兩例天氣雷達異常回波案例分析

黃宣鈞 師傳宏

摘? ?要：機場天氣雷達是民航氣象三大重要技術裝備之一，是監測和預警強對流天氣的主要工具，通過分析雷達回波，獲得大氣中的云、降水等氣象目標的方位、強度、高度和形狀等信息，對航空氣象服務和空中交通管理起到重要作用。通過分析一例放射性回波，應用故障排除法，得出該現象為外部同頻無線電干擾導致。通過分析一例局部環形回波，得出該回波為強反射體造成的虛假回波。

關鍵詞：714C型天氣雷達? 回波異常? 同頻干擾? 旁瓣回波

中圖分類號：P412.25? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）04（c）-0019-02

1? 機場714C型天氣雷達原理及結構

1.1 714C型天氣雷達簡介

天氣雷達是監測和預警強對流天氣的主要工具，其工作原理是通過發射一系列脈沖電磁波，利用云霧、雨、雪等降水粒子對電磁波的散射和吸收，為探測降水的空間分布和鉛直結構，并以此為警戒跟蹤降水系統。南寧機場裝備了一部714C型天氣雷達，是固定式C波段氣象專用雷達，主要用于探測400km范圍內的暴雨、冰雹、大面積降水等;同時能警戒災害性天氣，714C天氣雷達特別適合航空氣象系統。

1.2 發射機原理及結構簡介

發射機是雷達整機的重要組成部分，它產生高頻大功率脈沖，經饋線和天線向空間發射。發射機主要由磁控管振蕩器、軟性調制器、高壓電源、調壓裝置、控制保護系統及冷卻系統組成。

1.3 接收機原理及結構簡介

天線接收到的微波脈沖信號經四端環流器及饋線接收支路到達接收機，由微波場效應放大器放大后經預選器送入信號混頻器，在混頻器中與來自本振的高頻信號進行混頻得到30MHz中頻信號。該中頻信號經前置中頻放大器放大后，分兩路輸出，一路經過對數中頻放大器放大后輸送到信號處理系統，進行視頻積分處理;另一路經線形中頻放大器放大后送信號處理分機。

2? 放射狀雷達回波現象及原因分析

某年一段時期天氣雷達出現較強的放射狀回波，通過觀察雷達回波圖發現在90°～120°之間尤為嚴重，無法識別降水云團，嚴重影響航空氣象服務。雷達回波圖出現中心射線狀回波，如圖1所示。

2.1 分析及處置

（1）雷達出現射線狀回波分布具有一定的規律性，基本處于90°～120°之間。正常情況下天線轉動時，如果設備自身出現故障，射線狀回波應該不會集中出現在某一個位置，應該是隨機的，沒有規律可循。

（2）做故障測試，斷開從波導進入雷達接收機的信號、斷開進入信號處理器的信號，雷達回波圖中都沒有任何的射線狀回波，可以進一步基本排除是設備自身故障的原因。

（3）將雷達天線的仰角進行調整，隨著雷達仰角的增加射線回波強度有明顯減弱趨勢。

（4）通過查看某年4月19日07：58～08：02采集的雷達回波圖，可以很明顯的看出有螺旋狀轉線條，說明極可能本場天氣雷達站附近有類似同頻干擾現象。

（5）咨詢駐場部隊氣象臺，部隊預報員告知他們的天氣雷達也會有放射狀回波。

2.2 無線電頻率的干擾檢測

懷疑天氣雷達放射狀回波可能是無線電干擾后，報南寧市無委，咨詢本地無委是否有其他設備使用天氣雷達頻率范圍的設備，無委答復南寧機場附近沒有登記有該頻段的設備。某日，天氣雷達放射狀回波再次出現，南寧市無委到現場進行無線電干擾檢測，使用的儀器為高頻頻譜儀、手持式天線、放大器。經過無委測量，我天氣雷達使用的頻率符合報備頻率范圍，而在頻譜儀上處出現了一個和雷達中心頻率差2MHz的無線電信號，應該是此信號導致放射狀回波，后經無委反饋干擾源位于南寧機場附近某處。

