全固态双偏振多普勒天气雷达.docx

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全固态双偏振多普勒天气雷达

一、前言2

二、724XSP全固态全相参双线偏振多普勒天气雷达安装使用规范4

三、724XSP全固态全相参双线偏振多普勒天气雷达技术规格书6

四、724全固态全相参双线偏振多普勒天气雷达实时处理系统软件使用说明书（V1.2）24

五、724XSP全固态全相参双线偏振多普勒天气雷达二次产品处理系统软件使用说明书（V1.0）60

六、雷达车辆操作说明书91

一、前言

特别声明

本中文操作说明书版权属中船重工鹏力（南京）大气海洋信息系统有限公司所有，任何人（及单位）未经其正式之书面授权允许，不得私自将本说明书内容，以全部或分割部分方式（包括文字与图片），进行转载、转印、影印拷贝、更改内容、扫描存储等行为，供他人使用或销售。

中船重工鹏力（南京）大气海洋信息系统有限公司拥有更改或提升本产品功能的所有权利，且不需额外特别通知任何人和单位（包含已购买及尚未购买者），若有任何功能上的问题，可以注意本公司的文宣信息或上网查询。

注意事项

由于使用的场合、环境及应用方式不同，固在使用724XSP全固态全相参双偏振多普勒天气雷达之前，请仔细阅读本手册，这将有助于您正确、安全地使用设备。

●XX任何人不得擅自操作使用本雷达系统，否则将有损坏系统设备的危险。

●即使是专业人员，XX不得擅自打开本系统设备有关之机柜、密封盖等，否则将会影响系统设备的正常运行，甚至会损坏系统设备，并有可能对自身造成伤害。

●未经许可不得对系统设备和线路进行拆装和变更，否则不能保证系统设备的正常运行。

如确需对系统进行改造，应在专业人员指导下进行，并对改造细节进行详细的记录和存档，在专业人员调试检测通过后重新投入运行。

●本系统设备均属精密仪器设备，拆卸或操作时动作宜轻，切不可抛置或用力敲打。

●发现系统设备故障时应及时关闭系统所有电源，并及时与本雷达系统的生产商联系。

中船重工第七二四研究所

中船重工鹏力（南京）大气海洋信息系统有限公司

地址：

南京市江宁开发区水阁路长青街32号

：

025-********

：

025-********

邮编：

211106

网址：

邮箱：

bashuqin@

二、724XSP全固态全相参双线偏振多普勒天气雷达安装使用规范

2.1观测环境要求

●周围环境：

雷达四周应平坦开阔、无高大障碍物，在观测的主要方向上0°仰角以上无主要障碍物。

●电磁环境：

要确保观测站的电磁环境，要限制同频信号造成的干扰。

●供电环境：

要有稳定的供电网，配有220V±10%/50Hz±5%/≥8kW（含空调、电脑等设备供电）的交流电源，电源地线符合国家配电规范。

2.2防雷接地要求

雷达避雷针接地系统应与建筑物接地系统分开，避雷针应避开雷达的主要探测方向，其高度应使天线（天线罩）处于45°保护角内，避雷针接地电阻应不大于4Ω。

雷达供电输入端应加装防雷滤波器，室外电缆一律采用屏蔽电缆。

2.3观测场地要求

对于固定式雷达站天线应架设在建筑物顶上，其它设备放置在建筑物内。

值班室（机房）：

应整洁、防尘，配有空调，等电位接地铜排，没有与值班观测无关的其它杂物。

对于移动式雷达，天线应放置在车上，注意安全运输，不能损坏天线外型/结构等。

值班室根据需要可在车内或附近的建筑物内。

2.4设备交付

雷达及附属设备的交付步骤分为：

雷达的测试分为出厂测试和现场测试。

经过现场测试合格的雷达进行现场验收。

按照经中国气象局审批的有关附属设备的安装、调试、标定操作手册和验收细则，以厂方为主，在台站和上级气象局管理人员参与下进行安装、调试、标定、验收。

