CINRAD/CD型雷達軟件功能和數據傳輸分析

摘 要：結合內蒙古地區當前最新的CINRAD/CD型新一代天氣雷達系統運行情況，詳細介紹了該型天氣雷達在業務應用中所使用的雷達運行軟件，包括雷達數據采集軟件、控制軟件、傳輸軟件及產品生成軟件。同時，對雷達站網絡配置特點進行了介紹。此外，針對該型雷達，深入探討了從基礎數據產生到產品數據生成的傳輸機制，為相關人員提供參考。

關鍵詞：新一代天氣雷達；運行軟件；數據傳輸

中圖分類號：P412.25 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）05–0-03

我國正在積極推進氣象監測預警和防災減災工作，新一代天氣雷達系統成為中醫藥利器之一。隨著我國雷達技術的不斷創新，多個省份已完成了雷達技術的升級，內蒙古地區也在近年來完成了CINRAD/CD型號天氣雷達的更新和技術升級。目前，內蒙古全區擁有12部C波段新一代天氣雷達，其中四部是CINRAD/CD型號，這種型號的天氣雷達由成都錦江電子系統有限公司研制生產，并于2021年完成了全區范圍內的大修和技術升級。經過大修和技術升級后，雷達在自動化程度和硬件穩定性方面都有了顯著提高，同時應用軟件和硬件結構也經歷了重大變化[1-3]。隨著雷達設備自動化程度的提高，機務保障人員和業務值機人員對雷達業務的人工操作需求下降了，但是為了提高雷達的運行效率和應用效果，業務相關人員需要及時了解并掌握新型設備的使用技能[4-5]。因此，對于業務人員來說，掌握設備運行原理和數據傳輸流向非常重要。詳細分析和總結了CINRAD/CD型號天氣雷達運行機制和數據傳輸機制，包括運行軟件、基數據生成及產品數據處理，為同行提供學習和研究的方法和經驗。

1 雷達應用軟件

天氣雷達運行必備的應用軟件主要包括雷達設備運行控制軟件、監控軟件、數據處理軟件、數據產品上傳軟件等。

RDA（Radar Data Acquisition，雷達數據采集系統）是用戶使用雷達數據的采集單元，包含發射機、天線、接收機、信號處理器和雷達監控計算機。主要功能是產生和發射射頻脈沖，接收目標物對這些脈沖的散射能量，并通過數字化形成基本數據。

1.1 功能簡介

RDA主要由硬件設備和應用軟件2個部分組成，其中硬件由上述各個分系統、分機、計算機組成。CINRAD/CD型雷達的RDA單元包含多個應用程序軟件，主要有雷達數據采集/控制軟件（rda_svc）、測試定標軟件（rda_sot）和終端實時顯示軟件（rtshow）等。

1.2 雷達數據采集/控制軟件（rda_svc）

在RDA監控計算機上安裝rda_svc，該計算機位于雷達機房內。rda_svc接收實時程序的控制命令，主要負責RDA系統的實時控制和數據采集任務，并對雷達各個系統包括發射、接收、伺服、天線等系統的工作狀態進行監測，獲取RDA各個區域狀態和性能數據。它管理寬帶通信、計算標定參數、顯示/保存狀態信息和產生/發送報警信息等。rda_svc軟件是雷達系統運行的核心控制軟件，可對雷達電源、天線等各個分系統的工作狀態以及雷達工作模式進行控制，非系統調試人員和雷達站機務人員不可擅自操作該軟件。

1.3 測試定標軟件（rda_sot）

rda_sot是CD型號雷達廠家專門為雷達保障人員提供的用于雷達測試、定標的軟件。可以實現對雷達發射機功率、噪聲系數、動態范圍、反射率標定、相位噪聲、靈敏度、太陽法測試等各項性能指標的測試，以及調試或測試過程中實現對雷達的基本控制，包括電源、發射機等。省級巡檢人員和雷達機務人員在對雷達周維護、月維護、年巡檢、年維護以及雷達維修調試時應用該軟件。

1.4 狀態信息發報軟件（ftp2soc）

將ftp2soc安裝在RDA監控計算機中，實現將雷達性能數據、狀態信息實時向天氣雷達標準輸出控制器發送的功能，軟件啟動后將自動上報雷達狀態信息，無需人工干預。在進行雷達業務定標測試的過程中，通過在定標軟件界面手動點擊上報，可通過該軟件將定標信息上報至天氣雷達標準輸出控制器，用戶可通過天氣雷達標準輸出控制器監測雷達工作運行狀態和定標數據。

