气象雷达数据分析（共9篇）
气象雷达数据分析 篇1
1 概述
机载气象雷达的基本功用是在飞行中连续地向飞行员提供飞机前方航路上及其两侧的气象状况及其他障碍物的平面显示图象。飞行员根据所显示的图象, 即可选择安全的航线避绕危险的气象区域或其他障碍物。气象雷达也可以提供关于飞机前方地表特征的地图型显示, 以帮助飞行员识别地标, 判断飞机的位置。
2 撰写本文的意义
在实际工作当中, 由于使用环境、不当操作等诸多方面的原因, 气象雷达故障率较高, 在飞机的维护过程中, 如果对其原理不了解, 就无从下手。因此, 对气象雷达的工作原理进行的阐述和常见故障的分析是十分必要的。
3 气象雷达的组成及工作原理
机载彩色气象雷达的基本组件为雷达收发组、雷达天线、显示器和波导系统。此外, 机载气象雷达还需由垂直陀螺提供倾斜和俯仰稳定信号, 倾斜和俯仰信号可以由单独的垂直陀螺组件提供, 也可由惯性基准系统提供。
3.1 雷达收发组
雷达收发组是由雷达发射机和雷达接收机两部分基本电路组成的。雷达发射机用以产生强力的、周期性的微波脉冲信号, 所产生的周期性脉冲信号经收发开关后, 经由波导系统馈送至雷达天线辐射。
雷达接收机用以接收和处理由天线接收的雷达回波信号, 接收电路将所得到的回波视频脉冲信号 (或视频回波信息) 输往显示器。
3.2 雷达天线组
雷达天线组安装在飞机雷达罩 (机鼻罩) 内的密封舱前隔板上。
雷达天线是一种方向性很强的微波天线。天线的功用是把发射机所产生的强力脉冲信号形成很窄的雷达波束辐射到空中, 并接收由雷达目标反射回来的回波信号。Y12飞机气象雷达所使用的天线是平板型天线。
雷达天线的一个显著特点是需要进行复杂的运动, 除了要自动地进行周期性的往复扫掠--方位扫掠外, 还需要进行天线的倾斜俯仰修正运动--这种修正运动也是自动进行的, 通过天线的倾斜、俯仰修正运动, 使天线波束轴扫掠平面稳定在与水平面相平行的平面内。
3.3 显示器与控制盒
显示器是雷达的终端设备.雷达接收机输出的视频回波信号 (信息) 在显示器中经过一系列的处理后, 在显象管的荧光屏上显现为相应的雷达目标图象.彩色气象雷达以不同的色彩表现降水强度不同的气象目标或反射特性不同的地面目标。
4 实际应用中的故障分析
从机载气象雷达的情况来看, 故障经常发生, 下面结合其具体电路对故障原因及解决方案做一下分析和探讨。
在飞机的日常维护中经常会遇到以下几种故障:
4.1 故障现象一:飞行过程中, 机载气象雷达工作不正常, 气象目标不随飞机的飞行状态变化。
在地面对机载气象雷达进行通电检查发现, 气象雷达的自检图形是正常的, 但是在自检图形的下部出现ANT FAULT的字样。说明气象雷达系统的天线部分出现故障。因为气象雷达天线组件安装在机头的雷达罩内, 为了探测飞机前方及其两侧空域内的气象情况及其他目标, 天线应能围绕垂直轴进行往复的周期性扫掠。当飞机水平飞行时, 天线辐射器的波束轴扫掠平面是与水平面平行的。而当飞机倾斜或俯仰时, 如果不采取修正措施, 天线波束轴扫掠平面也将是倾斜或俯仰的, 通过天线的倾斜、俯仰修正运动, 使得天线的波束轴扫掠平面稳定在与水平面相平行的平面内。
天线周期性的往复扫掠的运动是由垂直陀螺信号控制的, 将雷达罩打开, 对雷达系统重新进行通电, 主要观察平板天线的状态, 发现平板天线上仰或下俯, 说明平板天线不受垂直陀螺的的控制, 需要检查垂直陀螺的工作是否正常。经过对垂直陀螺的供电进行检查发现, 供给垂直陀螺的115V交流电没有送到垂直陀螺, 从交流电源配电板可以找到气象雷达的保险丝, 发现该保险丝熔断了, 更换一个新的保险管后, 再次对气象雷达系统进行通电检查, 发现平板天线又恢复到垂直水平平面的状态, 故障已经排除。还有一种情况是更换了保险管以后, 再次通电检查的时候, 发现保险管再次被烧毁, 证明垂直陀螺本身存在短路的现象, 才会造成这样的结果。经对垂直陀螺进行检查发现垂直陀螺的C和B接线桩之间的电阻约为零, 这两个接线桩之间为陀螺的转子组件, 电阻应该在10欧姆左右, 说明陀螺的转子线圈短路, 使得垂直陀螺不能正常工作, 从而不能正常控制平板天线的运动。更换一个垂直陀螺后, 故障消失。
4.2 故障现象二:
飞机每次飞行时, 只要飞机转弯的角度超过10度, 雷达显示器上的图像就会出现短暂的黑屏, 当飞机恢复平飞状态后, 显示又恢复正常。该故障已经存在几年之久了, 一直没有得到有效的解决, 经过多方查找资料, 多次地面通电检查, 发现飞机在地面时一切正常, 更换各个部品后, 故障仍然存在, 说明气象雷达系统的各个部品都应该是好的, 应该与飞机的线路有关系。经分析平板天线的扫掠受垂直陀螺的的控制信号的稳定而始终保持在稳定的平面内, 只有该控制信号出现问题时, 才会导致飞机转弯时, 平板天线不在稳定的平面内。在正常工作状态下, 将气象雷达显示器的功能开关放在STBY位, 此时平板天线会随着垂直陀螺的姿态的变化而变化, 以机头的方向为正方向, 当陀螺向下俯时, 天线应向上仰, 当陀螺向上仰时, 天线应向下俯, 而当陀螺向右倾和向左倾时, 天线基本不动。因此可以实现平板天线不管飞机的姿态如何, 稳定修正机构都能使天线的波束轴总保持在水平面内。
打开飞机的雷达罩, 将垂直陀螺从安装支架上拆下来, 手动模拟飞机的工作飞行姿态, 而这架飞机在垂直陀螺向右倾时, 天线就向下俯, 当垂直陀螺向左倾时, 天线就向上仰, 而且天线动作的角度过大, 如果按照雷达系统现在的状态, 当飞机在倾斜转弯时, 天线的波束轴就不能稳定在水平面内, 会出现天线上仰或下俯的现象, 由于天线的修正机构不起修正作用, 就会出现天线发射出去的波束, 在飞机的姿态发生变化后无法收到回波信号的现象, 出现短暂的黑屏。更换一个同型号的平板天线后, 再次模拟飞机的飞行状态进行天线及陀螺的测试一切正常, 证明故障已经排除。
5 气象雷达的使用维护建议
从上述故障现象来分析, 气象雷达的问题多发生在天线、垂直陀螺及雷达收发机中。
5.1 日常使用维护中应重点注意检查雷达罩的密封性, 因为天线安装在雷达罩内, 雷达罩进水, 直接影响天线的工作寿命;
同时注意检查天线的修正电机是否卡滞, 日常维护中用手轻轻的推动天线检查天线动作的灵活度, 如发现动作不是太灵活, 应对电机的轴承点注仪表油, 防止轴承锈蚀、老化造成不良影响。
5.2 每次对气象雷达进行通电之前, 都需要将显示器的功能开
关放在STBY位, 对雷达系统进行预热2分钟, 如果不预热或者预热的时间不够, 会造成雷达收发机的使用寿命缩短。
6 结束语
气象雷达系统是美国KING公司出产的一种集成度较高的电子设备。其结构与功能具有很强的实用性, 受到了广大用户的欢迎。随着科技的高速发展, 气象雷达也有了较大的发展, 不过就原理而言, 还是基本上一致的, 通过对气象雷达的原理的探究, 以期达到触类旁通的效果。同时也希望通过气象雷达故障的分析对今后气象雷达的日常排故工作有所借鉴。
气象雷达数据分析 篇2
雷达气象 第一章 第一节 雷达的含义，雷达气象含义及其用处
Radar ：通过无线电技术对目标物进行探测和定位，确定目标位置和强度的技术。气象雷达：是用于探测气象要素和各种天气现象的雷达，常称为“千里眼、顺风耳”。雷达气象：利用气象雷达，进行大气探测和研究雷达波与大气相互作用的学科，是大气物理学、大气探测和天气学共同研究的一个分支。雷达气象学在突发性、灾害性天气的监测、预报和警报中具有极为重要的作用。2 气象雷达的特点
气象雷达是雷达中的一个重要成员，探测的对象是覆盖整个地球的大气，不受季节、昼夜和天气条件的影响，能全天时、全天候工作，不受能见度，探测条件的影响。采用大功率发射机、高增益天线、高灵敏接收机，可增加雷达威力，探测数百公里外的目标。现代化的雷达机，与计算机技术结合，使其数据处理技术进一步提高，测定目标的精度更高。3 我国雷达分布情况 根据天气现象：
? 沿海地区：暴雨台风多，S波段（5cm）为主 ? 内陆地区：一般性降水，C波段（10cm）为主
电磁特性： 暴雨，S波段穿透能力强，衰减小；一般性降水，S波段反射弱，C波段反射强 4 我国天气雷达的应用
强对流天气的监测与预警：灾害性大风、冰雹和暴洪。天气尺度和次天气尺度降水系统的监测。
应用：人工影响天气、降水测量、风的测量、数据同化。第二节 我国新一代雷达的组成部分----雷达的硬件系统 新一代天气雷达系统的三个部分：（1）数据采集子系统（RDA）；
定义：用户所使用雷达数据的采集系统。
功能：产生和发射电磁波，接收目标物对这些电磁波的散射能量，并形成数字化的基数据。
主要结构： ①发射机
RDA是取得雷达数据的第一步——发射电磁波信号。RDA主要是由放大器来完成，产生高功率且非常稳定的电磁波信号。稳定是非常重要的，产生的每个信号必须具有相同的初位相，以保证回波信号中的多普勒信息能够被提取。一旦信号产生，就被送到天线。②天线(天线沿一定的仰角，围绕自身旋转360°，圆锥面扫描)将发射机产生的脉冲信号以波束的形式发送到大气，并接收返回的能量，确定目标物的强度，同时确定目标物的仰角、方位角和斜距，进行定位。
雷达天线仰角的变化范围：0 ～90?。天线仰角的设置取决于天线的扫描方式、体扫模式和天气模式。
新一代多普勒雷达有3 种扫描方式：
扫描方式＃1 ：5 分钟完成14个不同仰角上的扫描（14/5分钟）扫描方式＃2 ：6 分钟完成9 个不同仰角上的扫描（9/6分钟）（我国）扫描方式＃3 ：10分钟完成5 个不同仰角上的扫描（5/10分钟）新一代多普勒雷达的天气模式：(1)：降水模式，天线转动快，仰角多
使用VCP11 和VCP21，扫描方式为14/5和9/6。(2)：晴空模式，天线转动慢，仰角少 ③接收机
当天线接收到返回的电磁波时，把信号传送给接收机。由于接收到的电磁波能量很小，所以在以模拟信号的形式传送给信号处理器之前必须由接收机进行放大。④信号处理器 功能：
(1)地物杂波消除：目标是否运动。(2)模拟信号向数字化的基本数据转换。基数据：反射率因子R，径向速度V，谱宽W。
(3)退距离折叠和速度模糊。（距离折叠：雷达接收到位于其最大距离之外较强的回波；速度模糊：环境风场超过雷达的最大速度）
（2）产品生成子系统（RPG）---雷达软件系统或指令中心，控制RDA,PUP（雷达控制台UCP：RPG的操作界面）； 工作任务：
i 将雷达探测所得的原始基数据，采集下来，进行质量控制和预处理，形成原始数据文件。ii 生成雷达的物理量产品—导出产品；
iii 对基数据和产品数据进行存档，并将产品下发给用户。（3）主用户处理器（PUP）；
功能：获取、存贮和显示雷达数据产品。预报员通过这一界面获取所需要的雷达产品，并将它们以适当的形式显示在监视器上。(浏览雷达图像，保存、生成、分析天气)其次还包括：通讯线路、附属安装设备等。第二章 第一节 1 散射的定义
当电磁波束在大气中传播，遇到空气介质或云滴、雨滴等悬浮粒子时，入射电磁波会从这些介质或粒子上向四面八方传播开来，这种现象称为散射现象。
粒子产生散射的原因：粒子在入射电磁波极化下作强迫的多极振荡，从而发出次波，这就是散射波。粒子对入射电磁波的散射，只改变电磁波的传播方向，没有使电磁形式的能量转化为别的形式的能量。但当入射电磁波在粒子介质内部传播时，有一部分电磁能会被吸收并转化为热能，这就是粒子对电磁波的吸收。粒子对入射电磁波的散射和吸收，其能量均取自于入射电磁波，故使原入射方向上的电磁波能量受到衰减。(散射波是全方位，是不均匀的）PS：能流密度：单位面积单位时间内接收或发射的能量。Si：入射电磁波能流密度；SS：散射电磁波能流密度
散射总功率：单位时间散射波的总能量。2 散射的分类
粒子散射电磁波的能力，除和电磁波的波长等因素有关外，和粒子的大小、形状、以及粒子的电学特性有关。当雷达波长确定后，球形粒子的散射情况主要取决于粒子直径d和入射波长λ的相对大小。瑞利散射：d 瑞利散射的特征（当α=2πr/λ >0.13时，瑞利公式计算会产生误差，随着α增大，瑞利公式就不适用）
