新疆维吾尔族自治区库尔勒市气象局
1.GFE（L）-1型二次测风雷达的工作原理
1.1 测距原理
雷达发射的触发信号，即"询问信号"，从天线出发按箭头所指的方向（图略）到达探空气球所悬挂的探空仪，探空仪中的回答系统被激发后，随机产生一个"应答信号"并按原路返回，被雷达天线所接收。根据无线电波从雷达天线到达探空仪之间的往返时间，再用这个时间的1/2乘以无线电波的传播速度，即可算出探空仪与雷达之间距离。假设电波的传播速度为c，无线电波从雷达天线到达探空仪之间的往返时间为△t，则所求距离d可用以下公式表示：
d=1/2（c×△t）
无线电波在空间的传播速度相当于光速，即c=3×105公里/秒，如果△t以微秒计算，则1微秒=10-6秒，每微秒的速度则为：c=0.3公里/微秒。
则距离：d=0.15△t公里
1.2 测角原理
l波段雷达天馈系统由4个ф0.8m抛物面天线、和差环、调制环、馈线等组成。水平、垂直波瓣宽度均不大于6o，其中的和差环是完成假单脉冲体制的关键，调制环由程序方波控制，将由和差环获取的上、下、左、右误差信号调制到和信号上，此信号经接收机放大、解调而得出反应目标偏离电轴的角误差信号（包括大小和方向）。利用垂直面上的两个天线所获取的误差信号推动仰俯电机实现仰角的跟踪与测量，利用水平面上的两个天线所获取的误差信号推动方位电机实现方位角的跟踪与测量。
1.3 测风原理
探空气球携带着无线电回答器升空后，雷达在地面向它发出"询问信号"，回答器被"询问信号"所触发，向地面发回"回答信号"。根据每一组询问与回答信号往返时间之间隔和回答信号的来向，就可测出每一瞬间探空气球在空间距地面雷达的直线距离（斜距）、方位角和仰角，再根据高空风计算公式，可得出个高度层的风向、风速。具体来说，探测气球在净举力的作用下，以一定的速度做垂直上升时，同时也在风的作用下作水平运动，由于气球的体积很大，质量却很小，在随风飘移运动中的惯性也很小，因此，可将气球的运动看作是空气质点在空中的运动。气球在水平方向上的运动，完全可以代表空气质点的水平移动。将气球每分钟在空中的位置垂直投影到水平面上，可得到气球的水平位移。由水平位移的大小和方向，即可得到探测气球所经过气层的平均风速和风向。这就是l波段雷达测风的基本原理。
1.4 压、温、湿探测原理
l波段雷达对空中各高度层上大气的压、温、湿三个气象要素的探测，是利用升空气球携带的探空仪来完成的。探空仪由压力传感器、温度传感器、湿度传感器及转换电路、编码电路和回答器所组成，各传感器的电参量随高空的压力、温度、湿度的变化而变化。转换电路则对变化的电参量进行采集、编码而形成探空码，然后用此探空码去控制回答器，再由回答器将探空码发回地面。雷达接收机把它接收下来，经解码软件进行解码，就得到了高空中不同高度的压力、温度和湿度三个气象要素数据。
2.GFE（L）-1型二次测风雷达的标定
2.1 水平调整
水平调整的目的是为了让雷达的天线主轴垂直于水平面，消除在不同的方位产生的仰角误差。如果水平没有调整好，当仰角接近90o时还会造成方位误差。所以，水平的调整不但要在安装时需要调整，在日常的工作中也要经常检查、调整，特别是在雨季和地基尚不牢固的新建站更要注意。
在进行雷达水平调整前，首先要安装、调整好主轴水准器，只有调整好主轴水准器，才能利用它进行雷达的水平调整。主轴水准器是用于调整主轴与水平面垂直的。
