系统相比，双频雷达可分别优化ST风场探测和流星探测的工作频率，同时满足系统ST风场探测与流星探测性能要求，降低雷达系统发射功率要求，提高可靠性与效费比。同时本发明的设计思路还可应用于中频部分反射-流星雷达等其他复合型大气雷达，值得广泛推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为本发明实施例的系统结构示意图；
图2为本发明实施例的多普勒合并测量方案下ST天线控制单元的结构示意图；
图3为本发明实施例的混合多普勒干涉测量方案下ST天线控制单元的结构示意图；
图4为本发明实施例的流星天线控制单元结构示意图；
图5为本发明实施例的混合观测模式的第一观测时序设计图；
图6为本发明实施例的混合观测模式的第二观测时序设计图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
由技术背景可知，现有的单频雷达系统流星探测效能低，为达到同类流星雷达的探测能力必须提高发射机的功率输出，从而带来系统能耗增加，使用维护成本和故障率提高，可靠性降低等一系列问题。由此，本发明公开一种双频大气雷达系统及其控制方法，采用“分时双频发射”、“双频组合天线收发”和“双频多模式数字接收”的设计方法，雷达系统分时开展ST风场观测(采用频率1)和流星风场观测(采用频率2)，同时满足系统ST风场探测与流星探测性能要求，降低雷达系统发射功率要求，提高可靠性与效费比。
如图1所示，本发明实施例提供的一种双频大气雷达系统，所述系统包括：控制分析主机，双频发射机，双频多模式数字接收机，雷达天馈线。
控制分析主机向双频多模式数字接收机发送观测模式、工作频率等参数和控制指令，处理双频多模式数字接收机输出的多通道雷达基带数据，反演生成雷达数据产品。
双频发射机，优选全固态发射机，用于接收来自双频多模式数字接收机的双频激励信号，并将该信号进行功率放大，输出至雷达天馈线。
双频多模式数字接收机主要由激励源、1路或S路ST观测模式接收通道、M路流星观测模式接收通道和数字信号处理器组成。其中：
激励源用于产生雷达系统发射的双频激励信号，并输出至双频发射机。激励源采用数字上变频等技术，可产生方波、高斯脉冲等多种波形的单脉冲或相位编码脉冲，相位编码包括Barker码，互补码等，还可实现脉冲间相位调制(例如脉冲间180°反相)等功能。
接收通道采用“射频放大+射频数字采样”的方案，对雷达回波信号进行限幅、低噪声放大、滤波和增益调整，并通过带通采样将雷达回波转换为数字射频信号。
ST观测模式接收通道结合ST天线控制单元的具体设计方案，即“多普勒合并测量方案”或“混合多普勒干涉测量方案”，由1路或S路接收通道组成，用于接收频率1回波信号，生成数字射频信号输出至数字信号处理器。
流星观测模式接收通道由M路(M不小于5)接收通道组成，用于接收频率2回波信号，生成数字射频信号输出至数字信号处理器。
数字信号处理器用于处理ST观测模式接收通道和流星观测模式接收通道输出的雷达回波数字信号，并行处理多路接收通道数字射频信号，并可对多种模式和波形的雷达回波进行数字下变频、匹配滤波、脉冲压缩、脉冲相干积累、杂波和直流噪声抑制等处理，产生基带数据并输出至控制分析主机。
雷达天馈线主要由天线控制器，ST雷达天线阵，流星雷达发射天线，流星雷达接收天线组成。其中：