①粒子的散射能力与λ4成反比。波长越短，散射越强。②粒子的散射能力与D6成正比。粒子半径越大，散射越强。③粒子的前向散射和后向散射为最大，粒子无侧向散射。散射截面为纺锤形。
米散射：d≈λ
（1）散射波是以粒子为中心的球面发散波；（2）散射波是横波，且是椭圆偏振波；（3）散射波和入射波同频率；
（4）散射波能流密度是各向异性的；大部分能量集中在θ=0°附近的向前方向上，α越大，向前散射的能量占全部散射能量的比重越大。
（5）散射波性质与入射波波长λ、散射粒子半径r、粒子周围环境的特性等有关。3 散射截面（雷达截面）的定义
粒子总散射功率与入射波能流密度之比。与粒子性质、大小以及入射波波长等有关。由于实际粒子不是理想的散射体，因此粒子后向散射截面不等于它的几何截面积，通常小于几何截面积。意义：从粒子的雷达截面大小了解它所造成的后向散射能力的大小。后向散射截面越大，粒子的后向散射能力越强，在同样条件下，它所产生的回波信号也越强。PS：后向散射能量：雷达天线接收到的只是粒子散射中返回雷达方向（θ＝π）的那一部分能量，这部分能量称为后向散射能量。4 雷达反射率与反射率因子
雷达反射率η：单位体积内全部降水粒子的雷达截面之和。反映单位体积内一群云、雨滴在天线处造成的回波功率的大小。
PS：回波功率不仅与单位体积内的云、雨粒子的数目有关，还与雷达本身的参数、粒子群离雷达的距离等因子有关。因此，对同一群云滴或雨滴，使用不同波长的雷达，或在不同距离上进行观测，回波功率也将不同。故不能简单地通过回波功率的比较来了解云、雨的不同情况。为使不同波长雷达所观测到的云、雨等情况可以直接比较，因此引进雷达反射率因子。反射率因子： 与反射率的关系：
Z：与入射波波长无关，取决于云、雨滴谱分布（不同半径粒子数目的大小），还与粒子的直径有关，与粒子直径D6成正比。少数大水滴将提供散射回波功率的绝大部分，对Z值贡献大，即大雨滴对观测到的回波功率起主要作用。第二节 1 衰减
电磁波能量沿传播路径减弱的现象称为电磁波的衰减。衰减是散射和吸收的总和，当电磁波投射到气体或云雨粒子上时，一部分能量被散射，一部分能量被吸收，转变为热能或其它形式的能量，从而使电磁波能量减弱。衰减的影响和规律
衰减对气象雷达信号的不利影响：
一、由于衰减的存在，同一方向上远处降雨的后向散射的定量测量比近处难得多。——距离
二、如果传输过程的衰减太大，则强吸收区后面的降雨单元的回波有可能被完全衰减掉。——V缺口（PS：溶化的冰粒产生更强的后向散射，这一现象会导致在零度等温线附近出现雷达所发现的“亮带”，对C 波段的雷达会出现“V” 字型缺口。（层状云的零度层亮带））吸收电磁波的大气气体主要是水汽和氧气。第三节 1 大气折射
大气折射：电磁波在真空中以约速度3×108m/s直线传播，但在大气中在远距离传播时，且当大气中气象要素有异常的铅直分布时，电磁波会出现明显的曲线传播的现象，称为大气折射。
(1)盛夏的中午：大气温度直减率有可能低于干绝热直减率，从而发生负折射，探测范围明显减少。
(2)雨后晴朗的夜间：由于地面辐射，形成上干下湿的逆温层，发生超折射。当实际大气偏离标准折射形式时，就会产生测高误差。2 大气折射的形式 ①标准大气折射
? 波束路径向下弯曲，这种折射称标准大气折射，亦称为 正常折射。
? 标准大气折射时可能使最大探测距离增大了16％。②临界折射
当波束路径的曲率与地球表面的曲率相同时，即波束传播路径与地表面平行，电磁波将环绕地表面在一定高度上传播而不与地面接触，则称为临界折射。③超折射★
? 当波束路径曲率大于地球表面曲率时，雷达波束在传播时将碰到地面，经地面反射后继续向前传播。然后再弯曲到地面，再经地面反射，重复多次，雷达波束在地面和某层大气之间，依靠地面的反射向前传播，与波导管中的微波传播相似，又称超折射。? 超折射回波的影响：
由于超折射的存在会导致产生超折射回波，使原来雷达探测不到的目标物在荧光屏上显示出来，增加了雷达探测的极限距离－－有利的一面。
由于超折射的存在，会增加雷达的探测误差，特别是测高误差。? 超折射形成的气象条件
有利于产生超折射的条件：逆温显著；水汽压随高度随高度迅速减少，大气折射指数m随高度迅速减小。常说“暖干盖”的大气层结。
①大陆上晴朗夜晚，由于地面辐射，近地面降温强烈而形成辐射逆温。尤其是地面潮湿，逆温使水汽不能向上输送，形成水汽压随高度急剧减少－辐射超折射
②当暖而干的较干空气移到冷水面时使低层空气冷却，温度有所增加。－－平流超折射。③雷暴消散期，其底部下沉气流造成近地面层几百米高度处逆温，形成超折射－－雷暴超折射大气层中，形成超折射的气层通常只是近地面很薄的气层（1km），适当提高仰角，雷达波能穿透超折射层，超折射回波大大减少。④负折射
如果雷达波束不是向下弯曲，而向上弯曲，出现的折射现象称为负折射。这时K 负折射现象出现在：湿度随高度增加而增加，温度随高度的递减率比干绝热递减率大时。当冷空气移到暖水域上空时，就有可能形成这种超干绝热而产生负折射现象。负折射发生时正常能观测到的目标看不到了。⑤零折射
对于均质大气，雷达波束沿直线传播，没有折射现象发生时，称为零折射或无折射。在一般情况下，大气不会出现这种情况。3 雷达气象方程★★书P67 ? 雷达回波：当雷达波束投射到云、降水粒子上时，云、降水粒子就会发生散射现象，其中向后方散射的一部分散射波重新返回到雷达天线处，并在雷达显示器上显示出的各种图像，称雷达回波。
? 雷达气象方程：根据所测定的回波强度去推断云、降水粒子的物理状况，将雷达的作用距离与发射机、接收机、天线、目标和环境的各种特性联系起来的方程。a 单个目标的雷达方程：
（1）天线辐散强度在两半功率点间均匀分布：
? 假设：雷达波束的能量集中在以两个半功率点为界的狭窄波束照射体积中，做这样规定后的狭窄波束的横截面内，天线辐射强度处处相同，都等于最大辐射方向上的能流度值Si max。? 天线增益G 天气雷达具有高度方向性的定向辐射天线，它使大部分能量集中在一个很窄的范围内朝一定的方向发射出去。若定向辐射天线和一个方向均匀辐射天线所辐射的总功率相同，把定向天
线最大辐射方向的能流密度与各向均匀辐射天线的能流密度之比，称为天线增益。普通雷达方程：适用于飞机、船舶、单个雨滴等任何一个单个目标物。
结论：雷达回波功率强弱取决于雷达参数（发射机功率Pt，天线增益G，雷达机波长λ），目标距雷达站的距离R和目标物的雷达截面σ等。（2）天线辐射强度不均匀分布的雷达方程
半功率点内天线辐射显然是不均匀的，而且半功率点外也有一部分辐射能量。引入天 线方向图函数f(θ,ψ)。θ、φ是以天线最大辐射方向为基准的水平与垂直的角坐标。由于雷达波束的电场强度在各个方向上分布不一样。对一个单目标物，天线辐射不均匀时的雷达气象方程： b云及降水粒子的雷达气象方程 假设：
1）雷达波的能量完全集中在以两半功率点为界的狭窄照射体内，并假设横截面内的天线辐射强度处处相等，并等于最大辐射方向的能流出度值，G为常数。2）云及降水粒子的散射波是非相干波。
3）在波束有效照射体内，粒子的尺度谱处处相等。波束有效照射深度和有效照射体积 P71 ? 雷达波束所照射到的云及降水粒子都要产生回波，但并不是波束内所有降水粒子的回波都能同时到达天线。? 雷达发射的脉冲具有一定的宽度Γ，定向发射到空间占有一定的长度h，只有在波束距离R到R h/2范围内的那些粒子散射的回拨，才能在同一时刻到达天线。称h/2为波束有效照射深度。
? 在两个半功率点内，水平波瓣宽度θ1，距离雷达天线为R 处散射回天线的有效照射体积为
云及降水粒子的雷达气象方程 瑞利散射条件下的雷达气象方程 4 雷达气象方程的讨论★★P81 雷达气象方程：①雷达机各参数、②气象因子、③目标物和雷达机之间的距离，这三个方面的因子共同影响着雷达回波的强弱，或者相互促进，或者相互抑制。（1）雷达机参数：
①发射功率：增加发射功率通常可以提高信噪比，从而增大最大探测距离。但最大探测距离还取决于脉冲重复频率，目标物最大高度，雷达架设高度，以及地球曲率等影响。3cm 和5cm 的测雨雷达：几十～几百千瓦
10cm的测雨雷达：几个兆瓦。
雷达最大探测距离还与雷达机灵敏度以及电磁波在传播过程中衰减情况等有关。
②脉冲宽度和脉冲长度：当脉冲宽度Γ（雷达发射电磁波信号，一个信号所占用的时间）和脉冲长度h（信号空间所占距离）两者增加时，雷达脉冲在空间的体积增加，同一时间里被电磁波所照射到的降水粒子数量增多，所以回波接收功率增大，使一些弱的雨区等容易发现。缺点：1）雷达的距离分辨率变低。2）雷达的盲区变大。
③波束宽度θ（雷达发射出的信号在圆锥空间里面最大的夹角）：水平波束宽度和垂直宽度愈大，天线发射的能量愈分散，入射能流密度将随距离增加而较快地减小，造成回波能量变弱，并引起误差。一般测雨雷达希望两者尽可能小些。
天线波束宽度：反映雷达探测的角度分辨率，会影响雷达的测量精度，一般在0.8°~ 3.0°之间。
多普勒天气雷达的波束宽度为1.0°
波束宽度与波长、天线尺寸、天线类型有关。有旁瓣影响。
当气象目标离雷达较远时，由于雷达波束宽度的切向宽度增大，特别是由于地球曲率的影响使波束轴线离地面的高度越来越高，远距离的目标就很难充满雷达的有效照射体积。雷达波束越高，气象目标的距离愈远和尺度愈小，并且探测时天线的仰角愈大，波束愈不容易被气象目标所充满。
波束宽度也能引起雷达的测高误差。
④天线增益G：天线增益增加时，回波功率以平方的倍数增大，可提高雷达的探测能力。提高G，必须增大圆抛物面口径的几何面积，带来转动性能和抗风能力差的缺点。增大天线口径面积可以提高天线的增益和减小波束宽度，从而增大雷达的探测能力和探测的角分辨率。⑤波长：雷达机最重要参数，云雨粒子对电磁波散射能力和衰减能力，都与波长有密切关系。S波段[10cm] ：反射率低、衰减小、天线大； C 波段[5cm] ：折衷；
X波段[3cm] ：反射率高、衰减大、天线小。
在降水强度较小的地区，常采用3.2cm波长。在降水强度较大的地区，探测台风以及为了测定降水区内部结构，采用10cm的大功率雷达。(2)气象因子
气象因子对回波功率的影响表现在：）目标物的后向散射特性。反映在因子上，包括粒子的大小，相态，形状，温度等对散射的影响。
(2）波束路径上各种粒子对雷达波的衰减作用。反映在因子冰雹等粒子在不同波长，不同温度时的衰减作用。
（3）距离因子的影响 上，包括大气，云，雨，雪，雷达接收功率Pr 与距离R成反比，随距离的增加而减小，同样强度的降水出现在远距离处要比近距离处回波弱得多，且雷达只能显示Pr 大于某一定值的回波信号，在观测分析回波强弱以及移动情况时容易产生错觉。同一气象目标处在不同的距离时，回波亮度，尺度等也发生变化（对降水变化判断）。距离影响回波的原因是：当实际存在的云、降水粒子的数密度及谱特征不变时，在远距离处由于波束发散宽度增加，使发射能量分散，入射能流密度随距离增大而减小，造成回波能量的减弱。
（4）影响雷达探测其它因素 ⅰ回波涨落现象
空气中降水粒子之间的距离比粒子本身的尺度大得多，可以认为彼此没有相互作用，是互相独立，无规则分布的粒子。但是各个粒子产生的回波有时相互加强，有时互相抵消，使得合成的回波呈现涨落现象。在平面和高度显示上，会使回波的边缘变得有些模糊。2 来自粒子群的回波信号，虽然瞬时值随时间迅速脉动，但是对时间的平均值却是比较平稳的。在大量粒子彼此独立，并且在空间做无规则分布的情况下，只要测定的时间足够长，总的回波功率的时间平均值等于各个粒子的回波功率之和。ⅱ衰减（见前）ⅲ折射（见前）第四节 多普勒效应与多普勒频率（雷达测速原理）
多普勒效应：相对运动体之间有电波传输时，其传输频率随瞬时相对距离的缩短和增大而相应增高和降低的现象。
多普勒频率：当目标物与雷达之间存在相对运动时，接收到回波信号的频率相对于原来发射的频率产生一个频率偏移，在物理学上称之为多普勒频率。
气象目标物的多普勒频移很小，但天气雷达还是能够测量到。这就要求雷达以一种非常稳定的方式发射脉冲，才能满足所需的精度。多普勒速度是径向速度，垂直于雷达波束的速度分量，即风场的切向速度，测量不到。PS：
