氣象雷達(dá)產(chǎn)品在強(qiáng)對(duì)流天氣觀測(cè)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

丁頁(yè) 李冀寧 劉洪林 宮正 王文武

丹東市氣象局

在天線的使用中，雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)對(duì)其具有重要的意義，能夠幫助天線跟蹤空中目標(biāo)的方向，確保跟蹤過(guò)程中穩(wěn)定、精準(zhǔn)。或者可以說(shuō)，通過(guò)控制系統(tǒng)在工作中的反饋來(lái)調(diào)整雷達(dá)的狀態(tài)，使雷達(dá)軸線保持與目標(biāo)平行。下面將闡述CINRAD/SA-ASPDP型雙線偏振天伺分系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容。這種設(shè)備在使用過(guò)程中一般為24小時(shí)制，其中天線工作時(shí)將進(jìn)行空間360°的全方位扇掃并發(fā)出電磁波，然后根據(jù)遇到空中目標(biāo)反射回來(lái)的電磁波來(lái)進(jìn)行分析，得到數(shù)據(jù)結(jié)果。

一、系統(tǒng)介紹

CINRAD/SA-ASP-DP型雙線偏振天伺分系統(tǒng)使一種簡(jiǎn)單實(shí)用的系統(tǒng)，通常建立于4個(gè)獨(dú)立的單元，分別是天線座組合2A1，三相電源變壓器98A10數(shù)字控制單元5A6以及功率放大單元5A7。這四個(gè)單元通過(guò)各自的信息處理以及相互間的信息傳遞來(lái)將收到的天線信號(hào)進(jìn)行分析處理，從而將處理后的信息反饋回去，保證天線能夠定位目標(biāo)并且及時(shí)追蹤目標(biāo)。

（一）天線座組合2A1

天線座機(jī)組合由于其工作位置的特殊性，俯仰軸必須要建立在方位軸上面，這樣才可以有效驅(qū)動(dòng)半徑達(dá)到4.27m的天線。一般情況下，如果設(shè)備的工作符合規(guī)范，天線方位軸工作的最高轉(zhuǎn)速可以達(dá)到36°/S，同時(shí)俯仰軸的最高轉(zhuǎn)速也和方位軸一直，同樣可以達(dá)到36°/S，但是和方位軸不同的是，俯仰軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度最低為-1.2°，最高也只能達(dá)到90.2°。所以，由于角度的限制，方位軸和俯仰軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度并不會(huì)一致，在方位軸正常轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，俯仰軸必須要向上階躍一步。為了確保設(shè)備的安全，兩軸都安裝有保護(hù)裝置，防止由于轉(zhuǎn)速過(guò)大而導(dǎo)致故障甚至是事故。天線座的工作并不是外界信號(hào)直接控制的，而是由微型計(jì)算機(jī)控制，微型計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將信號(hào)發(fā)送到數(shù)字控制單元，再通過(guò)功率放大單元進(jìn)行控制。

（二）數(shù)字控制單元5A6

在上文中已經(jīng)敘述到數(shù)字控制單元的作用，是將微機(jī)的信號(hào)傳送給下一單元。天線座以及功率放大單元的工作狀態(tài)是重要的數(shù)據(jù)，通過(guò)系統(tǒng)傳送到數(shù)字控制單元，然后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。狀態(tài)信號(hào)是不可或缺的分析內(nèi)容，通常對(duì)狀態(tài)信號(hào)的研究，可以判斷出設(shè)備的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)是否在正常范圍以內(nèi)，進(jìn)行判斷其是否發(fā)生故障后者人為操作不當(dāng)，以確保工作人員以及設(shè)備的安全。故障部位反饋到計(jì)算機(jī)，然后對(duì)這些部位的線路、元件進(jìn)行更換，或者要求工作人員完善操作。天線座以及功率放大器單元的工作狀態(tài)是設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要內(nèi)容，數(shù)字控制單元對(duì)這些狀態(tài)信號(hào)數(shù)據(jù)的分析處理，才可以進(jìn)行相關(guān)的操作。狀態(tài)信號(hào)中包含了許多設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)信息，比如速度和位置、過(guò)流和油位低等信息。如果檢測(cè)到故障信息，設(shè)備系統(tǒng)就會(huì)直接停止設(shè)備的工作，保障設(shè)備以及人員的安全。另外，狀態(tài)信號(hào)還會(huì)被傳送到RDA計(jì)算機(jī)，通常多種計(jì)算機(jī)的綜合分析處理，確保全面保障設(shè)備安全。

