氣象雷達產品在強對流天氣觀測預報中的應用

丁頁 李冀寧 劉洪林 宮正 王文武

摘要：近些年來，我國的航空工業越來越完善，航空需求也越來越高，不論是民用還是軍用的航空飛行都在逐年增加。但是在航班飛行中會遇到強對流天氣，這種天氣對航班的影響十分嚴重，所以，有必要在傳統基礎上增加關于強對流天氣的研究，以提升強對流天氣的預測探測精準度，減少不必要的經濟損失。

關鍵詞：雷達天線伺服控制系統 天線定位系統 觀測預報

在天線的使用中，雷達天線伺服控制系統對其具有重要的意義，能夠幫助天線跟蹤空中目標的方向，確保跟蹤過程中穩定、精準。或者可以說，通過控制系統在工作中的反饋來調整雷達的狀態，使雷達軸線保持與目標平行。下面將闡述CINRAD/SA-ASP-DP型雙線偏振天伺分系統的相關內容。這種設備在使用過程中一般為24小時制，其中天線工作時將進行空間360°的全方位扇掃并發出電磁波，然后根據遇到空中目標反射回來的電磁波來進行分析，得到數據結果。

一、系統介紹

CINRAD/SA-ASP-DP型雙線偏振天伺分系統使一種簡單實用的系統，通常建立于4個獨立的單元，分別是天線座組合2AI，三相電源變壓器98A10數字控制單元5A6以及功率放大單元5A7。這四個單元通過各自的信息處理以及相互間的信息傳遞來將收到的天線信號進行分析處理，從而將處理后的信息反饋回去，保證天線能夠定位目標并且及時追蹤目標。

（一）天線座組合2AI

天線座機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，這樣才可以有效驅動半徑達到4.27m的天線。一般情況下，如果設備的工作符合規范，天線方位軸工作的最高轉速可以達到36°/S，同時俯仰軸的最高轉速也和方位軸一直，同樣可以達到36°/S，但是和方位軸不同的是，俯仰軸的轉動角度最低為-12°，最高也只能達到90.2°。所以，由于角度的限制，方位軸和俯仰軸的轉動角度并不會一致，在方位軸正常轉動的情況下，俯仰軸必須要向上階躍一步。為了確保設備的安全，兩軸都安裝有保護裝置，防止由于轉速過大而導致故障甚至是事故。天線座的工作并不是外界信號直接控制的，而是由微型計算機控制，微型計算機通過數據鏈將信號發送到數字控制單元，再通過功率放大單元進行控制。

（二）數字控制單元5A6

在上文中已經敘述到數字控制單元的作用，是將微機的信號傳送給下一單元。天線座以及功率放大單元的工作狀態是重要的數據，通過系統傳送到數字控制單元，然后對這些數據進行分析。狀態信號是不可或缺的分析內容，通常對狀態信號的研究，可以判斷出設備的實時工作狀態是否在正常范圍以內，進行判斷其是否發生故障后者人為操作不當，以確保工作人員以及設備的安全。故障部位反饋到計算機，然后對這些部位的線路、元件進行更換，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是設備正常運轉的重要內容，數字控制單元對這些狀態信號數據的分析處理，才可以進行相關的操作。狀態信號中包含了許多設備運行的實時信息，比如速度和位置、過流和油位低等信息。如果檢測到故障信息，設備系統就會直接停止設備的工作，保障設備以及人員的安全。另外，狀態信號還會被傳送到RDA計算機，通常多種計算機的綜合分析處理，確保全面保障設備安全。

（三）系統功率要求

天線定位系統在使用過程中必須要采用三相四線制，并且穩態電壓應當為220/380Vd dc±10%、50Hz，這樣對于三個單元兩種ac電源才可以完美結合，并且對于多種dc電源同樣也可以使用。除此之外，對于功率放大單元、數字控制單元以及三相電源變壓器單元這三個單元，應當使用不同的電壓，分別為96Vac三相電、220Vac三相電以及380Vac三相電。

二、雷達產品在強對流天氣演變中的預報分析

在現代氣象研究中，數字化和自動化的占比趨勢已經越來越重，其中雷達天線伺服控制系統是重要的基礎，可以探測一些重要的數據，如臺風、雷暴等。不同于其他探測系統，雷達天線伺服控制系統具有很多的優點，在光線強或者弱的環境中，探測效果都不受影響，并且在大霧，多云、強降水等天氣中都可以正常工作，因此具有全天候、強穿透的工作特征。一般局域內大于或者暴雨都會影響觀測的反射率因子場，很容易產生有較大影響的強回波區。不同于暴雨這樣的強天氣，中小尺度的降水等天氣一般會帶來強回波帶，有時候也會有回撥團產生，回波頂也十分不規律。徑向速度場也具有較大的作用，可以對氣流的高低變化進行合理的分析。另外，強水區以及徑向速度場上的逆風區有較高的聯系，所以在實際觀測分析中一般都能夠利用逆風區的特征來測定強降水的落點。對于一些暴雨天氣，應當根據逆風區的特征進行合理分析，并且結合其他諸多參考因素來測定。

三、氣象雷達產品在對流天氣預報的重要性

強對流天氣對航班的正常運行會有較大的影響，劇烈的強對流天氣會對航班產生嚴重的安全威脅。天氣預報對于航班的飛行有重要的參考意義，所有的航班都需要準確的天氣預報作為依據，在航線中，如果沒有及時準確的應對強對流天氣，那么飛行事故就在所難免。因此，如果加入氣象雷達，天氣預報就更加準確可靠，航線中的天氣狀況就清晰明朗，航班的安全保障也就越高，減少了不必要的經濟損失。

氣象雷達產品可以利用降水回波頻率和發射頻率之間變化信息來推斷風場結構特征。當波源和觀測者作相對運動時，觀測者所收到的頻率和波源頻率不同，其頻率變化量和相對運動速度相關。氣象雷達產品通過對回波信號位相變化幅度分析和梳理，得到目標物徑向速度，判斷實際風場分布。

結語：雷達伺服控制系統最初用于船舶自動駕駛儀、火炮控制和指揮，后來逐漸擴展到許多領域，尤其是雷達天線伺服控制系統。并且可以對天氣實時監測，保證雷達系統運行可靠，并有自行標校功能，保證雷達的測量精度。雷達伺服控制系統產品不但可以實時給予各類天氣圖像信息，而且還可以提供對多類災害性天氣的自動識別以及追蹤產品，這些產品對于強對流天氣觀測預報發揮著極其關鍵的作用。