径向速度：物体（目标）在观察者视线方向的速度，或沿径向方向的速度。多普勒频率与径向速度的关系：
若径向速度为0，则多普勒频率等于0；若径向速度不为0，多普勒频率与速 度成正比；多普勒频率与雷达的波长成反比。
通常规定：目标向着雷达运动，速度为正，远离雷达，速度为负。2 多普勒两难
对于实际工作的雷达，波长是固定的，当选定了最大不模糊距离（或脉冲重复频率）后，就存在一个最大不模糊速度，对每个特定雷达而言，在确定的频率下，探测的最大距离和最大速度不能同时兼顾，称为“ 多普勒两难”。
* 临界多普勒速度：当脉冲重复频率PRF（一个脉冲和下一个脉冲之间的时间间隔的倒数）等于多普勒频率时，或者目标径向速度V＝λ×PRF/2时，就会因收发谱线相重叠产生测速模糊问题，V称为临界多普勒速度。例如：λ=10cm，PRF=1000/s得±Vrmax = ± 25m/s，实际的多普勒速度超出了25m/s这个范围，雷达所测多普勒速度将出现巨大误差，这种现象称为速度模糊。
* 最大不模糊速度：雷达能够不模糊地测量的最大平均径向速度，称为最大不模糊速度Vmax，对应的脉冲对相移是180度。采用两个连续脉冲返回信号的相角差来估算多普勒频移。最大不模糊速度Vmax=λ(PRF)/4 * 距离折叠：一个脉冲传播并且在下一个脉冲发射前回到雷达的最大距离，这个距离定义为最大不模糊距离，也是雷达的最大探测距离Rmax=C/(2*PRF)。
距离折叠是雷达对雷达回波的一种辨认错误，当目标位于最大不模糊距离以外时，会发生距离折叠，雷达显示回波位置的方位角是正确的，但是距离是错误的。如果一个散射区在Rmax之外，那么回波只有在下一个脉冲发射之后才能收到，因为实际来回距离在Rmax和2Rmax 之间，这种回波被称为第二区回波。最大不模糊距离是一个发射脉冲在下一个发射脉冲发出前能向前走并返回雷达的最长距离。第三章 第一节 雷达资料显示的方式
体积扫描VOL是雷达按不同的仰角全方位扫描方式。获取的数据可以用PPI、RHI、CR等方式显示。
PPI：平面位置显示
RHI：距离高度显示
VCS、RCS：任意垂直剖面显示（MICAPS系统交互操作）CR：垂直最大回波显示 CAPPI：等高平面位置显示 基数据：反射率因子R，径向速度V，谱宽W； 第二节: 1 径向速度场的识别
* 径向速度：即多普勒速度，用正弦曲线图来说明雷达径向风速随方位角的变化。规定：
（1）朝向雷达的径向速度为负，远离雷达的径向速度为正。（2）向北的方位角为0°，向东为90°，向西为270°度。* 零径向速度及其意义
等速度线：径向速度相同的点构成的线。
零速度线：由雷达径向速度为零的点组成的线。通常可根据零等速度线来反推实际风。通过零径向速度确定风向和风速：假定在雷达探测范围内，同一高度层上的实际风向是均匀的。从雷达中心到零速度线上的任何一点，过该点的风向垂直于此半径，从负径向速度（入流）指向正径向速度（出流）。这种判断风向的方法只适用于风向均匀或风场连续变化的情况，对锋面等风向不连续面就不一定适用。因为在不连续面上的风向复杂，而且风速很小，有时显示出零速度色标（包含了绝对值较小的正负速度范围）。意义：
1）该点处的真实风向与该点相对于雷达的径向互相垂直。风向是由邻近的负速度区，垂直于该等速度点吹向正速度区。
2）该点的真实风速为零，在那里的大气运动极小或处于静止状态。
3）若零等速线为直线，且横跨整个PUP显示屏，则表示雷达所探测到的各高度层上，实际风向是均匀一致的。
4）在探测采样较好的情况下，若某高度层出现最大入流或出流径向速度中心，这就是该高度层的实际风向。
5）假定在均匀风场中，则某一高度上的最大多普勒径向速度值即为此高度的实际风向。最大的多普勒速度一般出现在距零等速线＋－90?的位置。
识别：╮(╯_╰)╭我发现这个知识点还是看PPT比较好，所以详见 PS:径向速度场识别的方法总结（抄袭08届的资料）
（1）零径向速度线
1．是否与向径平行：若零径向速度线与向径平行，则表示风向不随高度增加而变化，反之，即它是一条曲线，则表示风向随高度增加要变化。
2．走向有无显著折角：若零径向速度线走向有折角，反映了水平流场中有不同方向气流存在。大气中可能存在锋面、辐合线、槽线等流场系统，则配合正、负中心分布和回波强度分布特征，又可区分属什么天气系统。
3．走向是否和距离圈平行：若它们两者平行，这时可能会出现在远离中心(正)和朝向中心(负)沿径向排列的情形。风向和向径平行，零径向速度线即为辐合线或辐散线。有时零径向速度线为闭合曲线，则表征不同高度上存在风向辐合，即存在风的垂直切变。（2）正负速度区的分布特征
1．若大片正区和负区与原点对称，范围大致相等，说明不同高度上水平流场的基本气流是一致的；反之，则说明不同高度上水平流场中存在着不同方向气流，甚至有中小尺度系统存在。2．大片正区和负区是否与向径对称：这条规则在分析锋面和切变线位置时很有用。因为在锋面存在时，正负中心往往与向径对称排列。
3．有无紧密相邻的成对强小尺度正、负中心存在：当有成对沿向径排列的相距较近的(20～50km)强多普勒速度中心或有成对强多普勒速度中心位于某一向径两侧，二个中心间相距很近，这就要分析有强中小尺度天气系统甚至飑线存在的可能。4．有无多普勒径向速度等值线密集带存在
通常在锋面和飑线附近存在径向速度等值线密集带。等值线愈密，锋面和飑线愈强，而且后者等值线更密。在分析时还要注意密集带走向是否与向径平行、是否与距离圈平行，这在确定锋面、飑线位置时很有用。（3）强多普勒径向速度梯度带
径向速度切向梯度愈大，水平风速愈大，它往往与强对流天气，诸如快速移行冷锋、飑线、中尺度气旋相联系。当它们成弧状排列，可能存在强辐合带或飑线，又当它们成近似圆形排列，则可能存在强中尺度气旋。第三节 雷达回波的类型 非降水回波：指还没有产生降水的云、雾、晴空大气、地物等目标物对电磁波的散射所产生的雷达回波，会干扰天气雷达正常的探测和判断。
* 地物回波：由山地及其各种建筑物等对电磁波的散射而产生的回波。产生地物回波的目标物有两类：
(1)地表：包括山脉，丘陵，岛屿，海岸线等。(2)地表上的人工建筑物。
地物回波的特点：边缘清晰，位置固定，强度少变。RHI上呈小柱状，高度低。地物回波的反射率因子值很低，通常在20dBz 以下，呈点状分布，离雷达站较近。当大气出现超折射现象时，地物回波明显增多。地物回波对雷达探测的影响
1）地物阻挡作用：当雷达仰角较低时出现地物回波，将无法探测到地物远离雷达一侧的目标，形成探测盲区。一定仰角下，当气象回波从远处向测站移来，越过地物后，回波范围将增大，强度将增强，形成虚假的回波增强现象。
2）若地物回波离测站较近时，有可能降水回波和地物回波连成一片，将影响降水回波的强度，并且不易确定气象回波的边界。
为了减少地物对雷达探测的影响，尽量将雷达架设在较高地形上。探测时也要针对不同的地物遮挡查看适当的仰角图像。
* 海浪回波：海水及其浪花对电磁波的散射而产生的回波，它是沿海雷达探测到的特殊回波。* 晴空回波：云体稀薄或没有云的晴空大气，或在不可能被探测到的小粒子所组成的云区内探测到的回波。晴空回波形成的气象条件：由于晴空大气中折射指数不连续而形成的。可以由多种原因形成，产生回波也各不相同。晴空回波中的信息对某些天气，特别是强对流天气的警报有着至关重要的作用。
①热对流运动：对流天气内部与周围大气之间的气象要素有较大的差异，形成折射指数的不连续，这类晴空回波一般在PPI上为细胞状结构。
②当大气层结具有强逆温层时，阻挡了水汽向上的输送，使逆温层上、下方的湿度条件有一定差异，从而形成比较强的折射指数垂直梯度。
③当有较强的雷暴天气时，雷暴中的下沉冷出流与前方暖空气之间构成飑锋，飑锋两侧的温度和湿度梯度比较大，折射指数梯度相应较大，出现窄带回波，多位于雷暴回波前方约20～30km的地方。（阵风锋）
* 超折射回波：当大气呈超折射时，在雷达回波上出现平常探测不到的远距离地物回波，就是超折射回波。
PPI显示：超折射回波呈辐辏状排列的短线。当超折射回波强度较大时，这些短线的回波互相弥合成片状。有时超折射回波的分布与地形地物十分一致，显示出平时看不到的山脉和河流。超折射回波常出现在某些方位和距离上，这是由于在同样的天气背景下，那里的局地更有利于形成超折射的缘故。
RHI ：超折射回波与通常的地物回波相似，呈短而窄的柱状，两头尖，高度较低，只是数量更多些，排列更紧密些。根据这些特点，就可以在屏幕上区别降水回波和超折射回波。* 旁瓣假回波：雷达沿主波瓣传输能量，主波瓣的典型宽度为1 ?，此外还有一些能量沿偏离主波瓣中心线的旁瓣传输。一般情况下，旁瓣产生的回波太弱，以至于分辨不出来。但是当遇上散射能力极高的目标物（如积雨云中柱状的冰雹和暴雨）时就能够出现旁瓣回波。* 三体散射：雷达发射的电磁波在强降水中心和地面之间经过多次散射后，返回雷达，而雷达将在强回波区的径向延长线上定出一个弱回波区。第四节★★（我真心建议大家看PPT）降水类回波的形成原因：形成降水回波的是大气中云、降水等气目标物，及各种水汽凝结物对电磁波的后向散射。降水云分类：层状云；积状云或者对流云；积层混合云 3 层状云降水回波
特点：水平尺度较大、持续时间较长，强度较均匀，时间变化缓慢。强度图特征：
PPI：呈均匀连续的大面积薄膜状，片状，丝缕状结构明显，强度弱，一般在20～30dBz，边缘不整齐，有时有强雨中心。（零度层亮环）
RHI ：云体厚度较小，回波高度约5-6km，顶部和底部平坦，结构较均匀。
层状云降水回波速度图：层状云降水范围比较大，相应径向速度场分布范围也很大，速度等值线分布稀疏，切向梯度也不大。在零速度线两侧常分布范围较大数值不等的正负径向速度中心。* 零度层亮带
层状云降水回波的主要特征，冰水混合层，反映层状云中有明显的冰水转化区，虚假的强降水区域。零度层以上降水粒子以冰晶为主，下降通过亮带后，粒子全部转化为水滴。说明层状云气流稳定，无明显对流活动。
PPI：当抬高仰角观测时，亮带表现为以测站为中心的环状或半环状。
RHI：出现在零度层高度以下，带中最强回波处的高度距零度层约200～300米，回波强度比带两侧的回波强10～15dBz。高度3km左右。
在速度图上，零度层亮带和其它层状云降水回波表现是一样的。4 积云降水回波强度特征
PPI：表现为几km到几十km不规则分散、孤立块状。回波通常由单个或多个对流单体形成的回波组成。回波呈块状，尺度小，结构密实，边缘清晰，强度较强（35dBz 以上），持续时间
变化大。强中心到外围的强度梯度较大，随不同的天气过程排列成带状、条状、离散状等。RHI：单体呈柱状结构，垂直伸展大于水平伸展，强对流单体顶部有云砧向下风方伸展或呈花菜状，（不及地）悬垂中空，云体随对流发展变厚。回波顶发展较高，一些发展强烈的单体可达10km，个别可达20km。对流云降水回波的速度图像：
PPI：由于积云尺度较小，分布零散，其在速度图上表现较为零散，速度等值线分布密集，切向梯度比较大。
（1）每个对流单体都具有完整的垂直环流系统，包括高低空辐合辐散，上升气流等；（2）每一个对流单体的产生，发展和组织形式均与环境风切变有关，并在速度场上有明显的表现；
（3）部分强对流天气具有中气旋结构。
RHI ：呈柱状，砧状，纺缍状等，不同高度的速度可表明环境风切变。回波较强处，径向速度等值线比较密集，甚至出现正负速度紧挨着，说明该处有辐合或辐散场（„这个图像„总让我想到..色色的东西..我面壁去~）。对流云回波分类：
（1）对流单体：一个雷暴云为对流单体。（2）多单体对流云回波（3）超级单体对流云 不同阶段对流云降水回波特征
积云阶段：与对流云的回波特征相同，不及地。
发展阶段：PPI回波呈块状，尺度较小，结构较密实，边缘较清晰。RHI 回波高度不很高，呈柱状，及地，降水的初期。
成熟阶段：PPI回波呈块状，块体增大，结构密实，边缘清晰，有时有云砧向下风方伸展，强度大。RHI 高度很高，云体大，强回波中心高度高。