2.3 放射狀回波的分析結論

以往出現放射狀回波，認真檢查了雷達系統，推斷是外部無線電干擾導致，因沒有高頻段的無線電偵測設備，無法證實是外部無線電干擾。此次地方無線電管理人員找到了無線電干擾源，證實了本機場714C型天氣雷達出現的放射狀回波是由無線電同頻干擾導致的。

3? 環狀回波現象及原因分析

某時期內，天氣雷達在雷達開機探測時，發現在方位20～60°，距離本場雷達站32km處出現環狀回波，且該回波僅出現在圖2所示的方位上，其余方位均沒有出現，如圖2所示。

3.1 回波異常分析及處置

雷達在高壓開啟狀態下，才會出現環狀回波;雷達高壓關閉狀態下，沒有出現上圖環狀回波。如果有外部無線電干擾情況，高壓關閉時，轉動天線理論上該方位應該出現相應的回波，而目前高壓關閉時轉動天線沒有出現此問題，由此判斷可能不是來自外部無線電干擾。

雷達設備整機檢查：（1）檢查設備各項技術參數均正常。（2）檢查雷達發射機、接收機、信號處理器均正常。（3）檢查雷達天線罩及饋線系統均沒有發現異常情況。

雷達回波分析：（1）通過雷達軟件在俯仰為0度采集的雷達回波圖中發現，此環狀回波圖最強點有85dBm，超過雷達色標設定的75dBm最大值，對比雷達附近地物產生反射回波差不多都在60～70dBm，由此說明環狀回波最強點處有非常強的反射。通過雷達軟件定標功能大致確定了最強點的經度、緯度分別為22.82°、108.38°。查閱地圖上經緯度網絡定位在南寧鳳嶺兒童公園附近，判斷可能為強反射體地物。

（2）經過測試，對環狀回波方位做高度掃描，隨著天線仰角增加，此環狀回波有減弱的趨勢，但直到天線仰角調整到30°此環狀回波仍然有部分存在，現實中不可能有這么高的地物。

3.2 環狀回波分析結論

從以上的分析來看，環狀回波很可能是強反射體的地物回波引起的，通過地圖比對，強回波處有一個摩天輪，和幾棟摩天大樓，摩天輪是金屬結構，是良好的電磁波反射體。因714C型天氣雷達是舊型號雷達，旁瓣抑制能力不強，雷達天線掃描過強反射體后，強反射體仍然被雷達探測電磁波的旁瓣掃描到，將電磁波又反射回雷達，雷達將旁瓣反射也認為是正常的回波，導致了環形回波。

3.3 結論的論證

可以通過比對其他天氣雷達站的回波圖是否在該處存在環狀回波論證分析是否正確。和駐場部隊聯系，使用他們的天氣雷達進行掃描，在同樣位置也存在環形回波，對該位置做高度掃描，回波圖和本雷達高度掃描圖非常相似。

咨詢南寧市氣象局的天氣雷達站，告知在南寧兒童公園附近確實有較強的地物影響。

通過以上兩點證實，714C型天氣雷達回波圖東北方位的環形回波，是強地物反射體引起的虛假旁瓣回波。

4? 結語

隨著近年來民航事業的高速發展，航班量的迅速增加，機場天氣雷達對于航空服務的作用越來越大。在使用中，碰到了一些異常的回波，這些回波有時會嚴重影響天氣雷達的正常使用。文中遇到了兩期典型的異常回波，放射狀回波是同頻無線電干擾導致，局部環狀回波是外部強反射體導致。我們從雷達原理出發，由整體到局部，從設備內部到外部環境，深入分析，適當應用排除法，就能找到回波異常的原因，更好地應對及處理。

參考文獻

[1] 唐承乾.天氣雷達電磁干擾分析及排除方法[J].陜西氣象，2018（5）：51-52.

[2] 謝東.714CD型天氣雷達回波關聯故障淺析[J].科技風，2018（28）：193.

[3] 杜言霞，陳斯智，陳州川，等.天氣雷達遠距離單頻點電磁徑向干擾回波的特征分析及識別[J].氣象研究與應用，2017，38（4）：65-68，117.