天线控制器主要包括ST天线控制单元和流星天线控制单元。ST天线控制单元有两种设计方案，即“多普勒合并测量方案”(如图2所示)和“混合多普勒干涉测量方案”(如图3所示)。第一种“多普勒合并测量方案”，天线控制单元由1:S功率分配器，S路T/R开关和相移单元，天线行/列转换开关以及多普勒合并器组成，接收来自双频发射机的频率1激励信号，将其进行功率分配和相移之后，输出至ST雷达天线阵；接收来自ST雷达天线阵的频率1回波信号，并将多个天线通道的信号进行合并后输出1路回波信号至接收机的ST观测模式接收通道。第二种“混合多普勒干涉测量方案”，天线控制单元由1:S功率分配器，S路T/R开关和相移单元，以及天线行/列转换开关组成，接收来自双频发射机的频率1激励信号，将其进行功率分配和相移之后，输出至ST雷达天线阵；接收来自ST雷达天线阵的频率1回波信号，并将S路回波信号直接输出至接收机的ST观测模式接收通道。
流星天线控制单元接收频率2激励信号，将其进行功率分配和相移之后，输出至流星雷达发射天线(如图4所示)。如果流星发射天线由1根正交天线组成，则天线控制单元由1:2功率分配器和2路相移单元组成；如果流星发射天线由N根正交天线组成，则天线控制单元由1:2N功率分配器和2N路相移单元组成。
ST雷达天线阵收发共用，分时发射频率1激励信号和接收频率1回波信号，采用“多普勒波束扫描”方式利用多个线极化雷达窄波束对大气湍流进行扫描探测。
流星雷达发射天线由1根或N根正交天线组成，接收流星天线控制单元输出的频率2激励信号，并进行全天空宽波束雷达信号发射，可实现线极化、圆极化等多种极化方式的雷达信号发射。如发射天线由N根正交天线组成，则可利用发射天线阵列优化方向图，增强特定区域的流星余迹回波探测能力。
流星雷达接收天线由M根(M不小于5)正交天线组成干涉接收阵列，全天空相干接收流星余迹散射的频率1回波信号。
相应的，本发明还提供了一种基于双频大气雷达系统的控制方法，本控制方法详述如下：
双频大气雷达系统采用分时双频探测工作体制进行近地面-20km以及70-110km高度大气风场，该雷达系统的观测模式主要包括：ST观测模式、流星观测模式、混合观测模式。
(1)ST观测模式
在ST观测模式下，雷达系统采用“多普勒波束扫描”的方法进行对流层-平流层大气风场探测。优选的，在每个观测周期内，雷达开展3波束(天顶、东或西、南或北)或5波束(天顶、东、西、南、北)扫描，每个波束的扫描时间约为1分钟。对单个波束雷达回波的接收和处理有两种方案，即“多普勒合并测量方案”和“混合多普勒干涉测量方案”。
雷达系统在ST观测模式下的工作流程如下：
控制分析主机向双频多模式数字接收机发送ST观测模式、工作频率1、扫描波束等参数和控制指令。
双频多模式数字接收机的激励源输出频率1激励信号、发射机门控脉冲、双频切换信号等至双频发射机。激励源采用数字上变频等技术，可产生多种模式和波形的双频激励信号。优选的，在ST观测模式下，激励源输出频率1高斯单脉冲，并进行脉冲间180°相位调制。
双频发射机将频率1激励信号进行功率放大后，输出至天线控制器的ST天线控制单元。
在“多普勒合并测量方案”下：
ST天线控制单元结构如图2所示，频率1激励信号经1:S功率分配后，S路信号再经过T/R开关和相移单元，最后再由天线行/列转换开关输出至ST雷达天线阵对应的天线通道。
ST雷达天线阵收发共用，分时发射频率1激励信号和接收频率1回波信号，进行多普勒波束扫描探测。
频率1回波信号经ST雷达天线阵的各天线通道进入ST天线控制单元的天线行/列转换开关。输出的S路信号再经过相移单元和T/R开关，最后在多普勒合并器中合成1路信号，输出至接收机的ST观测模式接收通道。
双频多模式数字接收机配置1路ST观测模式接收通道，对频率1回波信号进行限幅、放大、滤波和A/D转换，产生单路雷达数字射频信号，输出至数字信号处理器。
