1.一种相控阵天气雷达回波信号仿真方法，其特征在于，所述方法包括：基于雷达基数据，通过双线性插值产生三维天气回波；

相控阵天气雷达天线方向图建模，模拟天线发射增益和接收增益；

配置相控阵天气雷达雷达参数及模拟波束扫描建模；

根据模拟波束扫描，计算每个距离库内回波强度，并构建每个距离库内复频谱信号；

根据每个距离库的复频谱信号生成时域的I/Q回波信号，计算速度和谱宽；

所述根据模拟波束扫描，计算每个距离库内回波强度，并构建每个距离库内复频谱信号，包括：根据每个距离库内所有散射体的反射率因子、天线发射增益、天线接收增益，通过公式（19）计算每一个散射体的回波强度： （19）

其中 为每一散射体的回波功率； 为每一散射体的反射率因子； 和 为当前每一散射体相对于雷达站点的方位角角度和仰角角度；

根据每一散射体的回波功率、仰角角度、方位角度，通过公式（20）计算当前距离库总的回波强度： （20）

其中 为该距离库总的回波强度； 为每一散射体该处与发射波束中心轴夹角角度；

为每一散射体该处与接收波束中心轴夹角角度； 为每一散射体该处的天线发射增益，； 为每一散射体该处的天线接收增益， ；

根据雷达波长、脉冲重复频率、脉冲积累数、每一距离库内所有散射体的数据，通过公式（21）重构每一个散射体的回波信号功率谱：（21）

其中 为单个散射体的回波信号功率谱， 为符合高斯分布，均值为0，方差为

1的随机数； 为每一散射体该处的回波功率， ， 为频域的谱宽，； 为速度域的谱宽；为频域范围， ，为脉冲积累数， 为脉冲重复频率； 为多普勒频移， ， 为雷达波长；为散射体数据中的径向速度数据； 为加入的噪声系数；

通过公式（22）对每一距离库内所有散射体重构后的回波信号功率谱进行相干积分，得到每一距离库总的功率谱信号： （22）

其中 为每一距离库总的功率谱信号，为每一距离库内散射体数量；

根据每一距离库的回波强度、功率谱信号、随机相位信号通过公式（23）计算其相应的复频谱信号， （23）

其中 为复频谱信号， 为随机相位，为虚部。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述雷达基数据包括不同仰角角度下的反射率、径向速度、谱宽信息，所述基于雷达基数据，通过双线性插值产生三维天气回波，包括：相邻仰角角度数据之间通过公式（1）进行双线性插值：， ， ，

（1）

其中 和 为垂直方向上的两点对于插值点的权重； 和 为水平方向上两点对于插值点的权重； 和 为垂直方向上两点的仰角角度；为插值点的仰角角度；

为插值点到雷达站点的距离； 和 为水平方向上两点到雷达站点的距离；

根据权重系数和相邻数据点值通过公式（2）计算插值点值：（2）

其中 为插值点值，、、 、为相邻四个数据点值，各个数据点值均包括反射率、速度、谱宽，分别做三次计算；

通过公式（3）将极坐标系下的每个数据点转化到笛卡尔直角坐标系下：， ， （3）

其中 、为相应直角坐标系下数据点到雷达站点的水平和垂直距离，为数据点较雷达站点的高度；为每个数据点在极坐标系下到雷达站点的距离，为每个数据点的仰角角度，为每个数据点的方位角角度，为雷达站点相对于水平面的高度，插值和坐标系转换后的三维数据每一个数据点视为一个散射体，模拟天气回波。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相控阵天气雷达天线方向图建模，模拟天线发射增益和接收增益，包括：根据线性阵列的阵元数量、阵元因子、阵元方向图、雷达波长建模相控阵天气雷达天线方向图，发射状态和接收状态的相控阵天气雷达天线方向图的具体表示方式为： （4）

其中 为发射状态天线方向图， 为接收状态天线方向图， 为阵元因子；

为阵元数量； 为当前阵元的复电压； 为雷达波长； 为当前阵元位置，，其中 为阵元间距； 为当前发射状态天线阵面扫描角度与阵面法向处夹角， 为当前接收状态天线阵面扫描角度与阵面法向处夹角，初始发射状态天线方向图建模时 ；初始接收状态天线方向图建模时；

根据发射状态相控阵天气雷达天线方向图，通过公式（5）计算天线发射状态时半功率垂直波束宽度 ： （5）

其中 为波束宽度因子；为天线口径长度， ，为阵元数量；

根据初始发射状态天线方向图下计算得到的波束宽度 通过公式（6）计算得到 ：（6）

其中 代表了当前第 个发射波束； 为天线阵面法向处与水平面的夹角；

将更新后的 带入发射状态天线方向图中更新天线方向图，根据更新后的天线方向图带入所述公式（5）中得到当前发射扫描夹角 下的发射波束宽度 ；

根据接收状态相控阵天气雷达天线方向图，通过公式（7）计算天线接收状态半功率垂直波束宽度 ： （7）

其中 为接收状态天线阵面扫描角度与阵面法向处夹角；

根据初始接收状态天线方向图下计算得到的波束宽度 通过公式（8）计算得到 （8）

其中 代表了当前第 个接收波束； 为天线阵面法向处与水平面的夹角；

将更新后的 带入接收状态天线方向图中更新天线方向图，根据更新后的天线方向图带入所述公式（7）中得到当前接收扫描夹角 下的接收波束宽度 ；

根据波束宽度计算天线增益：

通过公式（9）计算天线发射增益： （9）

其中 为该发射波束中心轴处的发射增益； 为水平波束宽度；

通过公式（10）计算天线接收增益： （10）

其中 为该接收波束中心轴处的接收增益，收发状态下 ，其中为水平波束宽度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述配置相控阵天气雷达雷达参数及模拟波束扫描建模，包括：根据设定的相控阵天气雷达雷达参数脉冲重复周期和脉冲宽度，通过公式（11）‑公式（13）计算出相控阵天气雷达的最大探测距离、距离库长度和距离库数： （11） （12）