2.5操作人员培训

在雷达现场测试完成后以及对附属设备进行安装、调试、标定、验收之后，厂方和气象局上级主管单位，应对雷达站观测、技术保障技术人员和业务管理人员进行现场培训。

有关人员既要领会、熟知操作手册、观测方法和规范的内容，又要达到熟练操作的程度，必须考核合格才能上岗值班。

三、724XSP全固态全相参双线偏振多普勒天气雷达技术规格书

3.1雷达详细介绍和总体性能参数

724XSP全固态全相参双线偏振多普勒天气雷达是在脉冲多普勒天气雷达、全固态全相参多普勒天气雷达和其它相关军用雷达的技术基础上，针对雷达气象探测领域人工影响天气和移动应急指挥保障两方面的新需求，在遵循及高于中国气象局《X波段全相参、中频相参多普勒天气雷达功能规格需求书（试行）》的前提下，利用现有成熟技术和研究成果，运用现代雷达总体设计理念和先进的技术方法进行创新设计，是一部基于全固态发射机的全相参脉冲压缩体制的多普勒天气雷达。

它进一步提高了天气雷达对气象目标精细（相态和尺度）和快变特征的探测精度和质量，不仅满足了人工影响天气（增雨及防雹）和移动气象应急指挥保障两方面的当今需求，还满足了国家气象雷达网补充布网要求，符合未来发展趋势。

724XSP全固态全相参双线偏振多普勒天气雷达特别适用于车载机动等多种场合，目前在多个人影大省部署运行，主要应用于实时天气观测、灾害性天气短时天气精确预报、应急气象指挥保障和人工影响天气预判、分析、作业及效果评估。

3.2724XSP全固态全相参双线偏振多普勒天气雷达系统组成

724XSP全固态全相参双线偏振多普勒天气雷达主要由天馈系统、TR组件系统、伺服控制系统、信号处理系统以及终端处理软件等部分组成：

（1）、天线和馈线分系统：

铝合金圆口径旋转抛物面天线，前馈方式；水平、垂直双极化波导馈源、波导、波导环行器等，馈线为两个等长度的波导支路。

（2）、TR组件分系统：

TR组件分系统功能上包括双通道功率收发组件、双通道上下变频组件、本振频率源、系统标校源等部分。

收发组件采用模块化设计，由功率收发模块和小信号模块组成。

功率收发模块每通道一个，两个完全一样，可相互替换。

功率收发模块内部包括功放和场放及相关外围电路部分。

小信号模块内部包括双通道上下变频电路、本振频率源电路、系统标校源电路等部分。

各模块表面导电氧化，内部采用微波混合集成电路及芯片微组装工艺，实现了小体积、高性能和高可靠性。

（3）、信号处理分系统：

信号处理分系统采用以FPGA＋高性能CPU的方案。

在FPGA内完成脉冲压缩等功能，FPGA将I、Q数据通过光纤传给CPU，再由软件完成PPP、FFT等气象信号处理任务;同时，软件还完成雷达网络通信、伺服驱动和测控、TR组件测控等功能。

（4）、转台与伺服分系统：

转台和伺服分系统由俯仰传动机构、方位传动机构、伺服电机、汇流环、光铰链等几个部分组成。

伺服电机采用成熟伺服电机，配套相应的伺服放大器，伺服控制采用实时伺服控制算法进行各种扫描方式的控制。

（5）、雷达终端分系统：

雷达终端分系统以高性能CPU＋Windows7/8.1＋.NET为平台，完成雷达操控、状态指示、一次气象产品显示、二次气象产品生成、数据库管理等各种功能。

信号处理

724XSP全固态全相参双线偏振多普勒天气雷达系统组成示意图

3.3724XSP全固态全相参双线偏振多普勒天气雷达产品特点

1.总体特点

724XSP是一部采用全固态发射机的双偏振多普勒天气雷达。

该雷达具备水平、垂直两个通道的发射机和接收机，能工作在双发双收、单发双收等多种工作模式，同时采用脉冲压缩和脉冲补盲技术，具有更高的探测精度和系统稳定度，其对暴雨监测、降水估测精度等方面具有明显优势。