消散阶段：PPI结构变得松散，边缘发散，回波体积开始减小。RHI 回波高度仍较高，强回波中心高度下降，后期出现零度层亮带。5 积层混合云降水回波
积层混合云降水的天气特点：范围大，降水持续时间长，累积降水量大，往往造成大面积的强降水。当降水加强时，回波的结构由片状絮状向块絮状转化，零度层亮带变得不清楚。积层混合云降水回波往往与高空槽，切变线和地面静止锋相联系。这种降水回波在连阴雨中最常见。
PPI：表现为絮状回波，范围比较大，回波边缘呈现支离破碎状的紊乱状，没有明显边界。层状云回波中镶嵌着一个个密实团块的对流云，强度可达40dBz或以上，有时强回波团块整齐排列可形成一条短带。
RHI：表现在均匀的层状云高度上柱状回波起伏地镶嵌在其中。在对流云衰败阶段，柱状回波与层状云回波合在一起。
混合云降水回波的速度场：在速度场上，产生混合云有不同的天气形势，可S型，反S型，低层S型高层反S型，零速度线折角，风场的辐合辐散等不同的特征。在混合云中的对流云发展成熟时，速度场上有相应的对流云水平和垂直结构特征。
有零度层亮带的混合云回波：零度层亮带是对流性的积状云向稳定性层状云转化的标志。第四节（老师原话是：不用背，但是会给图识别）1强对流天气的雷达探测 * 冰雹 强度回波特征：
1、高悬的强回波
2、低层弱回波区或有界弱回波区
3、低层反射率因子强梯度和回波顶偏移
4、V型缺口、三体散射、旁瓣回波等特殊回波 径向速度特征： 1、风暴顶辐散 2、中气旋
* 飑线：如果多个对流单体呈线状分布，则称为多单体线风暴或线性多单体风暴。如果线性多单体风暴伴随雷暴大风，并且其强度超过35dBz部分的长宽超过5:1，长度至少在50km以上，则称为飑线。
飑线天气的雷达回波特征： 强度场：
1、线状排列的多个强回波中心；
2、呈弓形回波等；
3、晴空窄带回波：阵风锋－地面大风区 速度场：
1、速度模糊：最大正负速度区连接
2、风暴顶辐散 * 台风
第四章（虽然答疑时几乎没提到过这章，但是~我滴神——罗昊说啦~撒大网捞大鱼~我就搜刮这么多了~不准对我滴神说的话有意见！！！！！）1 雷达基本数据产品
? 基本产品：根据从RDA接收到的数字化基数据，直接形成的不同分辨率和数据显示级别的多普勒数据产品。? 产品分类：反射率因子（R）；平均径向速度（V）；谱宽产品（W）2 雷达产品的物理量产品：由雷达以各种探测方式获取的R、径向速度V和W，经过一定的计算和客观处理，转化为气象上常用的有明显意义的物理量，进而把这些物理量的分布显示出来成图象和图形产品，是经RPG 中气象算法处理后得到的产品。* 强度物理量产品
（1）回波顶高（ET：Echo Top）：对流的强弱一般和回波伸展高度有关，ET产品可用来分析估计探测范围内不同地区的对流发展与否，以及相对强弱情况。
回波顶高与降水的关系：回波顶高与降水成正相关，降水较强时，回波顶伸展的高度也比较高，回波顶高度降低，则预示降水的减弱。（2）组合反射率产品CR CR产品是应用体积扫描获取的回波强度数据，在以1km×1km（或2km ×2km）为底面积，直到回波顶的垂直柱体中，对所有位于该柱体中的回波强度资料进行比较，挑选出最大的回波强度，从而得到最大回波强度的图像。（3）VIL(垂直累积含水量)定义：假定所有反射率因子强度都是由液态水滴引起的，定义某底面积垂直柱体中的总含水量为垂直累积含水量VIL。
VIL是反映降水云体中垂直液态含水总量的产品，是判断强降水及降水潜力，以及强对流天气造成的暴雨和冰雹等灾害性天气的有效工具。（4）时段雨量累积
该产品在雨强产品的基础上，计算雷达探测范围和某指定区域内任意时段的雨量分布，并显示该时段内整个探测区域和某指定区域内的降水总量（单位：mm，表示降水区域面积上平均降水的厚度）。
1小时累积降水（OHP）：本产品以雨强产品中的雨强值作为本产品的原始数据，计算某一点24小时以内任一小时的累积。
3小时累积降水（THP）：THP是跟当前时间最近的一个整点为止的3个小时累积，每个整点更新一次。风暴总降水量（STP）
* 径向速度物理量产品
（1）垂直风廓线产品（VWP）：用来识别平均风的高度切变，及其随时间的变化。
（2）合成切变（CS）：合成切变是径向散度与方位涡度合成的显示产品，反映了流场中的不均匀性。该产品还可用来帮助识别速度在径向和方位上均有切变的天气现象，如阵风锋、低空切变线、中尺度旋转运动等低空风切变的现象。3 多普勒雷达的识别产品
定义：指由雷达获取的回波强度、径向速度和谱宽资料，根据各类中小尺度灾害性天气结构模型，分析处理后得到的各类灾害性天气自动识别产品。（可叠加在其他产品上）包括以下几部分：阵风锋、下击暴流；中尺度气旋、龙卷涡旋；风暴、冰雹自动识别等；风暴自动识别、跟踪、预报和预报检验。* 阵风锋识别产品
对流风暴中的下沉气流到达低空在地面形成冷雷暴堆，并向四周流出，其中有相当大的一部分流向风暴前方。这种流出气流具有中层环境空气的水平动量，在低空可引发强风，其前缘就是阵风锋。阵风锋是出现在强风暴周围的一种强风切变，常造成局地风害。在雷达探测的强度上表现为环绕强风暴回波的一条细长的弱回波带，称为“窄带回波”（Thin lines)，径向速度场中表现为强风切变。阵风锋过境时通常无降水，提供了风暴前的晴空信息，其对电磁波的散射机制尚无确定，可能是湍流对电磁波的散射。* 下击暴流识别
气象雷达数据分析 篇3
气象雷达原始回波数据包含了大气层云雨生消演变过程的动态信息, 反映了云雨的变化轨迹, 这些正是自然长年累月不断演变的痕迹。痕迹的生消是瞬间、不可逆不可重复的, 因此保存含有这些信息的雷达原始回波数据对于研究大自然的演变规律尤为重要[1]。雷达原始回波数据的数据量多、文件大, 利用有效的压缩算法对雷达的原始回波数据进行无损数据压缩具有非常重要的意义。
2 压缩算法的设计原理
文本类型雷达原始回波数据文件中含有较丰富的换行符和回车符, 这些都是冗余信息。根据这个特点, 可以首先利用位图压缩算法对这两种字符进行压缩。雷达原始回波数据的文本文件中包含“0-9”、“-”、空格符以及换行符共13个字符, 它们对应的ASCII编码如表1所示。通过观察可知, 字符“0-9”的ASCII编码连续且均以特征位“3”开头, 而其它三个字符 (“-”、空格符和换行符) 的ASCII编码则不具备这个特点。为了对该文本文件进行有效压缩, 首先对这三个字符按照表1中约定的值进行重新编码, 即:将“-”、空格符和换行符分别编为0x3A、0x3B和0x3C。这样, 经过重新编码后的值在0x30-0x3C的范围内, 且13个字符的编码均以特征位“3”开头, 如表1所示。现在, 就可以采用半字节压缩[2]的方法对重新编码后的文本数据进行压缩, 即:首先将每个字符的特征位压缩掉, 然后将两个字符对应的半字节压缩存储到一个字节中。最后, 对经过半字节压缩处理后的文本数据再进行Huffman压缩[3], 从而构成了位图压缩+半字节压缩+Huffman压缩算法, 以下简称为b Map-HalfB-Huf算法。
3 压缩过程
在b Map-HalfB-Huf算法的压缩过程中, 用0标识换行符和回车符, 用1标识其它字符。具体压缩过程可表述如下:打开源文件, 按顺序每次读取一个字符, 判断该字符是否为换行符或回车符, 如果是, 则将位图信息的相应位置0, 并丢掉该字符;若不是, 则将位图信息的相应位置1, 并将该字符存储到缓存中。此外, 每读取8个字符, 就将生成的位图信息及字符信息依次存储到缓存中。对整个文本文件的数据进行位图压缩完毕后, 然后将按顺序每次读取字符信息中的两个字符, 判断读取的两个字符数值是否均在0x30-0x39的范围之内, 若不在, 则首先对照表1进行编码, 然后再进行半字节压缩处理;若在, 则直接进行半字节压缩处理。半字节压缩过程是:分别将两个字符的低4位取出, 丢掉高4位的特征值位“3”, 再将高地址字符低4位作为新生成字符的高4位, 而低地址字符的低4位字符信息作为新字符信息的低4位信息, 这样就将两个具有相同特征值位的字符信息压缩处理成一个字符信息。对进行半字节压缩后的文本数据再进行Huffman压缩, 并将源文件的大小、压缩文件的大小及压缩后的信息依次存储到压缩文件中, 压缩过程完毕。b Map-HalfB-Huf算法的压缩流程如图1所示。
4 解压过程
压缩是解压的逆过程, 可以按照压缩的逆序进行。在压缩文件中存储了源文件大小和压缩文件大小, 目的是为了保证对压缩文件能够进行正确解压。b Map-HalfB-Huf算法的解压过程如下:打开压缩文件, 首先, 读取前两个整型数据, 这两个整型数据分别表示源文件的大小和压缩文件的大小。然后, 读取压缩信息, 对其进行Huffman解压, 得到半字节压缩信息;然后进行半字节解压, 半字节解压缩的具体过程是:首先将解压的字符信息的高4位与低4位信息分离, 然后将低4位信息作为生成的低地址字符的低4位信息, 而分离出的高4位信息则作为另一个生成字符的低4位信息, 并将此字符存储在前一字符的高1的地址中, 两个字符信息的高4位均用特征值3进行填充, 半字节解压完成。
将半字节解压后的数据信息再按照表1进行译码, 若字符值不在0x30-0x39之间, 则须将字符进行译码操作, 完成译码之后的数据进行位图解压, 恢复原始文件。
5 实验结果
实验数据为实测的雷达原始回波低仰角的I、Q通道混合的文本类型数据, 该文件的大小为3187KB, 以下称为混合数据文件。将I、Q通道数据分离后的文件大小分别是1597KB和1591KB, 以下分别称为I路数据文件和Q路数据文件。压缩的实验结果见表2。采用混合压缩文件将设计的混合压缩算法与通用的压缩算法及压缩软件进行了性能比较, 比较结果见表3 (其中Arith-0表示自适应算术压缩算法, Arith-3表示3阶自适应压缩算法) 。
从表3的压缩结果可以看出, Arith-3算法具有最高的压缩因子, 但其压缩时间和解压时间都比其它算法要长得多。除此之外, 压缩因子最高的是本文的b Map-HalfB-Dhuf算法, 其次是LZW算法;压缩时间最短的是Huffman算法, 其次是b Map-HalfB-Dhuf算法, 但两者差别很小, 仅0.094s;解压时间最短的是WinZip压缩软件, 其次是WinRar压缩软件, 再次是LZW算法及Huffman压缩算法, 然后是本文的b Map-HalfB-Dhuf算法。
由于本文对雷达原始回波进行压缩不仅要求高的压缩因子, 还需要算法有较短的压缩时间, 这样才会在有效的时间内存储或者传输更多的雷达原始回波数据。因此从压缩因子和压缩时间上对压缩算法的性能进行评价, 可以得出:b Map-HalfB-Dhuf算法是以上所有算法中压缩性能最高的算法。从而说明采用b Map-HalfB-DHuf算法对文本类型雷达原始回波数据文件进行压缩是非常有效的。
6 总结
本文主要是对实测气象原始回波文本类型数据进行无损压缩算法研究, 根据文本类型回波数据文件空白字符较丰富及文件仅由13个字符构成的特点, 并根据此特点设计了文本类型的混合压缩算法。将设计的通用压缩算法对实测数据进行了压缩解压实验, 并与通用压缩算法及通用压缩软件WinRar、WinZip的压缩性能进行了综合比较, 比较结果表明设计b Map-HalfB-DHuf算法压缩性能优于通用压缩软件及算法, 可见设计的此压缩算法对文本类型气象回波数据压缩效果是非常显著的。
摘要：本文对气象雷达原始回波文本类型数据进行无损压缩算法研究, 根据文本类型数据的特点, 设计了位图压缩+半字节压缩+双Huffman压缩的混合压缩算法。采用设计的混合压缩算法对实测数据在C环境下进行压缩和解压实验, 结果表明:混合压缩算法的压缩性能优于通用压缩软件WinRar、WinZip的压缩性能。
关键词：无损数据压缩,位图压缩,半字节压缩,混合压缩
参考文献
[1]王立华, 蓝天飞.使用压缩算法实现雷达原始资料共享的技术方法[J].湖北气象.2003, 32-34.