数字信号处理器对单路雷达数字射频信号进行数字下变频、匹配滤波、脉冲压缩、脉冲相干积累、杂波和直流噪声抑制等处理，产生基带数据并输出至控制分析主机。
在“混合多普勒干涉测量方案”下：
ST天线控制单元结构如图3所示，频率1激励信号经1:S功率分配后，S路信号再经过相移单元和T/R开关，最后再由天线行/列转换开关输出至ST雷达天线阵对应的天线通道。
ST雷达天线阵收发共用，分时发射频率1激励信号和接收频率1回波信号，进行多普勒波束扫描探测。
频率1回波信号经ST雷达天线阵的各天线通道进入ST天线控制单元的天线行/列转换开关。输出的S路信号仅经过T/R开关后，就直接输出至接收机的ST观测模式接收通道。
双频多模式数字接收机配置S路ST观测模式接收通道，对频率1回波信号进行限幅、放大、滤波和A/D转换，产生S路雷达数字射频信号，输出至数字信号处理器。
数字信号处理器对首先对S路雷达数字射频信号进行数字下变频和数字波束形成，然后再进行匹配滤波、脉冲压缩、脉冲相干积累、杂波和直流噪声抑制等处理，产生基带数据并输出至控制分析主机。
控制主机处理多个波束扫描探测的基带数据，反演生成径向风速、大气三维风场等雷达数据产品。
(2)流星观测模式
在流星观测模式下，雷达系统采用“全天空宽波束扫描+相干检测”的方法进行70-110km流星余迹回波探测和大气风场数据获取。在每个观测周期内，雷达发射宽波束无线电波，并通过接收天线阵列相干接收全天空视场内的流星余迹回波信号，计算流星余迹的高度与方位并获得流星的空间分布，进一步根据流星余迹的径向漂移速度、双极扩散系数等特征参数，反演计算对应高度大气水平风场、温度、密度等环境参量。优选的，每个观测周期的扫描时间约为1～2分钟。
雷达系统在流星观测模式下的工作流程如下：
控制分析主机向双频多模式数字接收机发送流星观测模式、工作频率2等参数和控制指令。
双频多模式数字接收机的激励源输出频率2激励信号、发射机门控脉冲、双频切换信号等至双频发射机。激励源采用数字上变频等技术，可产生多种模式和波形的双频激励信号。优选的，在流星观测模式下，激励源输出频率2互补码高斯脉冲，并进行脉冲间180°相位调制。
双频发射机将频率2激励信号进行功率放大后，输出至天线控制器的流星天线控制单元。
流星天线控制单元接收频率2激励信号，将其进行功率分配和相移之后，输出至流星雷达发射天线，进行全天空流星余迹扫描探测。
流星雷达接收天线阵列开展全天空视场内的流星余迹回波信号相干接收，输出M路频率2回波信号至接收机的流星观测模式接收通道。
双频多模式数字接收机对M路频率2回波信号同步进行限幅、放大、滤波和A/D转换，产生M路雷达数字射频信号，输出至数字信号处理器。
数字信号处理器对M路雷达数字射频信号进行数字下变频、匹配滤波、脉冲压缩、脉冲相干积累、杂波和直流噪声抑制等处理，产生基带数据并输出至控制分析主机。
控制主机处理多个观测周期扫描的基带数据，反演生成流星分布、大气水平风场等雷达数据产品。
(3)混合观测模式
雷达系统采用混合观测模式实现近地面-20km以及70-110km高度大气风场的同时获取。
优选的，混合观测模式有以下两种观测时序设计。
第一种时序，轮流安排1个ST模式观测周期和K个流星模式观测周期，如图5所示。
第二种时序，轮流安排L个ST模式观测周期和K个流星模式观测周期，如图6所示。
综上所述：本发明公开的双频大气雷达系统及其控制方法，采用“分时双频发射”、“双频组合天线收发”和“双频多模式数字接收”的设计方法，实现雷达系统的双频探测。与现有的单频雷达系统相比，双频雷达可分别优化ST风场探测和流星探测的工作频率，同时满足系统ST风场探测与流星探测性能要求，降低雷达系统发射功率要求，提高可靠性与效费比。同时本发明的设计思路还可应用于中频部分反射-流星雷达等其他复合型大气雷达。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种双频大气雷达系统，其特征在于，包括：