除能探测强度、速度、谱宽等参量外，它还能探测多种偏振量，如差分反射率ZDR、差分传播相移DP、差分传播相移率KDP、零滞后相关系数ρHV（0）和线性退偏振比。

雷达系统生成的丰富气象产品可完全满足短时临近预报、降水估测、强天气识别和分析、风场分析和切变识别等业务和服务的需要。

在业务运行中生成产品更多、用途更广泛、性能更优异。

●作用距离远，测速范围大，探测精度高；

●网络化的实时显控软件，操作使用方便；

●丰富的气象产品软件；

●高分辨率彩色显示，提供三维立体扫描图像和电子地图功能；

●数字化程度高，可靠性好。

●在基数据及产品基础上，双偏振雷达提供了种类更多、质量更高的基数据和产品供气象预报及保障人员使用，包括差分反射率、零滞后相关系数、退偏振比、差分传播相移和差分传播相移率。

●依据零滞后相关系数、退偏振比双偏振探测量，采用模糊逻辑等算法，双偏振雷达可以较为准确地区分探测目标的降水类型（雨，大雨，冰雹，雪，非气象目标等）。

●利用零滞后互相关系数双偏振探测量，可以进一步识别地物杂波及非气象回波，如超折射回波，海浪回波等。

●利用差分反射率和差分传播相移率等双偏振探测量，在雷达定量估测降水、回波单体分析、强天气预警等方面提供更准确的观测和分析结果，进一步提高气象预报的准确性。

2.技术特点

在达到中国气象局制定的《X波段全相参、中频相参多普勒天气雷达功能规格需求书（试行）》和《气象应急移动（车载）系统技术规范（试行）》要求的同时，724XSP全固态双偏振多普勒天气雷达还具备以下的技术特点：

