摘要：新一代多普勒天气雷达已经逐渐成为监测和预测灾害性天气的重要手段之一，在防灾减灾方面发挥的作用越发显著。本文重点分析了多普勒天气雷达回波异常的原因，并给出了有针对性的处理对策，仅供相关部门进行参考。
关键词：多普勒天气雷达 回波强度 异常情况 分析
引言
当前，新一代多普勒天气雷达已经逐渐成为监测和预测灾害性天气的重要手段之一，该项技术在世界各国得到了广泛应用。新一代多普勒天气雷达主要有反射率因子、径向速度和谱宽三个产品组成。回波强度可以结合反射率因子产品来确定，进而判断风暴强度、结构以及强降雨带特征，还可以结合反射率因子随时间的变化情况判断降水回波的移动和未来一段时间的发展趋势等。多普勒天气雷达在运行过程中，经常会有回波强度出现变强或者变弱的情况，这些都会影响多普勒天气雷达观测数据的准确性水平，严重阻碍着气象灾害预报预警服务工作的顺利开展。
1、多普勒天气雷达回波强度定标在线修正方法
利用雷达气象方程可以定量估测降水，测量多普勒雷达回波强度的关键则是确定回波接收功率和在线测量校正发射功率。通常情况下，雷达回波接收功率很难直接测量，可以使用高精度测试信号源对回波信号进行模拟，并从接收机前端注入，这样就能完成对雷达回波强度的定标，进而确保回波的接收功率正常。在线修正雷达回波强度的测量值主要有三种方法：
（1）将连续变化的连续波定标信号在线实时从接收机前端注入，尽快建立起信号处理器和雷达回波接收功率的对应关系，之后结合雷达气象方程得出回波强度的测量值，主要是根据定标信号的精确度和接收机的动态范围来提升测量回波强度的准确性水平。
（2）将三个固定功率的连续波定标信号在线实时从接收机前端注入，将实测的发射功率和固定距离进行结合，根据相关公式将测量的回波强度、目标值差值的平均值一一计算出来，进而达到实时在线修正回波强度的测量误差。
（3）从接收机前端分别注入44km处的大、中、小三种固定功率射频激励定标信号以及5~139km范围内的循环步进的固定功率的测试信号，通过计算出4种定标信号的测量值以及目标差值的平均值，对回波强度的测量误差在线修正，以增强雷达定量观测范围内的回波强度的准确性水平。借助于模拟回波信号每间隔8h用速调管输出脉冲信号，之后注入到接收机前端，为了实现雷达回波强度定标在线修正应将测量值和目标值差值的平均值计算出来，对于超限时的自动报警，主要是为了告知工作人员及时对故障问题进行检查处理，以提升回波强度测量值的精确度水平。
2、多普勒天气雷达回波产品异常情况分析
2.1回波强度偏强型异常
回波强度偏强的主要表现形式是多普勒天气雷达在正常工作的过程中回波强度突然增加。出现这种现象的原因可能是①定标测试信号功率减小，注入到接收机前端的定标测试信号功率减少；②测出的发射功率误差偏大，使用机外仪表测出的值与在线测出的数据相比偏大；③定标信号源与测试通道之间的参数有较大的损耗，定标时测量的功率与注入接收机前端的定标信号功率相比显著增大。由于接受机前端的定标信号功率监测不出来，而测试通道的损耗增加时会造成功率减小，进而出现定标信号测量的数据减少，使用错误的方法对定标信号进行修正会造成回波强度偏强。结合雷达气象方程可以看出，如果机内发射功率在测量过程中有一定的偏差存在，会使回波强度目标数值也出现偏差，将错误的方法应用在定标信号修正时会导致回波发生异常。
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回波强度偏强，回波显示的面积没有发生异常，也就是说接收机灵敏度正常，结合相关的报警信息和文件资料，在对接收机前端的信号进行检测时，应注意查看信号是否异常，找出故障位置是否出现在测试通道内。一旦发现测试信号存在异常，可以借助于测试软件、频谱仪器或者是功率计等设备，结合测试通道信号流程，对通道内的功能模块、连接电缆损耗、射频衰减器、定标信号输出功率等逐一进行查看，找出故障原因并快速处理。如果测试信号正常，应对Pathloss.log文件信息的内容进行检查，检查雷达回波强度目标值和雷达发射功率值是否正常，同时还要与机外表仪器测出的数值进行比对，如果是发射功率测量误差较大导致的雷达回波强度异常，回波强度越强，则测出的机内功率数值偏小，反之亦然。为了确保测量的机内外发射功率数值保持一致，可以使用机外仪表标校机内功率测试值。如果机内功率的测量值有较大的偏差，这说明是器件损坏，可以逐级对探头、信号传输通道等器件的功率进行测量，直到找出故障点并排除。
2.2回波强度偏弱型异常
当雷达回波强度偏弱时，回波显示的面积会缩小，也就说明接收机灵敏度出现异常，在检查雷达定标后发现没有异常，而且没有报警信息，则是由于损耗导致天馈系统出现偏差，最终造成雷达回波强度偏弱。在实际的探测过程中，天线和发射机功率异常都会有报警提示，如果天线功率异常现象严重则会出现超下限报警。若没有通过天馈系统就进行定标测试，此时将会增加天馈系统的损耗，会阻碍在线定标修正工作的顺利进行，最终造成雷达回波强度偏弱或者是回波面积缩小。
如果是天馈系统故障，应对旋转开关和波导损耗的情况进行检查，主要包括查看波导是否存在机械性损坏、是否存在变形和打火的情况，在找出故障部位后应及时进行处理。如果雷达回波面积无异常，回波强度偏弱，这种现象是测试通道射频衰减器的衰减量小于标称数据造成的，需要重点检查衰减器和衰减控制信号传输通道的运行情况，直至找出故障原因并有针对性的处理。
2.3回波强度面积缩小型异常
当接收机主通道出现故障问题会使雷达回波强度面积减少，同时还会有接收机噪声温度受杂波抑制、噪声电平、线性通道增益定标常数等超限报警，在对回波强度进行在线定标修正时，回波强度会恢复到正常状态，其自身的灵敏度却会大幅度降低，回波接收面积也会随之减小，接收机在噪声电平的影响下会导致回波波形上有杂波点、饼图等。为了尽快解决这种异常情况，在将测试信号注入到接收机前端后，如果处于正常状态，则说明是接收机主通道出现故障，应结合报警信息和相关的文件资料进行分析，如果噪声的温度偏高，说明是接收机主通道前端出现故障；如果噪声电平偏高，则说明是接收机主通道后端出现故障。维修人员可以根据主通道信号流程分别对放大器增益、限幅器、衰减器、连接电缆等进行分级检测，同时还要做好中频信号关键点波形参数的检测，找出故障点并及时处理。
3结论
综上所述，一旦发现雷达出现现行通道增益定标常数超限报警时，雷达技术保障人员需要结合报警信息判断是回波强度异常，还是接收回波面积减异常小，之后快速找出是测试通道故障，还是主通道故障，这些方法可以确保维修人员在极短的时间内找出故障部位，避免因测试通道、测试信号、发生功率测量异常等错误的修正回波强度，不断增强多普勒天气雷达的可靠性水平。
参考文献：
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[2]柴秀梅，潘新民，汤志亚，等.新一代天气雷达回波强度异常分析与处理方法[J].气象，2011，37（3）：379-384.
作者简介：许文兵（1966-），男，汉，广东省揭阳市人，大专学历，助理工程师，从事雷达观测工作。
论文作者:许文兵
论文发表刊物:《基层建设》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/8
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