[2]袁玫等.数据压缩技术及应用[M].电子工业出版社:1995.
[3]吴乐南.数据压缩[M].电子工业出版社:2000.
气象雷达数据分析 篇4
摘要：随着时代的进步，科技的发展，气象雷达与卫星遥感在不同领域都发挥着巨大的作用。农业遥感对世界许多国家的农业生产、粮食安全、进出口调整、农业政策及计划制度、以及保护国家利益等方面都起到了巨大的作用。
关键字：气象雷达，遥感技术
一、气象雷达
1、气象雷达的工作原理
雷达发射机产生电磁能量，雷达天线将电磁能量集中形成向某一方向传播的波，由雷达
4天线以电磁波的方式辐射出去，电磁能在大气中以光速（29.98×10km/s）传播。当传播着的电磁波遇到了目标物后便产生散射波，而且这种散射波分布在目标周围的各个方向上。其中有一部分沿着与辐射波相反的路径传播到雷达的接收天线，被接收的这一部分散射能量，称为目标的后向散射，也就是回波信号，对这种回波信号的检测可以确定目标的空间位置。雷达是用测量回波信号的延迟时间来测量距离的。假设目标离开雷达的斜距用R表示，则发射信号在R距离上往返两次经历的时间用Δt表示，目标的斜距R便可由下式给出（1/2）cΔt，其中c为光速。雷达测量目标的方位角和仰角是依靠天线的定向作用去完成的，它辐射的电磁波能量只集中在一个极狭小的角度内。空间上任一目标的方位角和仰角，都可以用定向天线辐射的电磁波束的最大值（即波束的轴向）来对准目标，同时接收目标的回波信号，这时天线所指的方位角和仰角便是目标的方位角和仰角。雷达天线装在传动系统上，可以固定方位角而在仰角范围内扫描，或固定仰角而在方位角范围内扫描，从而可以得到各个方向和探测距离内目标的信息。
世界上最高的气象探测站
2、气象雷达的组成
典型的气象雷达的主要由发射系统、天线系统、接收系统、信号处理器和显示系统等部分组成。电子线路组成部分见下图
3、气象雷达在农业方面的应用
无论是农业气象监测、农业气象情报、农业气象灾害防御，农业气候区划及资源开发利用、农作物产量预报等方面，我国气象工作者都开展了大量卓有成效的工作，为保障和促进我国农业生产做出了显著贡献。农业气象业务已成为现代气象业务体系中最重要的领域，而我国基层的气象为农服务又是其中最基础、最不可或缺的部分
在实施人工增雨(雪)、人工防雹及森林灭火中,采用雷达进行时实天气跟踪探测,可以有效监测云雨过程的发生和演变规律[1],是不可缺少的重要工具。目前,随着气候变暖,灾害性天气,如冰雹、洪水、干旱和森林火灾等时有发生。在气象应急服务时,快速应对异常天气变化,及时准确地提供
二、卫星遥感
1、遥感技术在国际农业上的应用状况
在农田信息采集和服务方面充分应用了卫星遥感系统。
1）在农业资源清查、核算、评估与监测方面．遥感系统强大的图形分析与制作功能，可编绘出土地利用现状图、植被分布图、地形地貌图、水系图、气候图、交通规划图等一系列社会经济指标统计图，也可进行多种专题图的重叠而获得综合信息．实现对具有时空变化特点的农业资源存量和价值量的测算以及资源现状、潜力和质量的客观评估．从而真实反映农业资源状况，为科学利用和管理农业资源提供强有力的决策依据。
2）在农业区划方面，遥感系统通过构建区划模型，进行不同区划方案空间过程动态模拟与评价，可使农业区划从野外调查、资料收集、信息处理、计算模拟、目标决策、规划成图到监督实施全过程实现现代化。
3）在土地资源与土地利用研究方面，遥感系统能方便获取资源数量和质量变化，提供研究区域土地面积、土壤特性、地形、地貌、水文、植被及社会、经济及自然环境的真实信息，直观反映土地利用现状、利用条件、开发利用特点和动态变化规律。
年降水量分布图
4）在作物估产与长势监测方面，遥感系统多时相影像信息．可反映出宏观植被生长发育的节律特征，可通过对各种数据信息空间分析，识别作物类型，统计量算播种面积，分析作物生长过程中自身态势和生长环境的变化，构建不同条件下作物生长模型和多种估产模式，根据各种模型预估作物产量。
5）在农业灾害预警及应急反应方面，遥感系统可追踪害虫群集密集、飞行状况、生活习性及迁移方向等．通过分析处理，可给出农作物病虫害发生图、分布图及可能蔓延区图，为防虫治害提供及时、准确、直观的决策依据。另外，可实现洪涝灾、旱灾、水土污染等农业重大灾害预测预报、灾情演变趋势模拟和灾情变化动态、灾情损失估算等，为防灾、抗灾、救灾预警及应急措施提供准确的决策信息。
6）在农业环境监测和管理方面，遥感系统能够对农业资源环境质量变化进行动态监测，及时发现情况进行预警：能够建立农业资源环境空间数据库，管理、分析和处理环境数据，高效汇总、汲取有用的决策信息；能够建立若干环境污染模型，模拟区域农业资源环境污染演变状况及发展趋势。
农业气象与遥感监测
2、遥感技术展望
1）高光谱传感器的应用
美国目前正在对高光谱传感器进行矿产、油气、环境及农业等4大领域的应用试验。人们希望通过高光谱遥感数据对主要作物生物化学参数的高光谱遥感监测以及设计水稻、棉花和玉米不同播种期处理的试验．获取不同生育期的生物化学和相应的高光谱反射数据．分析和研究这些作物在不同发育期的高光谱反射特征及其与生物化学参数的关系．确定能反映它们生物化学参数的高光谱遥感敏感波段：提取对应不同生物化学参数的高光谱遥感特征参数：摸索不同生物化学参数的高光谱遥感监测方法．建立其估算模型。高光谱和超高光谱传感器的研制和应用．将是未来遥感技术发展的重要方向。
2）发展新的遥感信息模型
遥感信息模型是遥感应用深入发展的关键．应用遥感信息模型．可计算和反演对实际应用非常有价值的农业参数。在过去几年中．尽管人们发展了许多遥感信息模型，如绿度指数模型、作物估产模型、农田蒸散估算模型、土壤水分监测模型、干旱指数模型及温度指数模型等．但远不能满足当前遥感应用的需要．因此发展新的遥感信息模型仍然是当前遥感技术研究的前沿。如收集整理前人大量研究结果．进一步分析明确决定水稻品质的主要生化组分及其与品种和环境条件之间的关系．建立植株叶绿素、氮素及水分等主要环境因子与籽粒蛋白、淀粉特性相关的农学机理和模型．着重研究水稻营养器官碳氮库、碳氮运转效率与籽粒品质指标间的关系；构建水稻品质特征光谱参量识别模型、光谱反演模型和水稻品质光谱数据库．建立基于光谱数据库的多尺度(光谱、空间、时间)、多平台(地面平台、卫星平台)水稻品质遥感信息模拟与评价模型：建立农学模型与遥感模型之间的链接模型．开发出具有预测预报功能的水稻品质光谱和卫星监测信息系统。并以优质高效为目标．建立基于遥感信息的调优栽培体系及预测预报系统。
3）综合应用遥感技术防治病虫害
对全世界的蝗虫主要源地．利用陆地卫星监测滋生状况．利用航空雷达追踪飞蝗路径．利用气象卫星确定风向界面．加以围堵歼灭。综合应用遥感技术防治病虫害．对我国西部经济开发．东部湿地保护．都是大有作为的应用新领域。4）微波遥感技术
微波遥感技术是当前国际遥感技术发展重点之一，其全天候性、穿透性和纹理特性是其他遥感方法不具备的。利用这些特性对解决海况监测．恶劣气象条件下的灾害监测以及冰雪覆盖区、云雾覆盖区、松散层掩盖区及国土资源勘查等将有重大作用。
总之．近年来遥感技术越来越受到各国的普遍重视．世界遥感技术面临着突飞猛进的发展．新的传感器将使遥感技术应用的领域进一步拓宽．监测精度不断提高．新的遥感处理软件将使科技人员的工作效率大大提高．使综合使用各种遥感资料变为可能。随着人们对遥感技术的重视进一步提高．遥感技术在农业上将得到更加广泛的应用。
三、总结
农业是国民经济的基础，农业生产和气象条件有着非常密切的关系，特别是北方地区旱涝、风暴等气象灾害对农业生产影响很严重，同时农村又是遭受气象灾害最为严重的地区。加快发展现代农业，建设社会主义新农村，保障粮食生产，气象服务在其中具有重要作用。同时，还必须重视合理利用气候资源，强化气象科技的支撑，面对新农场建设的需求，必须完善农业气象服务体系和农村气象灾害防御体系，大力发展农村公共气象服务，充分发挥气象在防灾减灾、应对气侯变化和利用气候资源中的作用，有效防御气象灾害，确保农业增产、农民增收。
参考资料：
1、百度百科，《气象雷达》
2、百度百科，《卫星遥感》
气象雷达数据分析 篇5
0 引言
某气象雷达是我军炮兵列装的新型气象探测装备, 价格昂贵, 对训练操作场地和环境要求高, 特别是用于设备控制与监控、数据采集与处理的数据处理系统, 操作复杂, 涉及设备多[1]。通过部队调研, 普遍存在不会动、不敢动、不能动的问题, 制约了该装备的效能发挥。部队和院校急需开发适应训练和教学的气象雷达数据处理模拟训练系统, 以解决部队训练和院校训练的需要。
气象雷达数据处理模拟训练系统逻辑复杂, 功能繁多, 研发难度大。因此, 根据功能需求运用模块化设计思想, 将软件划分为若干功能独立的模块;并采用基于模型的软件开发方法, 简化逻辑, 降低软件的开发难度, 提高软件的可维护性[2,3]。
1 训练模拟系统总体设计
1.1 功能需求分析
根据数据处理的功能和部队训练要求, 训练模拟系统应具备以下功能:
(1) 操作模拟功能:训练模拟系统具有与实装数据处理系统一致的交互界面, 能够按照操作流程进行探测设备的控制、监控、数据采集与处理等模拟操作。