●采用成熟的脉压体制信号产生和处理技术，提高雷达距离分辨力，具备对目标内部构成的精细探测能力；

●采用成熟的全固态发射机技术，进一步提高了雷达的探测精细度，提高了设备可靠性，降低了运行成本；

●采用双偏振技术，使雷达具备对目标内部含水量和相态的探测能力；

●采用快速扫描技术，提高了雷达对目标快速变化的探测能力；

●高度集成的一体化设计，适用于车载机动安装等多种场合。

724XSP全固态双偏振多普勒天气雷达

724XSP全固态双偏振多普勒天气雷达一体化前端

3.4724XSP全固态全相参双线偏振多普勒天气雷达总体技术性能参数

（1）系统性能参数

●频率：

X波段

●探测范围：

1.强度探测距离：

警戒≥240km；定量≥120km；

2.速度探测距离：

≥120km；

3.谱宽探测距离：

≥120km；

4.差分反射率探测距离：

≥120km；

5.差分传播相移探测距离：

≥120km；

6.传播常数探测距离：

≥120km；

7.相关系数探测距离：

≥120km；

8.退偏振因子探测距离：

≥120km；

9.方位扫描范围：

0°～360°；

10.俯仰扫描范围：

0°～+90°；

11.强度探测范围：

-15～+70dBZ；

12.速度探测范围：

±96m/s；

13.谱宽探测范围：

0～16m/s；

14.差分反射率：

-10～+10dB；

15.差分传播相移：

-180～+180°；

16.传播常数：

-2～+10°/km；

17.相关系数：

0～1；

18.退偏振因子：

-40～0dB；

●探测精度（均方根差）：

1.强度测量精度：

1dBz；

2.速度测量精度：

1m/s；

3.谱宽测量精度：

1m/s；

4.角度测量精度：

0.2°；

5.距离测量精度：

37.5m；

6.差分反射率精度：

0.2dB；

7.差分传播相移精度：

0.1°；

8.差分传播相移率精度：

0.1°/km；

9.相关系数精度：

0.05；

10.退偏振因子精度：

0.1dB；

11.杂物抑制优于40dB。

●主要数据产品：

1.PPI基础数据产品；

2.RHI基础数据产品；

3.CAPPI；

4.任意剖面（VCS）；

5.组合反射率因子（CR）；

6.回波顶高（ETPPI）；

7.回波底高（EBPPI）；

8.累积降水量（OHP、THP）；

9.风暴总累积降水量（STP）；

10.垂直积分液态水（VIL）；

11.速度方位显示（VAD）；

12.速度方位显示风廓线（VWP）；

13.风暴结构分析（SS）；

14.冰雹指数（HI）；

15.风暴追踪信息（STI）；

16.中尺度气旋（M）；

17.龙涡旋特征（TVS）；

18.水凝物识别。

●远程终端：

基于高速局域网的微机终端。

●可靠性

MTBF≥5000h。

●可维性

MTTR≤0.5h。

●连续工作时间

24小时。

●电源和功耗

1.电源：

220VAC±10%，50～60Hz；

2.功耗：

≤1kw。

●工作环境条件

1.温度：

室内装置0～+40℃，室外装置-40～+55℃；

2.湿度：

室内装置90%～96%（30℃），室外装置95%～98%（30℃）。

（2）雷达工作方式

本雷达以菜单形式选择多种工作方式和工作参数，程序设置自动限制工作区间，典型可选工作参数如下：

1.PPI/RHI/体扫/扇扫；

2.强度模式；

3.单重频测速；

4.双重频测速。

（3）雷达工作模式

724XSP全固态双偏振多普勒天气雷达具备水平、垂直两个通道的全固态发射机和接收机，能工作在双发双收、单发双收等多种工作模式。

（4）雷达分系统性能参数

●天馈系统：

天馈系统包含抛物面天线、馈线和双极化波导馈源等。

工作频率为9.3GHz～9.5GHz可变（20个点，每点间隔10MHz），可避免同频干扰。

1.形式：

圆口径旋转抛物面；

2.口径：

1.8m；

图3：

724XSP全固态双偏振多普勒天气雷达圆口径旋转抛物面天线

3.增益：

≥41dB；

《724XSP全固态双偏振多普勒天气雷达1.8米圆口径旋转抛物面天线测试报告》

测试地点：

中船重工724研究所微波暗室

测试设备：

MI2097全自动天线测试系统

测试结论：

表1：

天线水平极化远场数据

频率

方位面

俯仰面

增益（dB）

3dB波宽（°）

副瓣（dB）

3dB波宽（°）

副瓣（dB）

1.342

-31.10

1.350

-29.18

41.87

1.337

-32.50

1.405

-28.77

41.82

1.275

-30.55

1.403

-28.06

42.00

1.293

-31.97

1.375

-26.69

42.27

1.342

-32.54

1.363

-29.25

42.39

1.280

-30.90

1.390

-28.92

42.36

1.268

-31.46

1.393

-26.26

42.36

1.317

-31.78

1.385

-27.63

41.77

1.300

-36.85

1.370

-30.60

41.29

表2：

天线垂直极化远场数据

频率

方位面

俯仰面

增益（dB）

3dB波宽（°）

副瓣（dB）

3dB波宽（°）

副瓣（dB）

1.327

-30.79

1.355

-22.35

42.12

1.325

-29.49

1.400

-29.32

41.96

1.358

-32.66

1.305

-30.45

