气象雷达产品在强对流天气观测预报中的应用

丁页 李冀宁 刘洪林 宫正 王文武

丹东市气象局

在天线的使用中，雷达天线伺服控制系统对其具有重要的意义，能够帮助天线跟踪空中目标的方向，确保跟踪过程中稳定、精准。或者可以说，通过控制系统在工作中的反馈来调整雷达的状态，使雷达轴线保持与目标平行。下面将阐述CINRAD/SA-ASPDP型双线偏振天伺分系统的相关内容。这种设备在使用过程中一般为24小时制，其中天线工作时将进行空间360°的全方位扇扫并发出电磁波，然后根据遇到空中目标反射回来的电磁波来进行分析，得到数据结果。

一、系统介绍

CINRAD/SA-ASP-DP型双线偏振天伺分系统使一种简单实用的系统，通常建立于4个独立的单元，分别是天线座组合2A1，三相电源变压器98A10数字控制单元5A6以及功率放大单元5A7。这四个单元通过各自的信息处理以及相互间的信息传递来将收到的天线信号进行分析处理，从而将处理后的信息反馈回去，保证天线能够定位目标并且及时追踪目标。

（一）天线座组合2A1

天线座机组合由于其工作位置的特殊性，俯仰轴必须要建立在方位轴上面，这样才可以有效驱动半径达到4.27m的天线。一般情况下，如果设备的工作符合规范，天线方位轴工作的最高转速可以达到36°/S，同时俯仰轴的最高转速也和方位轴一直，同样可以达到36°/S，但是和方位轴不同的是，俯仰轴的转动角度最低为-1.2°，最高也只能达到90.2°。所以，由于角度的限制，方位轴和俯仰轴的转动角度并不会一致，在方位轴正常转动的情况下，俯仰轴必须要向上阶跃一步。为了确保设备的安全，两轴都安装有保护装置，防止由于转速过大而导致故障甚至是事故。天线座的工作并不是外界信号直接控制的，而是由微型计算机控制，微型计算机通过数据链将信号发送到数字控制单元，再通过功率放大单元进行控制。

（二）数字控制单元5A6

在上文中已经叙述到数字控制单元的作用，是将微机的信号传送给下一单元。天线座以及功率放大单元的工作状态是重要的数据，通过系统传送到数字控制单元，然后对这些数据进行分析。状态信号是不可或缺的分析内容，通常对状态信号的研究，可以判断出设备的实时工作状态是否在正常范围以内，进行判断其是否发生故障后者人为操作不当，以确保工作人员以及设备的安全。故障部位反馈到计算机，然后对这些部位的线路、元件进行更换，或者要求工作人员完善操作。天线座以及功率放大器单元的工作状态是设备正常运转的重要内容，数字控制单元对这些状态信号数据的分析处理，才可以进行相关的操作。状态信号中包含了许多设备运行的实时信息，比如速度和位置、过流和油位低等信息。如果检测到故障信息，设备系统就会直接停止设备的工作，保障设备以及人员的安全。另外，状态信号还会被传送到RDA计算机，通常多种计算机的综合分析处理，确保全面保障设备安全。

（三）系统功率要求

天线定位系统在使用过程中必须要采用三相四线制，并且稳态电压应当为220/380Vd d c±10%、50Hz，这样对于三个单元两种ac电源才可以完美结合，并且对于多种dc电源同样也可以使用。除此之外，对于功率放大单元、数字控制单元以及三相电源变压器单元这三个单元，应当使用不同的电压，分别为96Vac三相电、220Vac三相电以及380Vac三相电。

二、雷达产品在强对流天气演变中的预报分析

在现代气象研究中，数字化和自动化的占比趋势已经越来越重，其中雷达天线伺服控制系统是重要的基础，可以探测一些重要的数据，如台风、雷暴等。不同于其他探测系统，雷达天线伺服控制系统具有很多的优点，在光线强或者弱的环境中，探测效果都不受影响，并且在大雾，多云、强降水等天气中都可以正常工作，因此具有全天候、强穿透的工作特征。一般局域内大于或者暴雨都会影响观测的反射率因子场，很容易产生有较大影响的强回波区。不同于暴雨这样的强天气，中小尺度的降水等天气一般会带来强回波带，有时候也会有回拨团产生，回波顶也十分不规律。径向速度场也具有较大的作用，可以对气流的高低变化进行合理的分析。另外，强水区以及径向速度场上的逆风区有较高的联系，所以在实际观测分析中一般都能够利用逆风区的特征来测定强降水的落点。对于一些暴雨天气，应当根据逆风区的特征进行合理分析，并且结合其他诸多参考因素来测定。

三、气象雷达产品在对流天气预报的重要性

强对流天气对航班的正常运行会有较大的影响，剧烈的强对流天气会对航班产生严重的安全威胁。天气预报对于航班的飞行有重要的参考意义，所有的航班都需要准确的天气预报作为依据，在航线中，如果没有及时准确的应对强对流天气，那么飞行事故就在所难免。因此，如果加入气象雷达，天气预报就更加准确可靠，航线中的天气状况就清晰明朗，航班的安全保障也就越高，减少了不必要的经济损失。

气象雷达产品可以利用降水回波频率和发射频率之间变化信息来推断风场结构特征。当波源和观测者作相对运动时，观测者所收到的频率和波源频率不同，其频率变化量和相对运动速度相关。气象雷达产品通过对回波信号位相变化幅度分析和梳理，得到目标物径向速度，判断实际风场分布。

结语：雷达伺服控制系统最初用于船舶自动驾驶仪、火炮控制 和指挥，后来逐渐扩展到许多领域，尤其是雷达天线伺服控制系统。并且可以对天气实时监测，保证雷达系统运行可靠，并有自行标校功能，保证雷达的测量精度。雷达伺服控制系统产品不但可以实时给予各类天气图像信息，而且还可以提供对多类灾害性天气的自动识别以及追踪产品，这些产品对于强对流天气观测预报发挥着极其关键的作用。