(2) 操作判断功能:能够对用户操作进行逻辑判断, 给出提示并记录。
(3) 数据处理功能模拟:能够模拟数据处理工作过程, 动态生成模拟气象数据, 实时显示气象数据、曲线和设备状态等。
(4) 数据管理功能:应能够对数据库进行增加、修改和删除等管理。
1.2 训练模拟系统组成
根据功能需要和数据处理实际, 采用模块化设计思想, 将训练模拟系统划分为人机交互界面模块、数据处理模块和数据库模块[4], 具体如图1所示。
其中人机界面模块包括主界面窗口、数据处理界面、系统管理界面和操作使用说明界面等。主窗口为软件启动后的主界面, 主要为用户提供登录/注册和功能选择;数据处理界面包括实装数据处理系统的所有界面, 并与实装界面一致;系统管理界面主要用于设置软件参数、维护数据库等。
数据处理模块包括工作过程仿真模块、操作逻辑判断模块、图形运动仿真模块、时间推进管理模块和数据访问模块。工作过程仿真模块能够模拟探空过程中数据处理过程;操作逻辑判断模块能够实时基于规则数据库对操作进行判断并记录;图形运动仿真模块根据数据处理和图形运动仿真模型仿真图形控件的状态;仿真时间管理模块主要用于管理训练模拟系统的仿真时间;数据访问模块根据训练模拟要求访问数据库, 并实时读写相关数据。
数据库模块主要用于存储模拟数据、操作规则、训练记录和设备状态等。
2 仿真模型建立
针对气象雷达数据处理模拟训练系统逻辑复杂、功能繁多的特点, 建立了工作过程仿真模型、操作约束模型和图形运动仿真模型等, 以理清并描述系统工作过程、操作逻辑和图形显示规律, 为系统开发奠定基础[3]。
2.1 工作过程仿真模型
气球探测过程中, 气象雷达数据处理系统接收并处理天线状态信息和来自气球的探空数据, 并实时动态存储和显示。为了逼真的模拟对探空数据和天线状态数据的接收、处理与显示的工作过程, 建立了工作过程仿真模型, 如图2所示。
数据库中预存了探空数据、球坐标、气象要素和设备状态等数据, 来模拟天线状态和探空数据。用户“开始放球”操作后, 训练模拟系统启动循环1开始探空计时, 在循环1中调用自定义数据读、写函数, 根据探空时间将原始数据表中的数据存储到临时数据表中, 不断更新临时数据表数据, 并将设备状态信息通过自定义的显示函数实时发送给显示界面。当用户操作相关数据的显示按钮时, 训练模拟系统启动循环2, 通过调用自定义数据读、写函数实时动态读取临时数据表中的数据, 并通过自定义的显示函数发送给数据显示界面。
2.2 操作约束模型
为了使训练模拟系统操作过程的控制逻辑与实装数据处理系统一致, 需建立能够描述与数据处理系统操作一致的操作约束模型。通过分析气象雷达数据处理系统, 其操作约束方式主要包括一对一、一对多、多对一和多对多四种类型, 如图3所示。
2.3 图形运动仿真模型
通过分析数据处理系统, 训练模拟系统需要进行图像运动控制仿真的主要有雷达天线俯仰与回转以及增益指针和频差指针运动。
(1) 天线俯仰运动模型
雷达天线俯仰绕中心点进行旋转, 图形上的所有点旋转角度相同, 为此建立雷达天线俯仰转动关系如图4所示。
设中心点为O (x0, y0) , 雷达天线图形上某一点起始点P (x, y) , 与X轴夹角为Φ, 旋转单位角度θ后的点为P′ (x′, y′) , 与X轴夹角为θ+Φ, r为该点与中心点的距离。则有
其中点P的原始坐标为
则有
(2) 天线回转运动模型
雷达天线的方位通过圆点图形的圆周运动显示。为此建立天线方位图形运动模型如下:
式 (4) 中, x、y为圆点图形位置, x0、y0为圆点图形的圆周运动中心, R1为圆周半径, θ为雷达方位角, r为圆形直径。由于x0、y0、R和r均已知量, 因此运用式 (4) 可以根据方位角计算圆点图形位置。
(3) 指针运动模型
增益指针和频差指针以下端点为圆心摆动, 指针转动关系如图5所示。
P1 (X1, Y1) 为上端点坐标, P0 (X0, Y0) 为下端点坐标, R2为指针长度, θ为P点围绕P0偏离Y轴的角度 (即增益值或频差) , 向右为正, 向左为负。
根据以上条件可得指针上端点P绕下端点P0的运动模型:
3 系统实现
3.1 界面设计
(1) 界面分类及设计
通过分析实装数据处理的人机交互界面, 按照功能要求, 对训练模拟系统界面功能特点和仿真实现形式进行了分类和设计, 见表1。
(2) 控件分类与设计
通过分析数据处理系统, 其控件可分为按钮、文本、列表、图形、图片和时间等类型。按照功能要求, 对训练模拟系统各类控件设计见表2。
3.2 主程序设计
根据训练规程, 设计了训练模拟系统主程序流程, 具体如图6所示。
3.3 主要功能实现
3.3.1 操作约束实现
(1) 操作代码的产生
为了实现对操作逻辑判断, 设计了操作代码的产生机制。首先定义全局字符串型操作代码变量Operation Index;然后在各操作控件的CLICK事件中给Operation Index赋值。
(2) 规则库的建立
基于操作约束模型创建规则库, 对用户操作进行逻辑判断[5]。首先创建操作规则表结构, 包括操作代码 (主键, ) 、操作步骤描述、上一步代码、是否操作和扣分标准等字段。然后根据创建的操作约束模型填写操作规则表。
在规则库中主要通过设置“上一步代码”字段来实现操作约束。不同的约束模型, 其设置不同。
一对一:第n+1步操作的“上一步代码”字段值为n;一对多, 第n+1到n+k步操作的“上一步代码”字段值均为n;多对一:第n+k+1步操作的“上一步代码”字段值为多个步骤代码, 分别为n到n+k;多对多:第n+k+1到n+k+j步操作的“上一步代码”字段值为多个步骤代码, 分别为n到n+k。
(3) 操作的判断与记录
操作逻辑判断模块根据变量Operation Index访问数据库操作规则表, 查询上一步操作是否已经完成。如果上一步骤已经完成, 则反馈“对”信息给操作控件, 并更新规则表当前操作步骤行“是否操作”字段数据为“1”;否则反馈“错”信息给操作控件, 获取操作步骤信息和扣分标准记录并记录于操作评估表。
3.3.2 数据动态显示实现
训练模拟系统需要动态显示的数据类型包括数值、文本、图形和图片等。采用Timer控件循环实时访问数据库并读取数据, 界面根据读取的数据实时显示数据、图片或进行图形仿真运动。
对于数值和文本采用Text Box或列表控件实时显示。对于雷达天线状态、频差指针等图形控件, 根据图形运动仿真模型和模拟数据实时控制图形运动。在俯仰角姿态显示框中, 天线部分使用创建图形的方法实现。当天线俯仰角变化后, 仰角控制框将以现有的天线图形为基础, 经式 (3) 运算后绘制新图形, 同时旧图形通过Cls方法清屏, 最终实现天线俯仰转动的视觉效果;在回转角姿态显示框中, 天线状态采用圆点图形显示, 当天线回转角变化后, 经式 (4) 计算图形新的位置, 并付给圆点图形, 实现图形的运动效果。对于探空曲线等动态显示的图片, 训练模拟系统根据探空时间实时加载相应阶段的图片实现。
3.3.3 仿真时间管理实现
实装操作时间较长, 如果按照真实时间模拟探空过程, 存在训练时间长, 训练效率低的问题。因此训练模拟系统在探空过程中采取独立的仿真时间机制, 用户可以根据需要通过管理界面设置时间步长。采用改变所有Timer控件Interval属性值的方法实现对训练模拟系统仿真时间的设置。根据需要设置了1:1~1:20十个时间步长选项。
4 运行结果与分析
开发的数据处理训练模拟系统, 运行稳定, 响应速度符合要求, 模拟效果符合实际;人机交互性良好, 数据更改与参数设置简捷方便。运行效果如图7所示。经教学与训练应用, 效果较好, 实现了气象探测模拟训练, 节约了训练成本, 提高了训练效率, 有效解决部队训练与院校教学的难题。
5 结论
针对气象雷达探测训练过程中存在问题, 根据功能需求, 运用模块化设计思想将软件划分为若干功能独立的模块, 采用基于模型的软件开发方法开发了数据处理训练模拟系统, 实现了气象探测模拟训练。本系统基于软件模式, 与传统的软硬件相结合的模拟训练系统相比[6], 教学训练操作方便, 针对性强, 维护简单, 成本低廉, 适合大量推广应用。
参考文献
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[2]方晓, 董辉, 等.软件开发本体构建与模块化的应用研究[J].湖南工业大学学报, 2013.17 (1) :71-76.
[3]管爱爱, 邱昕夕, 等.基于模型的列车自动防护系统软件开发[J].计算机工程, 2013.39 (3) :1-6.
[4]吴华兴, 康凤举, 等.基于虚拟现实环境的飞机显控系统软件仿真[J].系统仿真学报, 2012.24 (6) :1232-1235.
[5]胡冬利, 徐海龙, 多海伟, 等.气象预报评分系统的设计与实现[J].软件, 2013, 34 (9) :22-26
[6]周易, 王旭明, 等.某型气象雷达模拟训练系统的研制[J].现代电子技术, 2012.35 (11) :188-191.