（13）

其中 为最大探测距离， 为光速； 为脉冲重复频率； 为距离库长度，为脉冲宽度； 为距离库数；

根据模拟当前发射状态扫描角角度、方位角角度、水平波束宽度、垂直波束宽度，通过公式（14）和公式（15）计算每一个发射波束的角度约束范围确定照射的回波区域： （14）

（15）

其中 为当前发射波束中心轴的方位角角度； 为当前发射波束中心轴的仰角角度； 和 为发射波束照射区域约束的方位角和仰角范围；

为天线发射状态时半功率垂直波束宽度， 为水平波束宽度；

根据模拟接收状态扫描角角度、方位角角度、水平波束宽度、垂直波束宽度，通过公式（16）和公式（17）计算每一个接收波束的角度约束范围确定照射的回波区域，计算方法为： （16）

（17）

其中 为当前接收波束中心轴的方位角角度； 为当前接收波束中心轴的仰角角度； 和 为接收波束照射区域约束的方位角和仰角范围；

通过投影法对符合角度约束范围的所有数据点计算其投影到接收波束中心轴上的长度 ，计算公式为 (18)

其中 为雷达站点位置到当前接收波束中心轴末端向量形式； 为雷达站点位置到数据点位置的向量形式；

根据长度约束条件 来得到每一距离库内的符合条件的数据点，并通过角度约束范围获得每一个距离库内符合条件的所有数据点，以水平波束宽度 作为每个方位角宽度对水平 范围模拟相控阵天气雷达的扫描过程。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每个距离库的复频谱信号生成时域的I/Q回波信号，计算速度和谱宽，包括：根据每一距离库处的复频谱信号通过逆傅里叶变化得到时域的 回波信号：（24）

其中 为时域的 回波信号，为脉冲序列号，为脉冲积累数； 和 分别为两路正交信号；

获取时域的 回波信号的实部和虚部：（25）

和 分别为时域的 回波信号的实部和虚部；

根据时域的 回波信号的实部和虚部通过公式（26）计算自相关函数：；

；

；

；（26）

其中， 为时域 回波信号实部的自相关函数， 为时域 回波信号的实部，为相乘符号， 为时域 回波信号虚部的自相关函数， 为时域 回波信号的虚部， 为时域 回波信号的自相关函数， 为时域 回波信号的零阶自相关函数；

根据自相关函数通过公式（27）和公式（28）计算速度和谱宽：（27）

其中 为脉冲对处理法计算得出的该距离库处的速度； 为脉冲重复时间，， 为脉冲重复频率，为雷达波长；

（28）

其中 为脉冲对处理法计算得出的该距离库处的谱宽。

6.一种相控阵天气雷达回波信号仿真装置，其特征在于，所述装置包括处理器，所述处理器被配置为：基于雷达基数据，通过双线性插值产生三维天气回波；

相控阵天气雷达天线方向图建模，模拟天线发射增益和接收增益；

配置相控阵天气雷达雷达参数及模拟波束扫描建模；

根据模拟波束扫描，计算每个距离库内回波强度，并构建每个距离库内复频谱信号；

根据每个距离库的复频谱信号生成时域的I/Q回波信号，计算速度和谱宽；

所述根据模拟波束扫描，计算每个距离库内回波强度，并构建每个距离库内复频谱信号，包括：根据每个距离库内所有散射体的反射率因子、天线发射增益、天线接收增益，通过公式（19）计算每一个散射体的回波强度： （19）

其中 为每一散射体的回波功率； 为每一散射体的反射率因子；和 为当前每一散射体相对于雷达站点的方位角角度和仰角角度；

根据每一散射体的回波功率、仰角角度、方位角度，通过公式（20）计算当前距离库总的回波强度： （20）

其中 为该距离库总的回波强度； 为每一散射体该处与发射波束中心轴夹角角度；

为每一散射体该处与接收波束中心轴夹角角度； 为每一散射体该处的天线发射增益，； 为每一散射体该处的天线接收增益， ；

根据雷达波长、脉冲重复频率、脉冲积累数、每一距离库内所有散射体的数据，通过公式（21）重构每一个散射体的回波信号功率谱：（21）

其中 为单个散射体的回波信号功率谱， 为符合高斯分布，均值为0，方差为

1的随机数； 为每一散射体该处的回波功率， ， 为频域的谱宽，； 为速度域的谱宽；为频域范围， ，为脉冲积累数， 为脉冲重复频率； 为多普勒频移， ， 为雷达波长； 为散射体数据中的径向速度数据； 为加入的噪声系数；

通过公式（22）对每一距离库内所有散射体重构后的回波信号功率谱进行相干积分，得到每一距离库总的功率谱信号： （22）

其中 为每一距离库总的功率谱信号，为每一距离库内散射体数量；

根据每一距离库的回波强度、功率谱信号、随机相位信号通过公式（23）计算其相应的复频谱信号， （23）

其中 为复频谱信号， 为随机相位，为虚部。