两例天气雷达异常回波案例分析

黄宣钧 师传宏

摘   要：机场天气雷达是民航气象三大重要技术装备之一，是监测和预警强对流天气的主要工具，通过分析雷达回波，获得大气中的云、降水等气象目标的方位、强度、高度和形状等信息，对航空气象服务和空中交通管理起到重要作用。通过分析一例放射性回波，应用故障排除法，得出该现象为外部同频无线电干扰导致。通过分析一例局部环形回波，得出该回波为强反射体造成的虚假回波。

关键词：714C型天气雷达  回波异常  同频干扰  旁瓣回波

中图分类号：P412.25                               文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）04（c）-0019-02

1  机场714C型天气雷达原理及结构

1.1 714C型天气雷达简介

天气雷达是监测和预警强对流天气的主要工具，其工作原理是通过发射一系列脉冲电磁波，利用云雾、雨、雪等降水粒子对电磁波的散射和吸收，为探测降水的空间分布和铅直结构，并以此为警戒跟踪降水系统。南宁机场装备了一部714C型天气雷达，是固定式C波段气象专用雷达，主要用于探测400km范围内的暴雨、冰雹、大面积降水等;同时能警戒灾害性天气，714C天气雷达特别适合航空气象系统。

1.2 发射机原理及结构简介

发射机是雷达整机的重要组成部分，它产生高频大功率脉冲，经馈线和天线向空间发射。发射机主要由磁控管振荡器、软性调制器、高压电源、调压装置、控制保护系统及冷却系统组成。

1.3 接收机原理及结构简介

天线接收到的微波脉冲信号经四端环流器及馈线接收支路到达接收机，由微波场效应放大器放大后经预选器送入信号混频器，在混频器中与来自本振的高频信号进行混频得到30MHz中频信号。该中频信号经前置中频放大器放大后，分两路输出，一路经过对数中频放大器放大后输送到信号处理系统，进行视频积分处理;另一路经线形中频放大器放大后送信号处理分机。

2  放射状雷达回波现象及原因分析

某年一段时期天气雷达出现较强的放射状回波，通过观察雷达回波图发现在90°～120°之间尤为严重，无法识别降水云团，严重影响航空气象服务。雷达回波图出现中心射线状回波，如图1所示。

2.1 分析及处置

（1）雷达出现射线状回波分布具有一定的规律性，基本处于90°～120°之间。正常情况下天线转动时，如果设备自身出现故障，射线状回波应该不会集中出现在某一个位置，应该是随机的，没有规律可循。

（2）做故障测试，断开从波导进入雷达接收机的信号、断开进入信号处理器的信号，雷达回波图中都没有任何的射线状回波，可以进一步基本排除是设备自身故障的原因。

（3）将雷达天线的仰角进行调整，随着雷达仰角的增加射线回波强度有明显减弱趋势。

（4）通过查看某年4月19日07：58～08：02采集的雷达回波图，可以很明显的看出有螺旋状转线条，说明极可能本场天气雷达站附近有类似同频干扰现象。

（5）咨询驻场部队气象台，部队预报员告知他们的天气雷达也会有放射状回波。

2.2 无线电频率的干扰检测

怀疑天气雷达放射状回波可能是无线电干扰后，报南宁市无委，咨询本地无委是否有其他设备使用天气雷达频率范围的设备，无委答复南宁机场附近没有登记有该频段的设备。某日，天气雷达放射状回波再次出现，南宁市无委到现场进行无线电干扰检测，使用的仪器为高频频谱仪、手持式天线、放大器。经过无委测量，我天气雷达使用的频率符合报备频率范围，而在频谱仪上处出现了一个和雷达中心频率差2MHz的无线电信号，应该是此信号导致放射状回波，后经无委反馈干扰源位于南宁机场附近某处。

2.3 放射状回波的分析结论

以往出现放射状回波，认真检查了雷达系统，推断是外部无线电干扰导致，因没有高频段的无线电侦测设备，无法证实是外部无线电干扰。此次地方无线电管理人员找到了无线电干扰源，证实了本机场714C型天气雷达出现的放射状回波是由无线电同频干扰导致的。

3  环状回波现象及原因分析

某时期内，天气雷达在雷达开机探测时，发现在方位20～60°，距离本场雷达站32km处出现环状回波，且该回波仅出现在图2所示的方位上，其余方位均没有出现，如图2所示。

3.1 回波异常分析及处置

雷达在高压开启状态下，才会出现环状回波;雷达高压关闭状态下，没有出现上图环状回波。如果有外部无线电干扰情况，高压关闭时，转动天线理论上该方位应该出现相应的回波，而目前高压关闭时转动天线没有出现此问题，由此判断可能不是来自外部无线电干扰。

雷达设备整机检查：（1）检查设备各项技术参数均正常。（2）检查雷达发射机、接收机、信号处理器均正常。（3）检查雷达天线罩及馈线系统均没有发现异常情况。

雷达回波分析：（1）通过雷达软件在俯仰为0度采集的雷达回波图中发现，此环状回波图最强点有85dBm，超过雷达色标设定的75dBm最大值，对比雷达附近地物产生反射回波差不多都在60～70dBm，由此说明环状回波最强点处有非常强的反射。通过雷达软件定标功能大致确定了最强点的经度、纬度分别为22.82°、108.38°。查阅地图上经緯度网络定位在南宁凤岭儿童公园附近，判断可能为强反射体地物。

（2）经过测试，对环状回波方位做高度扫描，随着天线仰角增加，此环状回波有减弱的趋势，但直到天线仰角调整到30°此环状回波仍然有部分存在，现实中不可能有这么高的地物。

3.2 环状回波分析结论

从以上的分析来看，环状回波很可能是强反射体的地物回波引起的，通过地图比对，强回波处有一个摩天轮，和几栋摩天大楼，摩天轮是金属结构，是良好的电磁波反射体。因714C型天气雷达是旧型号雷达，旁瓣抑制能力不强，雷达天线扫描过强反射体后，强反射体仍然被雷达探测电磁波的旁瓣扫描到，将电磁波又反射回雷达，雷达将旁瓣反射也认为是正常的回波，导致了环形回波。

3.3 结论的论证

可以通过比对其他天气雷达站的回波图是否在该处存在环状回波论证分析是否正确。和驻场部队联系，使用他们的天气雷达进行扫描，在同样位置也存在环形回波，对该位置做高度扫描，回波图和本雷达高度扫描图非常相似。

咨询南宁市气象局的天气雷达站，告知在南宁儿童公园附近确实有较强的地物影响。

通过以上两点证实，714C型天气雷达回波图东北方位的环形回波，是强地物反射体引起的虚假旁瓣回波。

4  结语

随着近年来民航事业的高速发展，航班量的迅速增加，机场天气雷达对于航空服务的作用越来越大。在使用中，碰到了一些异常的回波，这些回波有时会严重影响天气雷达的正常使用。文中遇到了两期典型的异常回波，放射状回波是同频无线电干扰导致，局部环状回波是外部强反射体导致。我们从雷达原理出发，由整体到局部，从设备内部到外部环境，深入分析，适当应用排除法，就能找到回波异常的原因，更好地应对及处理。

参考文献

[1] 唐承乾.天气雷达电磁干扰分析及排除方法[J].陕西气象，2018（5）：51-52.

[2] 谢东.714CD型天气雷达回波关联故障浅析[J].科技风，2018（28）：193.

[3] 杜言霞，陈斯智，陈州川，等.天气雷达远距离单频点电磁径向干扰回波的特征分析及识别[J].气象研究与应用，2017，38（4）：65-68，117.