（三）系統(tǒng)功率要求

天線定位系統(tǒng)在使用過(guò)程中必須要采用三相四線制，并且穩(wěn)態(tài)電壓應(yīng)當(dāng)為220/380Vd d c±10%、50Hz，這樣對(duì)于三個(gè)單元兩種ac電源才可以完美結(jié)合，并且對(duì)于多種dc電源同樣也可以使用。除此之外，對(duì)于功率放大單元、數(shù)字控制單元以及三相電源變壓器單元這三個(gè)單元，應(yīng)當(dāng)使用不同的電壓，分別為96Vac三相電、220Vac三相電以及380Vac三相電。

二、雷達(dá)產(chǎn)品在強(qiáng)對(duì)流天氣演變中的預(yù)報(bào)分析

在現(xiàn)代氣象研究中，數(shù)字化和自動(dòng)化的占比趨勢(shì)已經(jīng)越來(lái)越重，其中雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)是重要的基礎(chǔ)，可以探測(cè)一些重要的數(shù)據(jù)，如臺(tái)風(fēng)、雷暴等。不同于其他探測(cè)系統(tǒng)，雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)具有很多的優(yōu)點(diǎn)，在光線強(qiáng)或者弱的環(huán)境中，探測(cè)效果都不受影響，并且在大霧，多云、強(qiáng)降水等天氣中都可以正常工作，因此具有全天候、強(qiáng)穿透的工作特征。一般局域內(nèi)大于或者暴雨都會(huì)影響觀測(cè)的反射率因子場(chǎng)，很容易產(chǎn)生有較大影響的強(qiáng)回波區(qū)。不同于暴雨這樣的強(qiáng)天氣，中小尺度的降水等天氣一般會(huì)帶來(lái)強(qiáng)回波帶，有時(shí)候也會(huì)有回?fù)軋F(tuán)產(chǎn)生，回波頂也十分不規(guī)律。徑向速度場(chǎng)也具有較大的作用，可以對(duì)氣流的高低變化進(jìn)行合理的分析。另外，強(qiáng)水區(qū)以及徑向速度場(chǎng)上的逆風(fēng)區(qū)有較高的聯(lián)系，所以在實(shí)際觀測(cè)分析中一般都能夠利用逆風(fēng)區(qū)的特征來(lái)測(cè)定強(qiáng)降水的落點(diǎn)。對(duì)于一些暴雨天氣，應(yīng)當(dāng)根據(jù)逆風(fēng)區(qū)的特征進(jìn)行合理分析，并且結(jié)合其他諸多參考因素來(lái)測(cè)定。

三、氣象雷達(dá)產(chǎn)品在對(duì)流天氣預(yù)報(bào)的重要性

強(qiáng)對(duì)流天氣對(duì)航班的正常運(yùn)行會(huì)有較大的影響，劇烈的強(qiáng)對(duì)流天氣會(huì)對(duì)航班產(chǎn)生嚴(yán)重的安全威脅。天氣預(yù)報(bào)對(duì)于航班的飛行有重要的參考意義，所有的航班都需要準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)作為依據(jù)，在航線中，如果沒(méi)有及時(shí)準(zhǔn)確的應(yīng)對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣，那么飛行事故就在所難免。因此，如果加入氣象雷達(dá)，天氣預(yù)報(bào)就更加準(zhǔn)確可靠，航線中的天氣狀況就清晰明朗，航班的安全保障也就越高，減少了不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

氣象雷達(dá)產(chǎn)品可以利用降水回波頻率和發(fā)射頻率之間變化信息來(lái)推斷風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)特征。當(dāng)波源和觀測(cè)者作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)者所收到的頻率和波源頻率不同，其頻率變化量和相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度相關(guān)。氣象雷達(dá)產(chǎn)品通過(guò)對(duì)回波信號(hào)位相變化幅度分析和梳理，得到目標(biāo)物徑向速度，判斷實(shí)際風(fēng)場(chǎng)分布。

結(jié)語(yǔ)：雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)最初用于船舶自動(dòng)駕駛儀、火炮控制 和指揮，后來(lái)逐漸擴(kuò)展到許多領(lǐng)域，尤其是雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)。并且可以對(duì)天氣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證雷達(dá)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，并有自行標(biāo)校功能，保證雷達(dá)的測(cè)量精度。雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)產(chǎn)品不但可以實(shí)時(shí)給予各類天氣圖像信息，而且還可以提供對(duì)多類災(zāi)害性天氣的自動(dòng)識(shí)別以及追蹤產(chǎn)品，這些產(chǎn)品對(duì)于強(qiáng)對(duì)流天氣觀測(cè)預(yù)報(bào)發(fā)揮著極其關(guān)鍵的作用。