1.5 實時顯示軟件（rtshow）

rtshow是一款集雷達運行控制和數據顯示為一體的軟件，專為雷達業務值機員設計。用戶可在不同計算機上安裝該軟件，成為值機人員必備的應用軟件之一。

rtshow提供了終端管理和維護工作臺，為用戶和程序之間提供了直觀的人機交互界面。該軟件包括各級操作菜單和信息顯示區，可作為 rda_svc 的遠程操作程序，多用戶可同時連接到RDA，但只有授權用戶登錄后才能獲得雷達的控制權限，從而配置雷達工作模式，實時監測和顯示回波強度等信息，以及接收和存儲雷達基數據。

運行rtshow以后，用戶可選擇3種不同的登錄狀態。

（1）在未連接RDA狀態下，用戶無法控制雷達，也無法實時顯示當前雷達數據圖像，只能通過“顯示控制”進行現實畫面信息的配置。

（2）在已連接RDA但未登錄狀態下，用戶無法控制雷達，但可以實時查看當前雷達數據圖像包括反射率、速度、譜寬等信息。

（3）在用戶已登錄狀態下，用戶可遠程控制雷達，實現開機、關機、工作模式切換等功能，并同時實時顯示雷達數據圖像。如果雷達正在運行，用戶還能查看當前的反射率、速度、譜寬等圖像信息。

（4）運行實時顯示軟件后，首先要“連接RDA”，然后“用戶登錄”以獲得雷達的遙控權限。

（5）在“雷達控制”菜單欄中選擇“控制面板”，進入雷達控制界面，可以進行雷達系統的開關機操作。通過“雷達控制”下拉菜單選擇PPI、RHI、自動體掃來改變雷達工作模式。

（6）在“顯示控制”中，可以設置顯示界面是否顯示地圖、站點、顏色標注等內容。

（7）通過“文件”功能，隨時選擇是否存儲基數據或圖像，以便進行交流和分析。

（8）rtshow的關鍵設置包括對雷達天線和信號處理參數的調整，主要包括體掃參數、天線轉速、信號處理模式及濾波器等，非業務需要或特殊情況下，不可擅自修改這些設置。

1.6 狀態信息傳輸軟件（ftpstatus）

新一代天氣雷達系統是硬件與軟件有機結合的智能型探測系統，它不僅可以進行自動標校還可以將雷達狀態信息生成文件予以保存，ftpstatus是雷達廠家專門為配合實現新一代天氣雷達全網運行監控研發的雷達狀態信息傳輸軟件。

在雷達業務值機計算機中運行ftpstatus，啟動該軟件后，將在指定目錄監控雷達狀態信息保存文件，并以ftp傳輸的方式將雷達狀態信息文件上傳至指定服務器。現階段，雷達狀態文件由省局數據運行監控部門接收，并上傳至綜合氣象觀測業務信息化平臺，供用戶監測雷達運行狀態文件傳輸和雷達運行狀態。ftpstatus的另一個功能是在運行過程中同時將狀態文件備份在本地計算機上。

需對ftpstatus進行簡單的網絡設置，在運行軟件后彈出“設置”菜單界面，設定FTP服務器IP地址、端口號、用戶名、密碼以及上傳FTP目錄，在設置完成后，點擊確定即完成軟件的網絡設置。

1.7 雷達產品生成軟件（RPG）

RPG（Radar Products Generator）是中國氣象局布網的新一代天氣雷達系統中的核心軟件，由北京敏視達公司在新一代天氣雷達系統完成架設、安裝和調試后，根據當地雷達參數提供給用戶使用。RPG軟件的雷達產品生成功能由 RPG 計算機和運行于其中的 RPG 程序組成，該軟件是一個多功能單元，它由寬帶通信線路從RDA接收數字化的基本數據，并通過各類氣象算法將雷達生成的基數據（包括反射率、徑向速度和譜寬）加工處理成預報員需要的產品，然后將這些產品分發至用戶端查看和顯示軟件。預報員通過分析產品加深了對雷達回波圖像的理解和天氣系統的認識并在此基礎上進行天氣預報。

1.8 雷達產品管理和顯示軟件（PUP）

PUP（Principal User Processor）是用于中國氣象局新一代天氣雷達業務網中，新一代天氣雷達的雷達氣象產品顯示軟件。PUP不僅在本地為雷達控制用戶方便快捷地顯示雷達產品，而且通過其強大服務功能為其他用戶顯示最新最快的雷達產品，最大限度地發揮新一代天氣雷達系統的作用。該軟件的主要功能是接收RPG生成的雷達產品資料，主要包括產品請求、產品顯示、產品數據存儲和管理、產品編輯注釋及狀態監控等，它由PUP計算機和運行于其中的PUP程序組成，PUP軟件接收RPG計算機生成的雷達產品資料，并以圖像和文字形式顯示。

在PUP軟件運行的過程中，將實時顯示RPG生成的當前雷達產品，也可以通過軟件調用顯示歷史產品，雷達數據維護是指定期查看計算機磁盤容量，實時備份和轉移產品數據，避免過多產品資料占用業務計算機磁盤容量，影響軟件的運行。

