多波段天气雷达测试集成系统设计与实现

采用USB3.0集线器与合成仪器、高度集成射频收发硬件,并与开放式可扩展软件相结合,实现对S波段、C波段、X波段天气雷达自动测试。系统软件采用分层模式构架,将测试流程与业务模型相融合,实现了标准化、自动化的测试。通过对发射机输出脉冲包络和极限改善因子测量的对比,集成平台测试精度更高,不需人工记录和计算,对雷达性能的判断更为精准,解决了单一雷达系统测试平台和保障平台的局限性,提高了对全国多波段天气雷达系统的测试效率和敏捷性。

超大城市试验气溶胶激光雷达标定及结果分析

为了保证雷达观测数据的准确性,2017年9月中国气象局气象探测中心在国内首次开展了组网气溶胶激光雷达标定实验,通过采用单部雷达的光电系统标定和基于统计分析策略的多部雷达比对观测标定方法,对组网试验雷达共有的532nm米散射通道进行了检查标定。结果表明,标定完成后,532nm通道的后向散射系数的相对标准差在1km~2km高度范围从90.8%降低到20.4%,在2km~5km高度范围从244.3%降低到了35.9%,数据质量得到了较大提高。此次气溶胶激光雷达标定试验,使雷达后向散射系数差异显著减小,大大地改善了雷达观测数据的一致性,这将为气溶胶激光雷达组网应用提供很好的硬件质控保证。

利用太阳法提高新一代天气雷达探测精度

针对一些型号新一代天气雷达普遍存在太阳法天线波束指向检测成功率低、精度差,而且没有天线波束宽度、雷达接收系统全链路回波强度测量误差检测功能等问题,采取5个方面改进措施:(1)改进算法;(2)改进数据质控方法;(3)改进天线控制方式;(4)改进太阳位置搜索方式;(5)降低天线转速并提高采集分辨率。实际测试评估表明:改进后的太阳法天线波束指向检测明显提高了天线波束指向精度,解决了太阳法天线波束指向检测可靠性差、成功率低的问题;现场太阳法天线波束宽度测量可靠性高,测量精度可以满足回波强度定标要求;雷达接收系统全链路回波强度测量误差检测功能能够发现雷达回波强度定标中无法发现与天馈参数有关的回波强度测量误差偏大问题。

天气雷达移动测试保障平台自动智能化测试设计及实现

针对天气雷达固定测试平台存在无法完成雷达系统、分系统关键参数测试;便携式移动测试平台不具备对雷达自动控制功能,无法实现一键自动化测试功能;以及雷达故障诊断不具备智能诊断等缺点,设计了一种基于天气雷达移动测试保障平台的自动智能化测试系统,该系统由软件系统、嵌入式计算机系统、测量仪器功能组件以及测试适配接口四大部分组成。该系统基于标准总线与合成仪器的架构,采用高集成度的射频收发硬件平台和具有二次开发能力的开放式可扩展软件平台相结合进行设计。通过仪表和雷达自动化控制、测试数据自动采集和处理、测试报表自动生成、基于逻辑判断的故障智能定位等技术,实现了雷达参数自动化一键测试和定标,以及雷达故障智能定位等功能。结果表明,该系统能提高雷达现场测试、定标和故障诊断效率。

从第39届国际气象雷达会议看相控阵天气雷达发展

相控阵多波束快速扫描的特点,成为气象和大气探测领域的关注点。会议上交流了不同类型的短程探测相控阵天气雷达的共同点:径向探测范围大部分为几十千米,峰值发射功率较小(几百瓦量级),采用有源天线体制,采用数字波束形成技术(DBF),一维相控阵(俯仰电扫、方位机械扫描),体扫时间显著缩短。

CINRAD/CD、CINRAD/SC新一代天气雷达定标技术操作规范及注意事项

新一代天气雷达CINRAD/CD、CINRAD/SC硬件批次多,软件版本也不尽相同,定标中出现的操作步骤和使用方法不规范等问题,给定标操作统一性带来了一定的困难。文章以《新一代天气雷达定标技术说明》为基础,按照设备仪表、雷达系统、收发支路损耗这三大部分对定标技术中一些注意事项或测量规范进行了详细的阐述,并首次针对该系统的收发支路损耗测试方法进行明确说明,该定标技术规范能有效避免仪器仪表误操作,提高定标结果的有效性和可重复性。

新一代天气雷达运行性能评估与技术升级分析

文章利用2016年中国气象局天气雷达业务检查获得的数据评估了CINRAD/SA等6种型号27部雷达现场测试性能和业务运行性能,包括雷达发射功率等14个关键参数和6种型号雷达现场测试的平均指标合格率。针对评估结果,归纳总结了设备端存在的问题,进而提出了天气雷达设备端技术升级应执行的关键技术标准,即提升雷达关键器件性能、统一监测和定标体系、提升雷达新技术应用能力等,技术升级后将进一步提高组网雷达运行稳定性。