第一步：调整时需二人配合进行，一人在值班室工作台前操作，开启雷达控制天线转动。另一人在雷达天线装置处，二人利用雷达配用的通信耳机进行通话。先转动方位角，使主轴上某一个水准器正好停在和某两个千斤顶连线相平行的位置上，调整其中一个千斤顶使水准器的气泡正好停在横线中央，在调整第三个千斤顶使另一个水准器的气泡也正好停在横线中央。
第二步：将天线的方位角旋转180o，这时如果气泡仍在横线中央，说明水准器安装正确。如果气泡不在横线中央而是有一个差值，说明水准器不在正确位置，需要进行校正。这时用调水准器的专用工具调整水准器两端螺母使气泡向横线中央移动差值的一半，再用千斤顶修正差值的一半。然后再用上述方法重新检查、校正，直至差值为零。两个水准器最好分别进行调整，校好后将水准器两端的螺母紧固。
2.2 仰角零度的标定
仰角零度的标定，其目的是当天线仰角在真实零度时，数据终端所读取、显示的仰角数据应同为零度。由于该雷达天线阵的边距较小，故采用经纬仪法比较适用。
在距天线数十米处架一经纬仪并调好水平，利用经纬仪内的十字线观察天线桁架边缘线是否垂直，若基本垂直，说明天线仰角处于水平位置;若不垂直，说明天线仰角不在水平位置，这时应根据经纬仪的观察，微微转动天线仰角使其垂直，而后将主控箱俯仰角测量板上的标定孔对地短路。此时，数据终端上显示的仰角数值应为零度，仰角零度的标定工作就此完成。
2.3 三轴一致性的检查与校正
所谓三轴，即：光轴、机械轴和电轴。光轴是指瞄准镜在正常工作时，其物镜中的十字线交点所对方向的射线;机械轴是指天线中心（方位轴和仰角轴的交点）向天线所指方向的射线;电轴是指波瓣交点所指方向的射线。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
根据雷达测角原理，雷达的测角是电轴对准目标物，而方位角、仰角的度数却是天线所处位置的方位角、仰角的数值。所以，电轴与机械轴必须一致。要把电轴与机械轴调整一致，必须借助光轴。同时，机械轴的方位角、仰角的准确数值也是用光轴标定的。因此，只有光轴、电轴、机械轴三轴一致，其读数才能真正表示目标物所处位置的方位角和仰角。三轴一致性的检查与校正分两步进行，即：光轴与机械轴的校正、光轴与电轴的校正。
2.3.1 光轴与机械轴一致的校正
2.3.1.1 光轴与天线仰角转轴垂直的检查和调整
第一、把天线仰角转到0o位置，将瞄准镜从正常工作位置取下，反时针方向旋转90o，再装好。第二、转动天线方位，使瞄准镜对准2公里外的一个目标。第三、保持方位不动，将天线仰角由0o调整到90o，同时观察瞄准镜的瞄准点相对于目标的移动轨迹。若光轴与仰角转轴垂直，则轨迹是一个"点";若轨迹是一个90o的圆弧，则需要调整。
调整方法：用扳手先将瞄准镜架三角铁板上的三颗固定螺母松开然后调节三角铁板上的调节螺钉，使瞄准镜的十字线中心向目标移动原来偏移距离的一半即可。
2.3.1.2 光轴与机械轴的检查和调整
第一、将瞄准镜装回正常工作位置。第二、将天线仰角转到0o，调整方位，使瞄准镜十字线中心对准一个适当的目标。第三、将瞄准镜的物镜反转180o，插入瞄准镜的架内;把天线方位也转动180o，仰角保持在0o，若目标仍在十字线的中心，说明光轴与水平面平行。若目标偏离十字线中心的距离小于三分之一小格，为合格;若大于三分之一小格，则需要调整。
调整方法：先用起子把蝶形螺母对面的两个固定螺钉松开，然后用扳手调整下部的两个螺钉，调整光轴的俯仰，使目标离瞄准镜十字线中心的距离为上述偏差的一半即可。
2.3.2 光轴与电轴一致的调整