双频多模式数字接收机，用于产生双频激励信号、接收回波信号；并行处理多通道数字射频信号，产生基带数据；
控制分析主机，与所述双频多模式数字接收机连接，用于发送参数控制指令、处理基带数据，反演生成雷达数据产品；
双频发射机，与所述双频多模式数字接收机连接，用于对所述双频激励信号进行放大；
雷达天馈线，分别与所述双频多模式数字接收机、双频发射机连接，用于接收放大后的双频激励信号并进行功率分配和相移、接收回波信号；
所述雷达天馈线至少包括天线控制器、ST雷达天线阵、流星雷达发射天线、流星雷达接收天线；
所述天线控制器用于接收激励信号，并对所述激励信号进行功率分配和相移；
所述ST雷达天线阵收发共用，分时发射频率一激励信号和接收频率一回波信号；
所述流星雷达发射天线用于接收并发射频率二激励信号；
所述流星雷达接收天线用于接收频率二回波信号；
所述天线控制器包括ST天线控制单元、流星天线控制单元；
所述ST天线控制单元用于接收频率一激励信号，对所述频率一激励信号进行功率分配和相移之后，输出至ST雷达天线阵，并将ST雷达天线阵接收的频率一回波信号进行处理后，输出至双频多模式数字接收机的ST观测模式接收通道；
所述流星天线控制单元用于接收频率二激励信号，对所述频率二激励信号进行功率分配和相移之后，输出至流星雷达发射天线。
2.根据权利要求1所述的双频大气雷达系统，其特征在于，
所述双频多模式数字接收机至少包括激励源、ST观测模式接收通道、流星观测模式接收通道、数字信号处理器；
所述激励源用于产生雷达系统发射的双频激励信号，并输出至双频发射机；
所述ST观测模式接收通道用于接收频率一回波信号，并进行限幅、放大、滤波和A/D转换；
所述流星观测模式接收通道用于接收频率二回波信号，并进行限幅、放大、滤波和A/D转换；
所述数字信号处理器用于并行处理多通道数字射频信号，产生基带数据并输出至控制分析主机。
3.根据权利要求1所述的双频大气雷达系统，其特征在于，
所述ST天线控制单元包括依次连接的功率分配器、T/R开关、相移单元、天线行/列切换开关、多普勒合并器；
所述流星天线控制单元包括依次连接的功率分配器、相移单元、T/R开关、天线行/列切换开关。
4.一种双频大气雷达系统的控制方法，其特征在于，包括，
基于控制分析主机向双频多模式数字接收机发送控制指令，产生双频激励信号并输出至双频发射机对所述双频激励信号进行放大；
将放大后的双频激励信号传输至雷达天馈线进行处理后，产生回波信号；将所述回波信号传输至所述双频多模式数字接收机，根据不同回波信号的类型匹配不同的观测模式进行观测，获得基带数据并传输至控制分析主机；所述控制分析主机根据所述基带数据反演生成雷达数据产品。
5.根据权利要求4所述的双频大气雷达系统的控制方法，其特征在于，将放大后的双频激励信号传输至雷达天馈线进行处理后，产生回波信号；将所述回波信号传输至所述双频多模式数字接收机，根据不同回波信号的类型匹配不同的观测模式进行观测，获得基带数据并传输至控制分析主机的过程包括，
将放大后的双频激励信号传输至雷达天馈线，获得频率一激励信号、频率二激励信号；
所述频率一激励信号通过ST天线控制单元进行功率分配和相移之后，输出至ST雷达天线阵，并将所述ST雷达天线阵接收的频率一回波信号进行处理后，输出至ST观测模式接收通道；所述ST观测模式接收通道接收处理后的频率一回波信号，并进行限幅、放大、滤波和A/D转换，获得目标频率一回波信号；