应用太阳法实现CTL-713C型天气雷达天线波束指向自动定标

针对CTL-713C型天气雷达传统的天线波束指向定标方法中存在的技术落后、操作烦琐、自动化水平低等问题,提出应用更为先进的太阳法进行雷达天线波束指向定标。在分析利用太阳辐射能量标校该型雷达可行性的基础上,论述了结合经纬度信息、赤纬角和时角的太阳位置算法,介绍了太阳法标定软件的设计原理、实现方法、测试应用情况及使用中的注意事项。从测试应用效果来看,定标误差满足功能规格需求书规定的技术指标要求,且与其他定标方法比对结果的一致性得到了验证。该项研究实现了雷达天线波束指向定标方法由手动向自动的转变,软件算法准确度高,界面设计合理,操作简便,能够满足在雷达定标业务中应用的要求。

主被动结合的云激光雷达测量系统数据融合分析

云高、云量的自动化仪器定量观测对于气象业务非常重要,不同数据的有效融合分析对于气象业务来说意义重大。云测量系统硬件上集成了激光云高仪、全天空成像仪探测模块,使得云高、云量的观测数据在时间、地点上高度统一,结合激光云高仪的剖面数据和全天空成像仪的云二维分布数据做了初步融合分析,进行精确的云高判别、云量反演与云种分类研究。通过数据融合,利用全天空图像可以消除云高仪在雾霾天气下对云底的误判,同时利用云高数据可以估计全天空云的空间分布而对云进行了更精确的分类。实际上,将云高、云量数据融合分析是气象业务观测的发展方向。

辽宁绥中地区海陆风的多普勒测风激光雷达观测与特征提取

2019年3月,利用相干多普勒测风激光雷达首次在辽东湾西部绥中地区进行了风廓线测量试验。根据研究区域海岸线走向采用风向的十六分位法定义局地海风和陆风,分析和提取海陆风特征验证了多普勒测风激光雷达在春季季风间断期间观测海陆风的可行性,并计算和分析了大气边界层湍流能量的变化以及回流水平变化等特性。结果表明:1)绥中地区春季存在明显的海陆风环流特征,测风激光雷达观测海陆风出现的时间与地面自动气象站观测的数据较为一致,符合海陆风日的定义。2)海陆风日发生时,水平局地回流指数(RF)较小,1.2 km以下的RF值小于0.5,使得污染物循环累积,较易形成雾霾天气;但是海风时大气边界层的高度可达1 km以上,有利于低层大气污染物向高层扩散,减轻低层大气污染。研究结果为该地边界层参数化方案的设计和污染的防治提供了参考依据。

激光雷达观测北京春季云垂直结构及探空对比研究

2011年3～4月和2013年4～5月利用车载多普勒激光雷达在北京观象台分别进行了为期约1个月的大气综合观测实验。采用改进的微分零交叉法给出激光雷达观测个例并与同步探空数据进行比对，体现出较好一致性。统计结果表明167组天顶方向上的激光雷达廓线中含有云的数据占62．9％，其中单层、2层及3层云所占比例分别为34．1％、16．2％和6．6％。所有云层结构中，低云、中云、高云及直展云的比例分别为30．2％、51．4％、17．3％和1．1％，平均云底高度、云顶高度及云厚分别为4．26、4．99、0．73km。北京春季出现单层云频率最高，且存在多层云时顶层云最厚，其云厚与单层云云厚较为接近。与同步探空仪相对比，共61对含云匹配数据，二者计算的云底、云顶高度的相关系数为0．86、0．83，均方根偏差为1．31、1．74km，探空观测的云底较激光雷达偏高。

激光雷达观测珠海市云底高度研究

2009年6月20日～7月20日, 利用中国海洋大学研制 的车载多普勒激光雷达系统在珠海市国家气候观象台（N22° 4’,E113°12’）进行了大气观测实验,探测垂直高度范围为0.3～20.0km,共获得有效垂直探测数据56组。根 据激光雷达回波信号特点,以微分零交叉法为基础,通过在反演云底过程中设置3种阈值和 相邻云层间大气 的洁净程度决定是否融合为同一层等措施改进算法。最后,对不同时刻、代表不同光学特性 的回波廓线进行了 反演,反演的云底高度最小值和最大值分别为0.55km和13. 51km 。结果表明,本文算法能够实现较为准确的云底探测,报告精度为10m ,具有良好的应用前景。

基于REAL气溶胶激光雷达在站比对标定技术研究

2019年3月—11月,利用经过欧洲激光雷达标校中心认证的移动REAL标准气溶胶激光雷达,开展了迄今为止国内最大规模的激光雷达在站比对标定。本文首先介绍了一种组网激光雷达在站比对标定方法,然后将REAL雷达与北京、上海、广州3个城市相关站点的12部气溶胶激光雷达在532nm波长下开展了首次在站比对标定。根据预先设定的指标对其中按照气象探测中心(meteorological observation center,MOC)要求完成软硬件标定的11部雷达进行了定量评估。结果表明11部雷达基本满足指标要求,其中9部雷达P/S通道2—5km系统偏差(system deviation,SD)均在±20%以内,超过50%的被标雷达P通道0.5—2km系统偏差基本满足±10%以内。通过在站比对标定技术可以有效识别P/S通道串扰、探测器饱和等问题,确定了超大城市试验中被标雷达可信数据的范围,为气溶胶激光雷达业务化定量应用提供了技术支撑。