X波段双偏振雷达不同衰减订正方法对比分析

利用旬邑X波段双偏振雷达数据,采用Z_(h)-K_(DP)综合法、Z_(h)-K_(DP)综合分类法、ZPHI降水廓线法和初始相位法进行衰减订正对比分析,并将订正后数据与西安C波段天气雷达数据进行对比检验。结果表明,4种订正方法均能对反射率因子进行有效订正,订正后强回波中心与K DP强中心基本吻合,可基本还原降水分布特征;采用ZPHI降水廓线法订正后出现条纹状误差回波,订正效果较差;不同订正方法均可使X波段雷达反射率因子与C波段雷达反射率因子间的相关性提高;采用Z_(h)-K_(DP)综合法、Z_(h)-K_(DP)综合分类法和初始相位法订正后,强回波中心位置与C波段雷达较接近,订正后的反射率因子平均值与C波段雷达反射率因子值接近,绝对偏差和相对偏差减小;Z_(h)-K_(DP)综合分类法和初始相位法订正效果相对不稳定,Z_(h)-K_(DP)综合法订正效果较好且稳定。

X波段GaAs MMIC低噪声放大器设计研究

文章针对雷达和卫星通信等微波系统需求,设计一种X波段GaAs单片微波集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit,MMIC)低噪声放大器。该电路为两级放大器级联结构,采用自偏置电路结构,实现单电源3.5 V供电。通过电感峰化和宽带匹配等技术实现X波段的工作频率全覆盖,并实现较低的噪声系数。测试结果表明,在8~12 GHz频率范围内,低噪声放大器功率增益大于23 dB,噪声系数小于1.7 dB,输出1 dB压缩点功率大于13 dBm。

基于X波段SAR雷达成像算法研究

成像算法对于SAR成像雷达的最终结果有着决定性作用,论文基于X波段的SAR成像雷达基础上,对成像算法的理论进行研究,讨论了成像算法的SAR空间分辨率和多普勒频移,重点分析了成像算法中距离向处理问题、距离徙动处理问题以及方位向处理问题。利用X波段SAR雷达进行了5m具体实物成像结果测试。结果表明:SAR雷达的距离向分辨率和方位向分辨率对雷达成像精度的影响很大;SAR雷达在正侧视的成像精度明显较好,在15°角斜侧视的成像结果不如正侧效果。这是由成像算法的局限性引起的。

基于雨滴谱仪和S波段雷达的X波段相控阵雷达反射率观测质量定量分析

使用深圳市求雨坛X波段相控阵雷达数据,与深圳市竹子林雨滴谱仪数据和深圳市求雨坛S波段雷达数据进行了定量对比,分析X波段相控阵雷达反射率的观测质量。结果表明,整体而言X波段相控阵雷达反射率与雨滴谱仪计算得到的反射率及S波段雷达反射率均较为一致,相关系数均超过0.75,相对平均误差接近于0,不存在明显偏差,且在不同强度降水时段表现较为稳定。但X波段雷达反射率在不同强度下偏差情况不一致,小于25 dBz时,X波段相控阵雷达反射率偏强,大于25 dBz时,X波段相控阵雷达反射率偏弱,且偏弱程度随反射率强度增加逐渐加大,在反射率超过50 dBz时,平均偏弱强度可达8~10 dB。

X波段高功率高效率延时组件设计

为了实现相控阵雷达的宽带宽角扫描,用延时器处理取代常规相控阵雷达中的移相器是一种有效的技术措施。文中研制了一种X波段高功率高效率延时组件,利用幅度/相位自补偿电路改善寄生调幅和寄生调相,通过增益链路分配和C类线性功放模式,实现了组件高效率和高增益,同时利用电磁仿真与热传输路径分析验证了可靠性,对相控阵雷达收发组件的设计和制造具有参考价值。根据实测结果,所有组件发射输出功率高于5 W,效率高于46.3%,延时相位精度优于±10°,延时寄生调幅低于±1.3 dB,组件接收增益为23.3±0.6 dB。