气象雷达数据分析 篇6
关键词：气象雷达,WLAN,干扰共存,确定性计算,干扰隔离
1 5 GHz频段
近年来，国内电信运营企业已将WLAN视为支撑宽带数据业务发展的重要方式，对WLAN的部署步伐不断加快，迫切需要无线电主管部门为WLAN规划配置新的频率资源，中国移动通信集团公司计划引入5 GHz新频段。另外，随着IEEE802.11发展，带宽越来越宽，现有2.4 GHz和5.8 GHz频率已无法满足需要。
主流电信发达国家地区均以无执照方式，开放了5 150～5 350 MHz和5 470～5 725 MHz应用于WLAN业务以推进产业发展。在我国，5 470～5 850 MHz频段应用于水上无线电导航，5 250～5 725 MHz频段应用于无线电定位雷达，仅有5.8 GHz暂时开放，5 GHz频段划分如图1所示，考虑5 470～5 725 MHz频段作为促进WLAN业务发展的新频段，所以需要重点分析该频段雷达与WLAN的共存干扰。
因此，为了研究该频段系统间的干扰共存，为该频段WLAN频率分配提供技术参考，采用确定性分析方法，计算系统间共存所需的隔离度。确定性计算是基于链路预算，通过数值计算，得出系统共存所需的隔离度。一般选取干扰最严重的链路，对最恶劣的情况进行分析:路径损耗最小;发射功率最大;收发天线增益最大。这种方法简单且易实现，但是与实际网络间存在一定的差异，适用于干扰估算和特殊情况下点对点的干扰计算。
2 干扰传播模型
确定性计算采用ITU-R P.452晴空模型[1]，此模型适用于工作频率范围在0.7～50 GHz之间的无线电台。微波干扰可能通过许多传播机制引起，哪种传播机制起主要作用，取决于气候、无线电频率、关心的时间百分比、距离和传播路径的剖面点地形，并且单个传播机制或多个传播机制在任何条件下都可能共存。
晴空模型主要干扰传播机制如下:
视距传播:正常大气条件下存在视距传播路径，是始终存在的干扰传播机制。而且不包括最短路径(路径长于约5 km左右)以外的所有路径上，由于大气分层引起的多径效应和聚焦效应，信号电平常常会在短时间内显著增强。
绕射:在超出视距范围以外和在正常条件下，检测到的信号电平通常以绕射效应为主。绕射预测的性能一定要很好地适用于光滑地球、离散障碍物和不规则地形的情况。
表面大气波导:在水面上和在平坦的沿海陆地区域，这是最重要的短时间干扰机理，它可能在很远距离(海面上长于500 km)上产生高信号电平。
高层的反射和折射:从高度达几百米的层上反射或折射的处理是很重要的。因为在有利的路径地形情况下，这些机理可能使信号很有效地克服地形的绕射损耗。而且这种影响在相当长的距离内(直到250～300 km)可能是显著的。
对流层散射:在较长路径上(长于100～150 km)的“背景”干扰电平。在这种情况下，绕射场很弱。通过对流层散射来的干扰电平太低，以至于不必要考虑。
3 干扰预测程序
3.1 输入参数
ITU-R P.452模型所需要的基本输入参数见表1。
表1中:1)下标t，表示干扰站;下标r，表示被干扰站。考虑雷达对WLAN干扰与WALN对雷达干扰两种情况。2)时间百分比p，选择年度预测或最差月份预测，通常是由干扰路径接收端的被干扰无线电系统的质量指标所决定的。因为一般干扰是一个双向的问题，可能需要对两组这样的质量指标进行评估，以决定最差条件下的方向，根据最坏方向求出所需要的可容许的最小基本传输损耗。在实际仿真计算中时间百分比用p表示，在若干年或若干月时间的p%内，不超过这个时间百分比所需要的最小路径损耗。所以，当p越小，没有干扰的时间越小，造成干扰的可能性越大。3)N0，ΔN是当地气象数据，如果没有当地值，可参考此模型提供的数据。
3.2 制作路径剖面点
根据干扰站(ψt，φt)和被干扰站(ψr，φr)的地理坐标，从数字地图得到路径上的地形高度(平均海拔高度)。剖面点之间的距离应尽量采用实际地形的特点，通常30～1 000 m之间的距离增量是适当的。剖面图包含起点的干扰站和终点的被干扰站位置上的地面高度，推荐使用等间距剖面点。地形平均海拔高度的路径剖面图如图2所示。
3.3 路径损耗
根据该模型计算出两站间的路径损耗。对所有路径进行计算，p%时间内不超过的最终基本传输损耗Lp(d B)为
最终基本传输损耗Lp分为三部分:Lbs为p<50%时对流层散射引入的基本传输损耗;Lbam为修正的基本传输损耗，纳入了绕射、视距、大气波导和高层反射增强的影响;Aht,Ahr为干扰站和被干扰站的散射损耗。
1)对流层散射引入的基本传输损耗为
式中:Lf为与频率有关的损耗;d为干扰路径长度;θ为路径角距;N0为路径中心海平面的表面折射率;Lc为中值耦合的范围;Ag为整个路径长度总的气体吸收;p为时间百分比。
2)纳入了绕射、视距、大气波导和高层反射增强影响的修正的基本传输损耗为
式中:Lbda为与视距和超视距反射增强有关的理论基本传输损耗;Lminb0p为与视距传播和海上部分路径绕射有关的假象最小传输损耗;Fj为考虑路径的角向距离得到的内插系数。
3)由地物影响造成的附加散射损耗计算为
式中:Ffc为频率修正因子;dk为标称地物所在位置与天线之间的距离(km);h为相对于地面的天线高度(m);ha为相对于地面的标称地物的高度(m)。
3.4 系统频率距离间隔方法
当距离和频率间隔都可变时，链路预算方法[2]为
式中:Lp为两站之间最小传播路径损耗(d B);Pt为干扰信号发射功率(d Bm);Gt为干扰机天线增益(d Bi);Gr为被干扰机天线增益(d Bi);I为被干扰机处干扰信号功率(d Bm);FDRIF为频率相关抑制[3]，用来衡量被干扰机的选择性曲线产生的对干扰机发射频谱的抑制程度，其计算方法为
式中:P(f)为干扰信号等效中频功率谱密度;H(f)为被干扰站的频率响应;Δf=ft-fr,ft为干扰站的发射频率，fr为被干扰站的调谐频率。
如果没有干扰机与被干扰机的频谱模板，可以用近似方法，即
式中:Bt总为干扰机的发射带宽(MHz);Bt进(Δf)为被干扰机落入干扰机的频带宽度(MHz)。
3.5 确定性计算保护准则
被干扰机处干扰信号功率[2]为
式中:I/N为被干扰机维持可接受的性能标准所需的干扰噪声比(d B)，一般情况下I/N=-6 d B;N为被干扰机固有噪声功率(d Bm)，且有
式中:BIF为被干扰站IF带宽(MHz);NF为被干扰站噪声系数(d B)。
最后通过式(5)计算出的路径损耗，找出式(1)计算出路径损耗所对应的距离，该距离则是两站不发生干扰所需的最小隔离距离。如果找不到最小隔离距离，则需要更远的隔离距离，重新计算以满足最低要求。
4 仿真结果
因为没有实际的气象雷达参数，根据文献[4]提供的气象雷达特性A和WLAN设置参数，如表2所示，模型输入参数如表3所示。
根据表3所列参数计算出随距离变化的路径损耗，如图3所示。
考虑两种干扰情况:气象雷达对WLAN干扰，WLAN对气象雷达干扰。在图3中找出最小路径损耗所对应的隔离距离，这个隔离距离就是系统间没有干扰的最小隔离距离。当雷达和WLAN中心频率间隔小于等于8.75 MHz时，属于同频情况;中心频率间隔在8.75～9.15 MHz之间时，属于邻频情况;中心频率间隔超过9.15 MHz时，WLAN频带与雷达频带无重叠。同频和邻频的最小隔离距离与路径损耗结果如表4所示。
在实际中，只要确保WLAN与雷达之间有最小的隔离距离与适当的频率间隔，按照隔离距离与频率间隔的建议部署WLAN，就能保证系统间不受干扰。
5 小结
计算出两站之间的路径损耗，仅对点对点的情况适用，而在实际情况下，干扰站与被干扰站关系复杂，就需要利用蒙特卡洛仿真，对点对多点的情况进行仿真。围绕气象雷达周围有大量WLAN台站，WLAN台站的距离、高度、功率等变化很大，路径损耗不容易确定。然而，利用该模型在整个范围内计算出视距情况的路径损耗，再计算出平均障碍物高度的路径损耗，在这个范围内随机取值，就可以模拟实际情况点对多点的路径损耗，进而为蒙特卡洛仿真提供模型参数。
ITU-R P.452-14模型是目前5 GHz频段干扰共存研究的重要模型，考虑了多种传播机制的影响，采用了时间百分比和路径剖面图等因素，为干扰共存分析提供路径损耗模型。适用频率范围广，也可以用来分析各类无线系统之间的干扰共存研究，比ITU-R P.1546建议书模型具有更宽的频率适用范围。
参考文献
[1]ITU-R P.452-14,Prediction procedure for the evaluation of interference between stations on the surface of the Earth at frequencies above about0.1 GHz[S].2009.
[2]ITU-R M.1461-1,Procedures for determining the potential for interference between radars operating in the radiodetermination service and systems in other services[S].2003.
[3]ITU-R SM.337-6,Frequency and distance separations[S].2008.
机载气象雷达成像仿真 篇7
随着科学技术越来越多地应用于军事领域,最新的高技术武器配发到部队使用后对部队产生了重大的影响,但是由于高新技术装备复杂性带来的训练成本也飞速增长,虚拟现实仿真技术的发展为解决这一矛盾提供了技术基础,直接利用飞行器进行演练以使飞行人员熟悉气象雷达模块功能,可能存在消耗成本过大、效率不高、安全系数低、易受自然条件干扰等实际问题,雷达被视为高技术战争下的“眼睛”,通过对气象雷达的成像和性能进行计算机仿真,提供实时逼真的训练视景,对飞行人员快速熟悉装备、熟练操作系统,提高真实环境下操作水平也具有重大的意义。雷达显示成像是飞行操作人员与雷达之间的最直接交互部分,在建立机载气象雷达成像显示模块时,雷达显示器的仿真成像效果直接影响到整个仿真系统的效果。
机载气象雷达是以多普勒效应为基础的,它不但能确定回波的位置和强度,而且可以测量出降水粒子相对于雷达发射波束的相对运动,通过回波确定探测目标云层的面积、厚度、空间位置、移动和发展变化,多普勒雷达发射回波探测云中的降水粒子,计算机通过分析回波能量大小并用规定的颜色将云层信息显示到屏幕上,实现对云层的测绘。本文采用分形布朗运动方法生成云层的轮廓,在计算机中模拟出云层的基本模型信息并通过OpenGL实现雷达屏幕成像,实现了不同气象条件下的机载雷达成像,基本可以实现飞行人员的训练要求。
1 仿真系统介绍
机载气象雷达仿真成像模块作为某型飞机飞行模拟器视景显示的一部分,可以近似地认为雷达坐标坐标系、飞行器坐标系和飞行人员三者之间在空间上是重合的,由于气象雷达显示是二维信息,选取一定的范围作为雷达扫描区域,通过计算机建立一些在2D屏幕坐标系下雷达探测目标的基本轮廓,根据大气参数拟合出单位区域内大气的含水量指标的模型,通过目标厚度的计算得到整个区域该时刻的RGB颜色空间模型,并相应地显示与雷达屏幕上,最后通过OpenGL将成像送至图像处理接口,实现了RGB颜色空间模型输出,最终将气象雷达的成像输出到雷达综合显示器上。
机载气象雷达属于雷达的一种,其基本功能是探测航向前方的云、雨、雷暴区和湍流等气象状况,然后将目标的相关参数(方位、距离等)显示在扇形扫描器屏幕上。本文只针对气象雷达对云层探测的屏幕成像仿真,首先对目标云层的进行判读,通过计算机模拟某一区域内的云层的面积、厚度、含水量等物理信息,包括低降雨区、一般降雨区、强降雨区、暴雨区和冰雹区等几种物理现象的云雨雷达影像,并根据测量某一区域内云层的厚度,通过厚度差分成相应得颜色等级,形成相应的气象雷达告警的雷达成像,系统仿真总体结构如下图1所示。
2 云团构造原理
自相似性似乎是大自然中集合构造的原理,很多情况下,“无生命”的世界也具有某种分形特征,单个云彩的边界线与它所处的整个云团看起来可能相似,然而,对于云彩不可能像生物体那样找出其层次化的结构,不存在明显的自相似性,不过从统计意义上说,当这些物体被放大时,看起来也是相同的。云彩作为自然现象,其二维轮廓线也具有分形的自相似特性,用分形的方法生成二维云层基本轮廓基础是合理的。
2.1 分形布朗运动
分形布朗运动具有如下统计特性:
分形布朗运动是定义在某概率空间的一个高斯过程X:[0,∞]→R使得分形布朗运动满足:
其中0<α<1。
2.2 分形法构造二维云团
首先可以手工画出一个或几个具有多个顶点的多边形作为云团的基本轮廓线,应用随机中点位移方法将多边形的每条边进行划分,将每条边的中点沿着与该边垂直的方向进行相应移位,其位移量的大小可以按照通常的中点位移法由高斯随机数发生器乘以一个尺度伸缩因子决定,每进行一次细分,多边形的边数就会增加了一倍,重复这一过程,但是在每一步中多边形细化后新产生的边所使用的随机数尺度伸缩因子应该减小。参数α在0和0.5之间,它决定了边线的粗糙程度,也即所得分形曲线的分形维数。
考虑按以上方法在513×513数量级的网格点分辨率下产生相应的云团轮廓,在图像中每一个像素都赋予一个高度值,通过判断这个像素的高度值来用不同的颜色表示,当像素高度值大于某个值的时候,赋予这些像素点橙红色,表示云层厚度比较大,像素高度值小于某个数值的时候,这些像素对应绿色,表示云层厚度比较小,而中间部分赋予用黄色来表示。可以通过改变分形中控制分形维数的参数α来对云团的轮廓线进行调节。