第一、选择一个地面风速较小且天气晴朗的白天，在正式施放探空气球的过程中，当仰角升到大于15o，斜距大于500米.或者放球约10mim信号稳定后，进行检查调整。
第二、分别用雷达和瞄准镜同时观察探空气球，室内观测员观察示波器的四条亮线，当四条亮线两两对齐（上下对齐、左右对齐）的瞬间，立即通知瞄准镜观测员，观察回答器在瞄准镜中的位置，并记下回答器偏离瞄准镜十字线中心的数值。经过15至20次的读数，若回答器偏离十字线中心小于0.1o，为合格。若大于0.1o，则需要调整。
第三、调整时，先打开天线装置中的和差箱盖板，然后调整移相器的长短。
2.4 方位角零度的标定
方位角零度的标定是在天线水平调整完成后，瞄准镜安装正确（即光轴与机械轴一致）的情况下进行的。其方法有两种：
第一种：距雷达数十米外的一高处，架一经纬仪（高度比瞄准镜高），用磁针标定好方位（注意在标定时应将当地的磁偏角计算在内）。转动雷达天线和经纬仪，使两者相互瞄准，然后读经纬仪的方位角α0，雷达方位角α1，摇动天线使雷达方位角在α1的基础上在增加（180-α0），保持仰角为零度。
将方位轴角板上的标定孔对地短路，方位读数为零。
第二种：在天气晴朗的夜间，利用雷达瞄准镜对准北极星来标定零点，由于北极星在一夜之间也有所变化，要使标定更加准确，可以向天文部门查对天文年历进行校正。也可以每隔一定时间（如2小时）瞄准北极星测一次方位角，共测三到四次，最终取观测记录的平均值来标定。然后将主控箱俯方位角测量板上的标定孔对地短路，此时数据终端上显示的方位角数值应为零度，方位角零度标定到此完成。
注意：标定方位角、仰角后，最好在不同的方向上找几个不同的近距离固定目标，用瞄准镜记下它们的方位角、仰角读数，以备参考。
2.5 距离零点的标定
GFE（L）-1雷达的测距采用了自动跟踪回答信号的数字测距法，其标定可以采用已知距离法。将探空仪放在距离雷达100-200米左右的地方并精确测出探空仪距离雷达天线的直线距离。由于探空仪回答延时有一定差异，用不同的探空仪来标定则会出现较大的误差，因此，应选2-3只探空仪，取其平均值。具体标定方法如下：将探空仪放于距雷达一定的距离（如200m）处，用鼠标点击控制画面上距离手/自动按钮，置"手动"状态，再点击距离"前进"或"后退"按钮，使距离显示值在200m左右处，这时应能看到距离显示屏上回波的位置，拨动测距板上的拨码开关（s1），使回波回到显示2km扫描线上的两个暗点之间，再把距离手/自动按钮置"自动"状态，观察控制画面上的距离显示值，是否在200m左右处跳动，反复上述过程，即达到标定的目的。
注意：在距离零点标定完成后，最好找几个比较孤立的地物回波，记下它们的方位角、仰角和距离，以备参考。
3结束语
雷达的标定是一项非常细致的工作，精度要求很高，标定中的任何差错都会影响观测记录的准确性。所以，对雷达进行标定时必须认真细致、严格要求、反复验证。
参考文献：
[1]张继光，计萍，张敏等.GFE（L）-1型二次测风雷达的工作原理及标定[J].电子世界，2014（05）：66,74.
[2]刘政清，黄祖辉.GFE（L）型二次测风雷达方位和斜距的标定[J].现代农业科技，2012（02）：29.
论文作者:林卫
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第4期
论文发表时间:2019/4/22
标签：仰角论文; 方位角论文; 天线论文; 光轴论文; 水准器论文; 距离论文; 水平论文; 《中国西部科技》2019年第4期论文;