42.22

1.360

-32.07

1.305

-23.73

42.31

1.317

-30.32

1.373

-25.90

42.41

1.320

-31.41

1.335

-30.57

42.51

1.365

-31.92

1.280

-25.20

42.33

1.347

-30.95

1.315

-25.82

42.30

1.300

-31.37

1.340

-26.02

42.54

图4：

水平极化天线远场方位面方向图

图5：

水平极化天线远场俯仰面方向图

图6：

垂直极化天线远场方位面方向图

图7：

垂直极化天线远场俯仰面远场方向图

4.波束宽度：

≤1.25°；

5.最大副瓣：

≤-29dB；

6.极化方式：

水平/垂直双极化；

7.极化隔离度：

≥35dB；

8.抗风能力：

8级风能工作，10级风不被损坏。

724XSP全固态双偏振多普勒天气雷达天馈系统特点：

馈线无旋转关节，避免旋转关节运动时因插损的变化而影响测量准确度。

●TR组件系统：

TR组件系统包含固态微波功率TR模块、频率合成器模块、数字接收和信号处理模块等。

1.发射机型式：

全固态发射机；

2.通道数量：

2个；

3.工作频率：

9.3～9.5GHz（20个点，每点间隔10MHz）；

4.发射峰值功率：

≥50W；

5.发射信号杂散：

优于55dBc；

6.最大占空比：

15%；

7.最大脉宽：

300μs；

8.脉冲重复频率：

400～4000Hz；

9.接收机噪声系数：

≤3.5dB；

10.接收机动态范围：

≥85dB；

11.本振相位噪声：

≤-100dBc/Hz@1kHz；

12.数字下变频的镜频抑制：

≥60dB；

13.信号带宽：

4MHz。

●信号处理分系统：

信号处理分系统包含FPGA+CPU通信、控制及气象信号处理等。

信号处理采用技术为数字脉冲压缩技术

1.脉冲压缩主副比：

≥40dB；

2.脉冲压缩宽度：

0.25µs；

3.距离库长度：

37.5m/75m/150m/300m可选；

4.距离库数：

1000；

5.相关脉冲数：

16/32/64/128/256可选；

6.强度估算精度：

≤1dB；

7.速度处理精度：

≤1m/s；

8.地物杂波抑制能力：

≥40dB。

●转台与伺服分系统：

转台与伺服分系统包含俯仰传动机构、方位传动机机构、伺服电机、汇流环、光铰链等。

1.扫描范围：

方位0～360°连续，俯仰0°～+90°连续；

2.扫描速度：

方位0～6rpm可变，俯仰0～6rpm可变；

3.定位精度：

方位≤0.15°，俯仰≤0.15°；

4.控制精度：

方位≤0.1°，俯仰≤0.1°；

5.扫描方式：

PPI、RHI、体扫、扇扫、定点；

●雷达终端处理软件、信号处理软件：

雷达终端处理软件、信号处理软件包含雷达操控、状态指示、一次气象产品显示、数据库管理等。

具有完善的自动在线标定功能，包括接收通道幅度相位校准和噪声系数测试、发射通道幅度相位校准等。

724XSP全固态双偏振多普勒天气雷达软件成熟，均取得了计算机软件著作权登记证书和软件产品登记证书。

1.采用微机显控终端，具备方便灵活的程序控制，最佳动态显示效果，系统网络化通讯和管理等；

2.通过雷达运行操控窗口、雷达信号参量设定窗口和实时回波图像显示窗口及窗口上的控键实现全机的显示和控制功能；

3.实时显示雷达工作状态和参数，实时显示雷达回波图像等一次气象产品，显示二次气象产品和历史资料等；

4.软件设计符合国家标准，软件结构便于修改升级与维护，数据格式符合《新一代天气雷达基本数据格式和显示要求（2.0版）》的要求，各子程序之间、模块之间和程序单元之间的依赖关系均减少到最低限度。

（5）气象产品软件

●显示功能

1.同屏多画面显示多幅或多层图形；

2.游标引导：

通过游标录取并显示游标所在点的方位、高度、距离、回波强度、速度、谱宽、差分反射率（Zdr）、差分传播相移率（Kdp）、差分传播相移（φdp）、相关系数（ρhv）等信息；

3.图形放大和漫游；

4.根据具体需要加载和卸载地图，并且地图可分类分层显示；

5.地图参数设置（包括颜色、线条类型）；

6.色标、数据分层控制；

7.任意两点距离测量和显示；

8.基本产品形成动画（强度、速度、谱宽、Zdr、Kdp、φdp、ρhv等）；

9.图象处理（包括滤波、增强、旋转）；

10.产品数值分布的直方图和等值线显示。

●辅助功能

1.图形存储和背景图加载；

2.屏幕保存（将当前的屏幕保存为图形）；

3.打印支持（将存储的图形用打印机打印）；

4.在线帮助。

●雷达二次产品软件气象产品的生成和显示

通过724XSP全固态双偏振多普勒天气雷达，我单位采用先进算法，利用探测到的多普勒参量和双极化参量提供多种二次气象产品，以下提供二次气象产品等图片材料：

1.基本数据产品：

PPI显示；

RHI显示；

CAPPI显示；

任意剖面（VCS）显示；

组合反射率因子（CR）显示。

2.物理量产品：

回波顶高显示（ETPPI）；

回波底高显示（EBPPI）；

累积降水量（OHP、THP）；

风暴总累积降水量（STP）；

水凝物识别；

垂直积分液态水（VIL）。

3.风场产品：

速度方位显示；

速度方位显示风廓线（VWP）。

4.强天气识别产品：

风暴结构分析（SS）；

冰雹指数（HI）；

风暴追踪信息（STI）；

中尺度气旋（M）；

龙涡旋特征（TVS）。

5.偏振量产品：

差分反射率（Zdr）；

差分传播相移率（Kdp）；

差分传播相移（φdp）；