西藏墨脱复杂地形X波段相控阵偏振天气雷达降水观测和反演方法研究

墨脱的降水变化与印度洋、孟加拉湾的水汽向内陆的输送、夏季风及我国东部雨带的推进过程联系紧密。它的独特地形与西南气流的相互作用在当地形成了年均降水超过2000 mm的降水带。但墨脱的复杂地形与有限的电力交通条件造成了降水观测的困难。2019年,第二次青藏高原综合科学考察研究任务专题项目在墨脱设置了一部X波段双偏振相控阵雷达,实现了对墨脱云降水的连续观测,对当地生态环境和云水资源研究以及高原东南水汽通道特征研究等具有重要的意义。文中使用墨脱X波段双偏振相控阵雷达2020年6-8月的观测数据,使用统计手段筛选降水回波片段,整合后构造得到符合墨脱复杂地形的混合仰角;利用2019年墨脱雨滴谱数据计算雷达参量、拟合得到适合墨脱地区降水特点的X波段天气雷达定量降水估测(QPE)公式。在此基础上选取2020年7-8月三次累积降水量、平均雨强、持续时间各不相同的降水过程,使用线性规划方案计算ΦDP(差分传播相移)、最小二乘拟合计算KDP(差分传播相移率)、“ZPHI”降水廓线算法订正ZH(反射率因子);以ZH和KDP为阈值,使用R(ZH)与R(KDP)分段估测降水,与单独使用R(ZH)和R(KDP)的估测结果进行对比;并基于降水估测结果和雷达参量的水平分布探讨降水分布与地形的关系。本文经过质量控制的ZH、 KDP数据质量有明显改善;使用统计方法构造的混合仰角有效回波面积大于使用SRTM1 v3.0地形数据构造的混合仰角,三次降水的典型时刻参量与过程累积降水量和平均ZH、 ZDR能初步反映降水变化与地形的关系;本文的降水估测公式和分段估测降水方法整体结果表现良好,各评估参数均具有较好的表现;结果表明:(1)墨脱雷达周边地形变化剧烈,根据现有地形数据构造的混合仰角在降水估测中表现不如本文统计筛选雷达观测数据得到的混合仰角数据;(2)本文采用的数据质控方法、定量降水估测公式与分段估测方法(PEM)在降水反演中表现良好,与单一的R(ZH)、 R(KDP)方法相比,得到的结果在CC和RMSE无明显变化的情况下,估测误差明显减小;(3)墨脱降水的发生发展或与西南气流被河谷偏北方山坡抬升有关,较大雨强、较小粒子直径的云位于地势平缓的谷底。

一种X波段150W紧凑型功率放大器MMIC

基于0.35μm GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺平台设计了一款功率放大器单片微波集成电路(MMIC),采用双场板将HEMT的击穿电压提升至200 V;借助热电联合设计,优化HEMT的栅栅间距和末级HEMT布局,器件热阻降至0.55℃/W;输出匹配融合了功率分配/合成、阻抗变换和谐波调谐等功能,并通过多电容串联提高了击穿电压,增强了电路的鲁棒性;优化了版图布局,末级HEMT采用两两共地,并利用片上电感以缩短栅极偏置线,减小了芯片面积。最终,实现了饱和输出功率大于150 W、功率附加效率大于40%、功率增益大于22 dB的X波段功率放大器MMIC,其尺寸为3.8 mm×5.3 mm。该功率放大器MMIC可广泛应用于通信领域。

X波段单面场微带隔离器设计

针对提升微带器件隔离度的需求,根据微带环行器的设计理论,设计了一种工作在X波段的高隔离度、高温度稳定性的单面场微带隔离器。通过对微带器件工作模式分析,提出开缝六边形结匹配矩形开路负载的电路结构。测试结果表明,采用开缝六边形结匹配矩形开路负载电路结构设计的X波段单面场微带隔离器,在11~11.4 GHz工作频率内、-55~+85℃温度下,插入损耗小于0.3 dB,电压驻波比小于1.3,隔离度大于23 dB,达到设计要求。

S波段与X波段天气雷达探测参量差异及组网融合处理研究

随着X波段双偏振雷达探测网的增多,与S波段双偏振雷达开展组网观测愈发具有必要性。利用北京地区2021年7月27日的一次强对流天气过程的观测资料,对X波段双偏振雷达组网观测值和S波段双偏振雷达观测值进行一致性定量分析,结果表明:两者观测的反射率因子(Z)一致性好,差分反射率(Z_(DR))差异集中在0 dB值附近,Z≥30 dBz时,差分相移率(K_(DP))差异显著。根据观测值差异特征,比较了探测参量直接融合和距离指数权重融合两种数据融合方式,通过分析偏振参量垂直剖面图发现,融合后可以相互弥补探测盲区,K_(DP)通过距离指数权重融合的方式过渡更加自然。本文融合效果可供不同波段雷达融合组网提供参考。

