(河南省郑州市气象局 河南郑州 450000)
摘要:本文结合郑州市气象局开展高空探测的实际,简要概况L波段高空探测原理,分析高空探测雷达丢球现象,并针对丢球现象提出有针对性应对措施,为今后开展高空气象探测提供参考。
关键词:高空探测 雷达丢球 现象 应对措施
引言
L波段高空气候监控雷达探测精度和自动化程度高、采样速度快、体积小、能耗少,可以生成不同种类气象产品,对高空气象要素数据探测。自郑州市气象局使用L波段雷达探测系统以来,高空气象探测自动化程度也越来越高,因探测雷达测距和测角精确度水平较高,使得雷达脉冲宽度和波瓣宽度较窄,降低雷达定向和自动跟踪性能,在对信号采集过程中出现飞点、无信号、乱码、凹口不齐情况,甚至丢球、旁瓣抓球等。
1 L波段高空探测原理
在高空气象探测中,L波段雷达可连续跟踪、定位、测量探空气球运行轨迹,并在数学模型帮助下计算高空中气象情报信息;并不间断接收来自探空仪上探空码,在译码器作用下获取探空数据信息。探空气球升空时安装有无线电回答器,在高空气象探测工作未开始前会向地面发出“询问信号”,触发地面回答器,发出“回答信号”,将“询问信号”与“回答信号”间时间间隔、回答信号位置方向结合,计算探空气球与雷达间直线距离、仰角、方位角大小;最后根据计算公式,求取对应高度层风向风速。
利用探空气球携带探空仪对高空中大气温湿度、气压值数据测量。探空仪器主要由气压、温度、湿度反应灵敏感应元件和转换电路组成,随着大气温湿度、气压变化电参量数据也会发生变化,在对变换电参量采样时,应结合转换电路,并利用探空码控制回答器。在回答器作用下,向地面发送探空码被雷达接收机接收,在相关软件作用下破解探空仪,此时就能获取高空温湿度、气压气象要素数据。
2 L波段高空探测雷达丢球现象
2.1 频率漂移引发的丢球
L波段高空探测雷达运行时频率1669~1981MHz,运行频率范围广泛,但却不能控制自身工作频率。探空气球从地面到高空,随后在预定位置处爆炸,气层中温度变化超过120℃。剧烈温度变化会造成回答器频率漂移,一旦该变化频率高出L波段雷达可接收范围,易影响雷达接收信息,甚至失去信号响应,使得L波段雷达接收频率同探空气球发生频率出现漂移,造成L波段高空探测雷达丢球。
2.2旁瓣抓球
高空气象探测中,目标将主瓣定义为真定向、将旁瓣定义为假定向。旁瓣抓球时,雷达探测距离会大幅缩短,而接收信号范围也随之减少,在测试中,监测到角度会有≥8°误差。L波段高空气象探测雷达天线波瓣宽度不能超过6°,夜间或大雾等水平能见度较差条件下手动抓球,一旦指挥操作失误,出现旁瓣抓球。L波段雷达天线仰角在规定范围内工作时,台站低空处以静风或微风天气为主,结合GTS1型探空仪特征,判定在该时刻L波段信号最弱,易旁瓣抓球。
2.3信号干扰引发丢球
除主信号外其他信号对L波段雷达数据接收产生干扰,严重阻碍L波段雷达信号接收工作正常开展。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆轻则会导致气象要素数据异常,重则需重放球操作。雷雨天气,强电磁会对探空气球信号造成干扰,跟踪信号和探空信号易失去响应,在强电磁干扰影响下L波段高空探测雷达丢球。
2.4过顶丢球
在地面或气球升空一段时间后易出现过顶丢球。L波段雷达在跟踪目标探空气球时,若探空气球从雷达正上空且距离天线较近时,在方位角转速和仰角活动范围共同限制下,雷达将不能自动跟踪识别路径,造成探空气球丢失。根据相关实验检验结果表明,若施放探空气球位置同L波段雷达距离较近,此时信号处于饱和状态,易出现丢球。若L波段雷达天线出现监控死角,也会出现丢球。
3不同丢球现象应对措施
3.1 频率漂移引发丢球应对
因频率漂移引发丢球,分别将频率与天线控制调整到手动状态,并确保L波段雷达工作频率在1673~1675MHz。将“天控”开关调节为手动状态,并结合丢球前仰角和方位角读数,将雷达天线转动到合适位置,并将天控按钮设置成“自动”状态,查看雷达自动跟踪是否异常。若雷达未恢复自动跟踪状态,需再次将“天控”开关调节成手动,适当偏离原仰角和方位角,再将天控开关设置为“自动”,保证雷达对探空仪自动跟踪。
3.2旁瓣抓球应对
出现旁瓣抓球后,应及时点击接收设置中“L波段雷达扇形扫描天线设置”按钮,根据之前设置好程序,天线雷达会自动搜索。若出现假定向,在L波段雷达天线自动搜索中自行回归到主瓣,若天线回归到初始位置,说明是真定向;若在扇形扫描完成后,发现L波段雷达天线仰角和位置发生较大变化,需重新启用扇形扫描功能;若在扇形扫描前后,天线仰角和方位无明显变化,说明正定向抓球;若仍未抓到球,需手动抓球。
3.3信号干扰引发丢球应对
若因信号干扰引发L波段雷达丢球,可将天控开关调节为手动状态,同时确保雷达频率在1678MHz左右,有效避免频率自动跟踪时对信号干扰。随后结合丢球前仰角和方位角读数对L波段雷达天线位置调节,之后将天控开关调节到自动状态,根据“扇形扫描的方式”,探空气球飞行时间和变化规律判断丢球是否找回。若探空气球未找回,重复上面操作直到找出探空气球为止。
3.4过顶丢球应对
在高空探测中,若出现过顶丢球,需结合正常跟踪时仰角放位置,手动操纵雷达在该区域内扫描,时刻注意示波器中四根亮线运动情况和数据量增益变化。若示波器上四根亮线在合适位置处且增益值变化幅度较小,应将天控开关调整到手动位置,启用雷达扇形扫描功能;若在过顶丢球后,探空气球与雷达间直线距离还能显示,结合反三角函数,根据探空气球高度计算探空气球与天线雷达间仰角;丢球时间过长或不能计算仰角数值,可预估仰角数值,并对方位角全方位扫描;若抓球失败,可将仰角数值修改为10°,并在左右方向上扫描,直到示波器低层四根亮线处于相互平行状态。抓球完成后,应查看示波器底部四根亮线稳定度、跳跃整齐度。雷达高度、气压高度数值是否保持一致。若同上述条件吻合则说明抓球成功。
参考文献
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[2]张阳,高玉岩,刘俊昌.高空探测L波段雷达丢球原因及应对方法[J].现代农业科技,2014(20).
作者简介:汤东(1983-),男,汉族,河南省平舆县人,本科学历,助理工程师,从事地面测报工作。
论文作者:汤东
论文发表刊物:《科技研究》2018年7期
论文发表时间:2018/9/11
标签:波段论文; 高空论文; 丢球论文; 仰角论文; 气球论文; 信号论文; 天线论文; 《科技研究》2018年7期论文;