3 机载气象雷达成像仿真的实现
3.1 雷达显示余辉效果的实现
余辉显示作为雷达显示器的一种重要显示方式,可以使操作人员可得到额外的信息,获得对目标判读的依据,因此有必要在飞行训练模拟器中的机载气象雷达模块中加入余晖显示来提高逼真程度。在雷达屏幕成像扫描的过程中一些亮点不能立即消失而要保留一段时间称为余辉,像素亮点辉度值下降到原始像素亮点辉度值的10%所经过的时间称为余辉时间。某型飞机的飞行训练模拟器雷达显示器的扫描范围为120°,以机体为圆心扫描范围为半径将显示器平均分割成若干个面积大小相等的扇形,扇形数目越多每个扇形所占圆心角越小,当扇形数目足够多的时候即可认为雷达显示器被若干个等腰三角形所组成。
荧光亮度一次指数衰减曲线方程可用来表示,其中,I为余辉亮度,k为时间衰减常数,t为衰减时间。设计一个循环,根据循环的次数按一次指数衰减曲线方程公式来设置每个等腰三角形的填充颜色。假设余辉宽度涂层亮度的时间为a弧度余,辉涂层亮度的时间为tb,旋转时间间隔为△t,旋转的角度增量为△θ,那么根据一次衰减曲线方程,可以求出时间衰减常数k1、k2和雷达的扫描周期T分别为:
其中,n的小取决于划分的精度,α的取值则与余辉的大小成正比,而改变tb的取值则可以获得不同的余晖时间,△t、△θ的取值会影响扫描周期的大小。因此,应该针对具体情况对△t、△θ适度取值即实现的雷达显示器的余辉效果。本文采用OpenGL中的混合因子alpha来进行余晖的绘制,纹理融合是透明技术、数字合成和计算机绘图技术的核心,它是把两种以上的颜色分量按一定比例混合在一起,而这种比例的来源于alpha值,我们的方案中正是应用了alpha值来代替亮度,可以先把源混合因子设置为GL_ONE,把目标混合因子设置为GL_ZERO,并将第一幅图像绘制,然后,把源混合因子设置为GL_SRC_ALPHA,把目标混合因子设置为GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA并用0.5的alpha值显示第二幅图像,可以用alpha来代替亮度即,通过获得雷达显示器余晖最亮时候图片的RGB值可以得出此雷达余晖亮度的数学模型。通过假设模型飞行模拟器雷达余晖最亮是屏幕RGB值分别为多少,并将其转换成另一种HIS颜色模型:
然后利用这个计算出的alpha值去除以RGB单色最大值255就可以得到雷达扫描区域的透明度值,通过计算机合成就可以得到扫描后的目标余波效果。如图3所示。
3.2 机载气象雷达屏幕成像
真实的机载气象雷达探测气象目标是基于脉冲多普勒原理,先将不同的波段回波发送至云层探测云团中的降水粒子,雷达接收器接收降水粒子反射回来的回波信号,雷达探测大气中的云雨时,回波信息是由多个云雨粒子构成的,一般取一段时间平均回波,通过分析回波能量大小用相应颜色空间集合的形式显示到屏幕上,从而确定探测目标云层的面积、厚度、空间位置、移动和发展变化等信息。
通过对气象雷达探测云层过程的建模仿真,并根据探测回波的大小在计算机中将拟合出的云中厚度划分为三个强度区间,模拟探测到的云中降水粒子能量,建立基于RGB和HIS颜色空间模型,该型飞行器的气象雷达颜色分为三个级别,根据回波的强度分别用橙色、黄色和蓝色代表不同的云层的厚度。通过在VC++6.0下OpenGL编写程序,并经过模型转换、光照渲染、混合等生成具有真实感的飞行训练模拟器的雷达成像,如图4所示。
4 总结
本文提出了一种模拟机载气象雷达云层成像方法,使用该方法可以在虚拟现实环境下生成真实感较好的气象雷达屏幕成像,在一定程度上提高了飞行军事训练的效率。利用飞行训练模拟器计算机数据信息生成的云层图像,对真实环境进行可视化仿真研究,在探测航空气象以及预警方面具有十分重要的意义。通过调整参数可以实现生成各式各样的云层模型,基本满足了飞行训练模拟器对气象雷达成像仿真需求,为其提供了一个较为理想的试验场所。
RAT-800气象雷达的使用 篇8
COLLINS PRO LINE 21气象雷达系统RAT-800是全集成雷达系统, 它利用飞机的电子飞行仪表EFIS设备为左座飞行员和/或右座飞行员提供外部湿性降水情况的图形信息。该气象雷达在X波段频率下工作, 可探测飞机飞行航迹前方航向左右60度扇区内的湿性降水, 可选择的显示范围最大为300海里。该系统仅提供气象探测和地形图形功能, 不得用于近地警告、空中防撞及地形回避。
一、现在就地面和空中使用作具体的介绍
(一) 起飞前检测
为了避免对地面人员造成伤害, 或引燃易燃易爆物品, 在以下测试中, 必须将模式控制电门置于预位 (STBY) 或测试位 (TEST) 。
1、显示控制面板 (DCP) 上的雷达 (RADAR) 按钮- (STBY) 模式。
2、测试 (TEST) 模式-实施自测功能, 并在MFD上显示TEST字符。
雷达自测显示6条彩色弧形带。
3、模式选择-STBY
打开发射机时, 飞机必须在户外。确保飞机前方60英尺范围内的危险区域无任何人员, 易燃易爆物品以及大型建筑或大型金属结构。
(二) 在空中
1、起飞。起飞前, 将雷达天线上
调至+4~5度, 如果起飞方向有山的应再增加2~3度。只要最新的气象报告显示可能存在危险天气, 进跑道后打开雷达观察天气。根据离场航路天气, 想好离场方法可咨询前机的绕飞方法。起飞后需立即转弯的, 要充分考虑到侧方的天气, 因为受天线扫描范围的影响, 以及转弯中显示不清的影响。
2、爬升中。随高度的增加, 应该减小天线的角度。一般情况每上升幅10000FT, 应向下调1~2度。
3、巡航平飞。
在平飞过程中, 天线TILT调天线角度应放在0~-1度。为防止后面的雷雨被前面地挡住而不能及时发现以至于陷入被动局面, 左右座飞行员应使用不同地距离圈显示, 并且常改变天线角度和显示范围。如果显示大片的红色, 可以慢慢地减小增益, 并注意那部份保持地时间最长, 应以最远地距离避开。
4、下降。
下降前, 应该稍向下调整天线角度, 以判明下降轨迹上的天气情况。随高度的下降逐渐增加天线的角度, 随着天线角度的增加, 地面回波的形状、大小、颜色会渐渐地消失。而天气回波则不会消失, 而且变化也不大。可以利用GCS来抑制地面回波, 但仅供参考。着陆前应调整天线角度观察复飞航段的天气情况, 通常应将天线角度上调到5度以备复飞的时候使用, 如果复飞航段有山的还应适当地增加角度。
二、飞行中绕飞天气的一般原则和方法
(一) 在绕飞过程中, 应正确使用雷达, 并结合目视判断来确定危险天气。
选择绕飞路线时, 应充分考虑天气的发展和趋势, 并考虑飞机的实际性能, 保持飞机与天气的必要的安全距离。
(二) 在绕飞的过程中, 可参考其
他飞机报告的信息和绕飞方法, 充分掌握各种信息资料, 多与管制员沟通。需要申请或改变计划时, 应向管制员说明原因和意图, 执行指令有困难时, 应即使报告管制员。
(三) 绕飞的规定
1、只准在安全高度以上, 偏离航线不允许超过导航设施的有效半径范围。
云外绕飞时, 距离积雨云 (浓积云) 昼间不少于5公里, 夜间不少于10公里;两个云体之间不少于20公里时, 方可从中间通过。
2、只有根据气象雷达探测的资料
能够确切判明雷雨的位置, 方可在云中绕飞, 但距离积雨云 (浓积云) 不得少于20公里。
3、只准昼间从云下目视绕飞雷雨,
单航空器物与云底的垂直距离不得少于400米;飞行真实高度在平原, 丘陵地区不得低于300米, 山区不得低于600米;航空器距主降水区不得少于己于10公里。
4、绕飞雷雨原则上应该从上风方
向绕飞, 高度6000米不少于8公里, 高度7500米不少。于16公里, 高度9000米不少于32公里。
三、结语
气象雷达自动台站的防雷探讨 篇9
关键词：雷达,直击雷,换土,屏蔽,等电位
0 引言
作为粤西地区集天气雷达观测、中短波天线发射塔及气象观测自动站为一体的茂名市茂港区海洋气象观测台站的防雷设计与施工, 笔者有幸参与其中, 现就针对其特殊的地理环境与其多用途性做防雷方面的探讨。茂名市地处雷州半岛, 是雷电的重灾区, 年平均雷暴日为94.4天, 根据该台站的使用性质及年预计雷击次数大于0.06次/年, 该台站划为二类防雷建筑物。
1 雷达塔楼的直击雷防护
由于塔楼为框架结构, 可以充分利用建筑物的结构钢筋做防雷装置。用塔楼基础钢筋做自然接地体, 与人工辅助地网构成联合接地。用结构柱主钢筋从下到上通长焊接作为引下线, 柱筋分别与各层板筋、梁筋等结构钢筋焊接连通, 形成纵横交贯的“法拉第笼”式电气通路。在塔楼女儿墙上采用Ф12镀锌圆钢架设避雷带, 并与女儿墙内钢筋网可靠焊接, 在塔楼屋角处设置Ф16的铜芯避雷短针。避雷带与屋面所有金属物体 (包括避雷针、天线底座等) 保持可靠电气连通。为防侧击雷, 塔楼建筑结构圈梁与构造柱内钢筋可靠焊接作为均压环, 外墙金属门窗及屏蔽网要与主柱筋可靠连接。
1.1 雷达天线电缆、波导管及传输信号线路的防护
雷达天线电缆、波导管及传输信号线必须穿钢管引入雷达机房, 并连接到雷达机房接地母排, 这一接地母排经95mm2铜芯线敷设在弱电金属屏蔽槽内引下到一楼辅助机房的接地总母排处, 该金属屏蔽槽途经每层楼都与该层等电位连接带作电气连接。此接地总母排用-40×4镀锌扁钢穿Ф75PVC管引出与接地地网相连。
1.2 雷达机房的防护
雷达机房使用防静电地板, 在此地板下面用用3mm×25mm扁铜带设置环形闭合等电位连接带, 并与机房四角的接地预埋连接板作电气连接。机房内的设备外壳、机柜等所有裸露金属构件, 以及直流地、屏蔽地和SPD接地等地线, 均就近与机房等电位连接带作可靠电气连接。另外, 静电地板的金属支架在机房四角处分别与等电位连接带作电气连接, 在每条支架下面用0.5mm×50mm的紫铜带敷设纵横交错的网格。
2 中、短波天线塔、发射机房及自动站的雷电防护
因为这三个独立系统之间的距离都达不到分网的距离, 因此这三个系统共用一套防雷接地网。该地地表都以海沙为主, 经过我们的测量, 该土壤电阻率在1 000Ω·m以上。该地网上面设备都以弱电为主, 该接地电阻值需要达到4Ω以下。
2.1 接地网的设计及施工
因为该台站地处海边, 土壤电阻率高, 接地电阻为了达到4Ω以下, 我们采取多管齐下的方式:
1) 换土
在设计地网范围内, 在垂直接地体接触的地表50cm厚的海沙处用电阻率低的红色黏土替换。
2) 接地网用料的选材
水平接地体选用的是-40×4镀锌扁钢敷设, 垂直接地体L50×50×5×2000的镀锌角钢、立信的型号为PE—Ⅲ的1m的长效接地模块以及6m的304钢管。
3) 采用非等长垂直接地体
因为地表以海沙为主, 含水量差, 不利于作为接地体的接触面, 在施工过程中, 先把原先水平接地体接触面的海沙换成50cm的黏土, 角钢是隔5m一根垂直敷设, 6m钢管是10m一根垂直敷设, PE-Ⅲ的长效接地模块主要敷设在发射机房同天线塔周围。地网基本上形成5m×5m的网格, 采用了非等长接地体是更科学的接地方式, 采用不同的接地体相互配合, 由于接地体长度和埋设深度不同, 大大的加大了等势面积。
4) 发射机房的屏蔽与综合布线
在土建施工阶段, 在发射机房周身有铁丝网围一圈并用铁钉加固, 铁丝网上端与避雷带焊接连通, 下端与接地网焊接连通, 并与机房的铝合金门焊接连通, 使机房形成一个法拉第笼, 可以屏蔽机房外由于雷电产生的高强磁场。
5) 自动站的直击雷防护
自动站观测场内的所有金属支架、箱体、风杆、避雷针及金属围栏都与预留好的从地网引上的-40×4镀锌扁钢相焊接。
(1) 自动站的通信线路的防护
在自动站通信MODEN接口处安装一个信号避雷器, 防止感应雷对MODEN的损害。
(2) 自动站的遥测信号线的防护
自动站的遥测信号线需用金属线槽屏蔽, 金属线槽首端与观测场地网相连焊接, 末端与值班室处的工作地网相连焊接。
4 该台站的供电系统的雷电防护
供电系统分两路, 一路由380V市电外网全线埋地引入 (TN-S制式) , 另一路由柴油发电机组提供 (备用电源) , 市电断电时自动转换为柴油发电机供电。发电机房和低压配电室均在一楼。机房设备电源为独立供电, 从总配电室的UPS输出端引出一条电缆 (三相五线) , 穿钢管连接至机房配电箱, 再分供机房各种设备。
供电系统的电涌防护采用3+1形式 (三条相线和一条中性线) 的SPD进行三级防护, 其中:
1) 第一级 (SPD1) :在低压配电室总配电柜的主配电及备用电源线路上, 分别安装一组开关型三相电源避雷器 (50KA, 10/350us) ;
2) 第二级 (SPD2) :在低压配电室的UPS输出端和各楼层配电箱中, 分别安装一组限压型三相电源避雷器 (40KA, 8/20us) ;
注意:由于低压配电室UPS输出端的SPD2与SPD1之间的线距小于10米, 在它们之间的线路中要加装退耦装置。
3) 第三级 (SPD3) :在机房配电箱中安装一组限压型三相电源避雷器 (20kA, 8/20us) ;
值得注意的是, 为防止SPD击穿短路, 在SPD安装线路上要有过电流保护器件, 并选用有劣化显示功能的SPD。
参考文献
[1]建筑物防雷设计规范GB50057-94, 2000.
[2]新一代天气雷达站防雷技术规范QX2-2000.
[3]气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范QX3-2000.