深圳X波段双偏振相控阵雷达降水估测算法效果评估

为验证X波段双偏振相控阵雷达的降水估测能力,利用2020年深圳市X波段双偏振相控阵雷达探测资料和广州市S波段双偏振雷达探测资料,建立基于双偏振雷达参量强弱(即ZH、ZDR和KDP)的本地化混合降水反演方法,对不同降水使用最优的雷达参量进行定量降水估测,统计广东龙门县2016年雨滴谱观测资料,得到降水估测公式中的系数,分析不同时间、空间和降水强度下降水个例,利用本地化降水反演方法产生的定量降水估计结果与雨量计观测资料对比。结果表明,高时空分辨率的X波段相控阵雷达可以提高降水估测精度。X波段相控阵雷达在高时间分辨率下,其估测降水强度变化趋势和自动站观测的降水强度变化趋势一致,并且对降水强度小于40 mm/h的降水估测较为准确。在最大观测范围内,X波段相控阵雷达能观测到低层的气象信息,其降水估测的评估结果优于S波段雷达。X波段相控阵雷达对暴雨以下的降水估测更加准确,对暴雨以上的降水估测结果误差较大,可信度不高。

X波段双偏振雷达回波实时反演研究

为了确保YLD1-D型X波段双偏振多普勒天气雷达各类型回波能够实时生成并叠加到“威宁县气象综合业务管理系统”的GIS地理信息系统上,有效订正雷达数据。通过数据处理主机与服务器搭建于同一局域网,实现了数据采集与上传等功能,对雷达基数据进行加工处理,形成可叠加的回波图嵌入系统内。经过多次测试表明,系统能实现实时采集雷达数据并更新回波图,为本地气象服务带来极大便利。

X波段天气雷达电磁干扰回波的质控方法

为了订正X波段天气雷达干扰回波,文章收集并选出X波段天气雷达的异常数据,分析发现电磁干扰回波主要以点状的螺旋带、条幅状麻点和直线两种形式出现。传统电磁干扰滤波采用的单窗口阈值法,在消除干扰回波的同时会因误判而滤除真实气象回波边缘。文章采用构造特征参量并判断各方位径向阈值后赋予标记值,对不同标记值径向实行相应质控方法,最后运用多方位矩形窗口判断孤立点回波,从多角度检查单距离库和周围回波的相对关系,有效减少对气象回波边缘的误判。批量处理非气象回波数据后发现,增加了特征参量的识别算法对径向干扰回波的识别效果较好。

X波段雷达在杭州亚运会弱降水天气监测中的应用

为满足杭州第19届亚运会和亚残运会的赛事气象保障需求,杭州地区建设了9部X波段雷达,与原有的S波段雷达共同构建了多波段天气雷达协同观测系统。选取钱塘KAX01雷达,针对亚运主场馆开展了定向连续距离高度显示(RHI)扫描的协同观测策略,对亚运会期间的3次弱降水过程开展了分析。结果表明:(1)X波段雷达对弱回波的观测更完整精细,利用定向连续RHI扫描的协同观测方式,能有效追踪小于20dBZ弱回波强度等的细微变化;同时,通过雷达径向风场所提供的垂直动力场信息,可揭示弱回波强度变化的原因。(2)X波段雷达RHI观测可获取上下游回波的垂直结构精细化特征,补充垂直空间上(尤其是低层)的有效观测信息。观测表明当大于15dBZ的弱回波未接地时,若回波底部高度在1km以上无降水,则在500m高度左右会出现小范围弱降水。(3)X波段雷达的定向连续扫描观测具有高时效性,在闭幕式彩排期间较自动站提前约20min研判降雨的起始。另外通过观测低层雷达径向风场中偏东风的风速辐合特征,能够揭示偏东风在弱降水过程中起到水汽输送和动力抬升的关键作用。

SXFEL与SHINE高功率X波段干负载研制

上海软X射线自由电子激光装置(Shanghai soft X-ray Free Electron Laser,SXFEL)与上海硬X射线自由电子激光装置(Shanghai High repetition rate XFEL and Extreme light facility,SHINE)需要使用许多大功率微波元件,例如行波加速管、偏转腔、脉冲压缩器等。为了满足这些元件的高功率测试与运行的需求,研发了两台高功率不锈钢吸收负载,在X波段两台负载的工作频率分别为11.424 GHz和11.988 GHz。通过模拟仿真的方法,设计了负载的初步模型,并优化了其微波参数。模拟结果显示两台负载在中心频率附近-20 dB以下的带宽达到百兆赫兹以上。通过理论计算的方法计算了水路中的对流换热系数,并基于此对负载的机械模型进行了热分析,计算了其工作状态下的温度分布。两台负载模型均具有周期性凹槽的类波导结构,在完成负载的加工制造后,使用矢量网络分析仪对两种负载在装夹状态和焊接完成后的射频参数进行了测量。实验测试的结果与模拟计算的结果吻合较好,达到了设计要求。