2 雷達網絡連接的配置

新一代天氣雷達局站布局方式一般分為局站分離和局站一體兩種，不論哪種工作形式，其網絡連接形式大同小異，即在雷達站部署雷達運行終端，通過網絡專線連接至用戶單位的雷達業務運行平臺，從而可實現業務平臺對雷達站監測、遙控、數據傳輸和分發管理，網絡連接設置如圖1所示。

3 數據傳輸流程

3.1 雷達基數據的傳輸

CINRAD/CD型天氣雷達系統可以生成3種基數據

文件：VCP、PPI和RHI數據文件，VCP是目前內蒙古地區天氣雷達業務規定要求的一種雷達運行模式，在天氣雷達掃描探測的過程中，每6 min完成一次體掃，并連續生成VCP模式下的基數據文件。基數據產品顯示軟件則可以讀取該基數據并在計算機屏幕上顯示出當前雷達強度回波等圖像。PPI數據文件在生成過程中雖然伴有雷達回波圖像，但PPI數據文件是單一仰角掃描信息，不利于后續對天氣過程的分析總結，因此一般在雷達標定、測試過程中對比雷達工作狀態性能時使用PPI數據文件。至于RHI數據文件，是在VCP數據文件的基礎上生成的數據剖面，分析回波的垂直結構更靈活，日常較少使用。CD型天氣雷達生成和存儲的基數據流程如圖2所示。

3.2 雷達基數據輸入路徑的設置

雷達按照設定的體掃模式運行，每完成一個體掃，將生成一個完整的雷達基數據文件，該基數據應存放至指定的文件目錄下，供RPG軟件實時使用。

（1）RPG在指定的目錄下搜索最近采集的雷達基數據，該目錄為根目錄下的RAWDATA文件夾，如D：＼rawdata＼。在安裝時可以指定盤符，但不可更改目錄名“rawdata”。如果安裝完成后需要更改盤符，則可以打開RPG程序安裝目錄下的addedcfg.txt文件，按需要修改其中rawdata目錄前的盤符即可。例如，指定路徑為d：＼rawdata＼， 則要求雷達采集的實時基數據保存在d：＼rawdata＼目錄下。如果基數據保存的計算機和RPG計算機不是同一臺計算機，可以通過網絡映射的方式實現。

（2）RPG軟件在rawdata目錄下自動創建一個SAV-EDATA子目錄，當找到最新采集的基數據并處理后，會自動將這個數據轉移至SAVEDATA保存。

（3）在選擇處理非實時數據的命令時，RPG軟件會在SAVEDATA目錄中搜索并處理以前保存的數據。

3.3 雷達產品數據的傳輸

在雷達終端軟件完成基數據的生成后，將由產品生成軟件按照雷達產品算法對基數據進行分析和處理。目前，中國氣象局布網的新一代天氣雷達，其產品生成軟件是由北京敏視達公司研發的，并在新一代天氣雷達系統完成架設、安裝和調試后，根據當地雷達參數提供給用戶使用。該軟件通過各類氣象算法將雷達生成的基數據（包括反射率、徑向速度和譜寬）加工處理成預報員所需的產品，并將這些產品分發至用戶端查看和顯示軟件。由雷達生成基數據，并用于產品生成軟件進行處理的傳輸過程如圖3所示。

雷達系統按照規定的體掃模式不間斷運行，每個體掃完成后將生成一個完整的雷達基數據，該基數據為.05 V格式，也稱為原始基數據。原始基數據按照軟件配置要求被存儲至指定目錄rawdata下，產品生成軟件（RPG）實時訪問該目錄下生成的最新基數據，該基數據首先由RPG軟件進行格式轉換，然后將格式轉換后的基數據經過氣象算法進一步處理，生成產品供產品顯示軟件（PUP）顯示和使用。RPG將格式轉換后的基數據存儲至Archive2目錄下，同時將使用后的原始基數據備份至rawdata＼SAVEDATA下。

4 結束語

天氣雷達系統具有復雜的結構，各種不同型號的雷達擁有各自獨特的硬件和軟件配置，以及更豐富的告警信息內容和數量。通過深入分析CD型天氣雷達的業務軟件，新手可更快熟悉和掌握雷達業務的運行機制，同時有助于機務人員在發現雷達故障時，可以根據軟件特點對故障快速地排查和修復。研究對雷達基數據的生成、傳輸以及產品數據的獲取和處理流程，可以更全面地了解雷達系統從數據源頭到產品應用的全過程，為科研人員提供更便捷的雷達數據處理和分析手段。

參考文獻

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作者簡介：王志偉（1990—），男，內蒙古寧城人，工程師，主要從事氣象雷達技術保障和數據研究。