所述频率二激励信号通过流星天线控制单元进行功率分配和相移之后，输出至流星雷达发射天线进行发射，流星雷达接收天线接收频率二激励信号并进行处理产生频率二回波信号，并将所述频率二回波信号传输至流星观测模式接收通道；所述流星观测模式接收通道接收所述频率二回波信号，并进行限幅、放大、滤波和A/D转换，获得目标频率二回波信号；
基于数字信号处理器对所述目标频率一回波信号、目标频率二回波信号进行并行处理，产生基带数据并传输至控制分析主机。
6.根据权利要求4所述的双频大气雷达系统的控制方法，其特征在于，
根据不同回波信号的类型匹配不同的观测模式进行观测，所述观测模式包括ST观测模式、流星观测模式、混合观测模式；
通过所述ST观测模式进行观测的过程包括，控制分析主机向双频多模式数字接收机发送ST观测模式、工作频率一、扫描波束的参数和控制指令；
双频多模式数字接收机的激励源输出频率一激励信号、发射机门控脉冲、双频切换信号至双频发射机；激励源输出频率一高斯单脉冲，并进行脉冲间180°相位调制；双频发射机将频率一激励信号进行功率放大后，输出至天线控制器的ST天线控制单元；
所述ST天线控制单元对频率一激励信号经1:S功率分配后，S路信号再经过T/R开关和相移单元，再由天线行/列转换开关输出至ST雷达天线阵对应的天线通道；
ST雷达天线阵收发共用，分时发射频率一激励信号和接收频率一回波信号，进行多普勒波束扫描探测；
频率一回波信号经ST雷达天线阵的各天线通道进入ST天线控制单元的天线行/列转换开关；基于输出的S路信号合成1路信号，输出至接收机的ST观测模式接收通道；
双频多模式数字接收机配置ST观测模式接收通道，对频率一回波信号进行限幅、放大、滤波和A/D转换，产生雷达数字射频信号，输出至数字信号处理器；
数字信号处理器对雷达数字射频信号进行数字下变频、匹配滤波、脉冲压缩、脉冲相干积累、杂波和直流噪声抑制处理，产生基带数据并输出至控制分析主机。
7.根据权利要求6所述的双频大气雷达系统的控制方法，其特征在于，通过所述流星观测模式进行观测的过程包括，
控制分析主机向双频多模式数字接收机发送流星观测模式、工作频率二的参数控制指令；
双频多模式数字接收机的激励源输出频率二激励信号、发射机门控脉冲、双频切换信号至双频发射机；激励源输出频率二互补码高斯脉冲，并进行脉冲间180°相位调制；
双频发射机将频率二激励信号进行功率放大后，输出至天线控制器的流星天线控制单元；
流星天线控制单元接收频率二激励信号，进行功率分配和相移之后，输出至流星雷达发射天线，进行全天空流星余迹扫描探测；
流星雷达接收天线阵列开展全天空视场内的流星余迹回波信号相干接收，输出M路频率二回波信号至接收机的流星观测模式接收通道；
双频多模式数字接收机对M路频率二回波信号同步进行限幅、放大、滤波和A/D转换，产生M路雷达数字射频信号，输出至数字信号处理器；
数字信号处理器对M路雷达数字射频信号进行数字下变频、匹配滤波、脉冲压缩、脉冲相干积累、杂波和直流噪声抑制处理，产生基带数据并输出至控制分析主机；
控制主机处理多个观测周期扫描的基带数据，反演生成流星分布、大气水平风场雷达数据产品。
8.根据权利要求6所述的双频大气雷达系统的控制方法，其特征在于，
通过所述混合观测模式进行观测包括第一观测时序设计、第二观测时序设计；
所述第一观测时序设计为轮流安排1个ST模式观测周期和K个流星模式观测周期；
所述第二观测时序设计为轮流安排L个ST模式观测周期和K个流星模式观测周期。
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