2021年保定清苑EF2级龙卷S和X波段雷达特征

利用石家庄S波段天气雷达(SPOL)、雄安X波段相控阵雷达(XPAR)、地面自动气象站等多源观测资料,分析2021年7月21日河北省保定市清苑区东吕村EF2级龙卷雷达特征。清苑区龙卷发生于低涡降水云系中,风暴后向传播造成的多单体合并形成超级单体,钩状回波顶部分裂的强反射率因子核心自东南向西北移动,并与龙卷位置对应关系较好。SPOL和XPAR平均径向速度图上均连续多个时次识别出中气旋,中气旋尺度为1.4~4.2 km,旋转速度为10~20 m·s^(-1),为弱中气旋,属于微型超级单体龙卷,持续时间较短(30~35 min)。在龙卷发展演变过程中,低仰角探测到紧邻的旋转速度对时,中气旋向下延伸1.2~1.4 km,直径迅速收缩0.8~1 km,预示龙卷的发生。龙卷风暴在低层旋转速度和涡度最大,有利于龙卷发展增强。SPOL和XPAR在龙卷位置、径向速度及风暴直径的探测结果较为一致,XPAR回波顶比SPOL高约6 km,且XPAR回波顶的峰值时段与风暴出现冲云顶特征的时段一致。15:36—15:42(北京时)龙卷涡旋特征(TVS)最为强盛,垂直伸展厚度达2~4 km。

“X波段”雷达在灾害性天气预报及服务中的应用效果评估及建议

本研究聚焦于“X波段”雷达技术在灾害性天气预报与服务中的应用,评估其效果并提出优化建议。首先分析了X波段雷达对灾害天气识别和追踪的关键能力,其次采用对比分析,研究数据处理及算法优化,以期提高预报的时效性与准确度。进一步,本文借助实际灾害事件,对X波段雷达在灾害预报服务中的应用成效进行综合评估,揭示准确率与有效性。最终,结合X波段雷达面临的技术挑战和现实问题,本文提出了一系列解决策略,以便提升雷达在灾害性天气预报中的应用水平。本文的研究结果对于指导今后的X波段雷达优化和提高灾害预报服务质量具有重要意义。

一次强对流天气的X波段相控阵雷达回波分析

利用东莞市X波段双偏振相控阵雷达资料,对2021年7月28日东莞一次局地冰雹和短时强降水天气的雷达回波特征进行分析。结果表明:台风“烟花”登陆北上形成宽广的台风低槽、低层的北风和西风辐合是该次强对流天气发生的背景条件;前期台风外围下沉气流造成的能量条件积累、中层的冷平流和珠江口低层西南风的加强为风暴的发展和维持提供了有利的环境条件。该次过程东莞东南部的对流风暴在原地生消,造成了塘厦镇125.5mm的局地短时强降水。低层KDP印对短时强降水有指示意义,而ZDR可以影响强降水阶段的雨强。东莞北部的对流风暴产生局地冰雹和8级短时大风,与东南部产生强降水的风暴不同,产生冰雹的风暴在降雹前具有强的ZDR柱,PPI上可观测到三体散射。风暴趋势产品VIL的两次明显下降对单体质心下沉产生辐散大风和冰雹的降落有较好的指示作用,相态识别产品也可作为判断冰雹是否落地的辅助工具。

X波段10 kW固态发射机的设计与实现

基于GaN材料的诸多优点,提出一种国产GaN功率器件的X波段10 kW固态发射机的设计与实现方法。首先完成固态发射机的设计,包括射频放大链路、电源、控制保护、冷却和环控等;然后采用失配合成方法实现发射机的输出功率可调。该方法易于工程实现,可靠性高,对类似设备的设计有一定的参考意义。

X波段气象雷达站雷电气候特征分析及防雷技术应用

雷电是大气中一种自然现象,它是在强烈对流活动的条件下,云层内部积聚电荷,导致产生强烈的电荷分离,从而在云与地面或云与云之间形成电击放电现象。X波段气象雷达是一种高精度的雷达设备,能够有效监测雷电发生的情况,并提供重要的气象信息。基于此,本文主要对X波段气象雷达站在雷电气候特征分析方面的应用进行探讨,结合防雷技术,以期为提高雷电监测与防范水平提供参考。

一次局地短时强降水过程的X波段双偏振相控阵雷达特征分析

利用常规高空、地面气象观测资料,分析了2023年7月19日许昌市局地短时强降水过程成因,重点应用X波段双偏振相控阵雷达基本观测资料分析了此次局地短时强降水天气过程的演变特征及降水粒子特征,以供参考。