数字化天气雷达和双线偏振雷达的标定方法初探

数字化天气雷达定量探测的精度误差与雷达标定的误差有直接关系。特别是对于双线偏振其差反射率因子ＺＤＲ的典型值又为－３－＋５ｄＢ，而不同类型降水物的ＺＤＲ值可能仅相差十分之几分贝，因此，雷达标定的精度是至关重要的。     

基于故障树的CINRAD/SA雷达故障诊断系统

通过分析目前我国新一代天气雷达的维修保障现状,提出利用雷达故障诊断系统来辅助和代替传统的雷达故障诊断手段,以达到缩短故障维修时间、规范维修维护方法和提高维修效率的目的。论文以CINRAD/SA型号的天气雷达为对象,通过对CINRAD/SA天气雷达系统结构的深入研究,结合雷达现有的故障定位功能,确定了故障信息的采集方式;收集和分析了2002—2014年期间近70部CINRAD/SA雷达相对完整的故障维修案例,基于故障树分析法(FTA)建立了雷达故障树,并以发射机子系统为例,进行了故障树的定性分析和定量分析,得到初始数据。在分析和研究的基础上,开发了"CINRAD/SA天气雷达故障诊断系统",为雷达故障诊断提供指导思路。     

星载雷达与C波段地基雷达数据一致性个例分析

为提高单部雷达与多部雷达组网探测降水的精度,对地基雷达进行了一致性定标。星载雷达作为标准参考源已应用于S波段天气雷达的一致性定标,但对于C波段天气雷达的适用性仍有待研究。为此,本文选择了位于较高纬度的兰州C波段业务雷达,设计了以星载雷达标定C波段雷达的方法。通过对两个降水个例进行分析发现:定标后的C波段雷达回波强度和降水反演精度均有一定改善。说明采用星载雷达对C波段雷达进行定标也是可行的,这有利于解决西部地区地基雷达组网探测的一致性定标难题,展现了良好的应用前景。     

X波段双偏振雷达相态识别与拼图的关键技术

X波段双偏振雷达具有时空分辨率高、易于布网的特点,但散射特性差异和衰减影响使现有S波段雷达的相态识别和拼图算法不适用于X波段双偏振雷达.该文针对X波段相态识别及拼图产品的关键技术开展研究,提出基于准垂直剖面的融化层识别方法、基于数据质量的置信度阈值调整方法、基于统计的隶属函数参数改进方法和基于衰减程度的拼图融合方法.通...     

新一代天气雷达均一性评估

为实现对全国天气雷达不同波段、不同型号、不同区域的回波差异进行检测和评估,确保雷达组网数据的均一性,利用经过严格数据质量控制后的单站雷达CAPPI格点数据,建立了可靠的相邻雷达回波强度均一性检测算法,并根据我国天气雷达回波差异实际状况制定了均一性评估标准,实现均一性算法的业务运行,使雷达观测同一区域回波反射率的实时均一性评估成为可能。从评估结果来看:①S波段雷达整体均一性强于C波段雷达,SA雷达均一性状况最好,CC、CD雷达均一性状况较差;②以SA型号雷达为主的华东、华南地区均一性较好;③雷达波段不一,型号繁多的偏远区域均一性较差。均一性评估系统对有回波但回波强度、回波位置不正确以及雷达数据时间错位的情况,能有效弥补其他质控算法的短板,及时发现雷达回波异常,缩短故障修复时间,提高雷达数据准确性。     

基于图像处理技术自动判别雷达异常产品

对雷达产品的实时监控是中国气象局气象探测中心运行监控实时业务工作的重要内容之一,因此实现自动化识别雷达异常产品具有重要的现实意义和研究价值。论述基于图像处理技术实现自动识别雷达异常产品,详细介绍系统实现模型及雷达数据异常自动识别算法,其中主要阐述了特征提取、迭代学习器等相关内容。通过对检测出的雷达产品异常产品分析表明,基于图像处理技术的雷达产品异常自动识别系统可以高效的、实时的检测出异常雷达产品,便于技术人员快速发现雷达异常并及时修复,也可作为雷达维修或雷达升级改造的依据,提高雷达的使用效率。     

C波段多普勒天气雷达地物识别方法

地物回波对雷达数据应用会造成负面影响,是影响定量降水估测等产品精度的重要因素,识别并剔除地物回波是雷达基数据质量控制的一个重要内容。该文在现有S波段雷达地物识别方法的基础上,使用长治、哈尔滨两部CINRAD/CC雷达2011年观测数据,对C波段雷达地物回波特征进行分析,改进识别参量的隶属函数,建立适合C波段多普勒天气雷达的地物识别方法 (MCC方法),并对该方法进行效果检验。结果表明:S波段及C波段雷达地物回波与回波强度有关的参量分布较为相近,与降水回波的参量分布有明显区别;S波段雷达地物识别方法中与回波强度有关的参量可用于C波段雷达地物的识别,与速度有关的参量中仅中值速度可用于C波段雷达。通过统计分析与个例分析,相对于现有S波段雷达识别方法,MCC方法可显著提高C波段雷达地物回波的识别正确率,并可减少层状云降水回波的误判。     

新一代多普勒天气雷达远程诊断控制管理方案研究

随着中国新一代多普勒天气雷达网大规模快速建设和发展,传统的维护和技术支持方式已经不能满足需要,探索经济、实用、高效的远程维护手段和方法日趋必要。鉴于雷达系统硬件设备的维护只能在现场进行,文章探讨雷达软件系统的远程维护诊断的可行性,分析雷达软件系统远程实时诊断监控管理方案。雷达软件系统远程实时诊断监控可为雷达系统维护人员,特别是为雷达软件系统技术人员直接提供远程诊断和控制支持。     

New developments in FM-CW radar sounding

Simultaneous lidar and FM-CW (frequency modulated-continuous wave) radar observations are presented and both common and different features observed with the two remote sensors are described. Among the common features are Kelvin-Helmholtz (K-H) waves and turbulent structures. The potential of the FM-CW radar as a meteorological tool for aiding fog dissipation forecasts is illustrated. The data also indicate that the radar often detects echoes from height regions which coincide with cloud tops. A new FM-CW radar sounder is described which incorporates scanning capability and which is fully mobile. Examples of recent observations are presented illustrating the capabilities of this second generation radar sounder.Future applications of the FM-CW radar sounder, such as investigations of the exact nature of the mechanism responsible for the radar returns, require accurate calibration of the radar sounder. It is shown that resolution and sensitivity of a linear frequency-modulated FM-CW radar depend on the time delay of the signal. Range dependency on resolution and sensitivity is calculated for various periodic and stochastic perturbations in a linear modulation and good agreement is found between calculated and measured values.     

基于PLC的新一代天气雷达远程控制系统设计与实现

针对CINRAD/CA型新一代天气雷达运行过程中存在的接收机、发射机、伺服系统等分系统供电不能进行远程控制的问题,设计实现了基于PLC的新一代天气雷达远程控制系统。系统在不改变雷达原来结构、不影响雷达性能与技术指标的情况下,基于西门子S7-1200PLC控制器,通过控制继电器开关间接控制主回路交流接触器,实现雷达机房接收机、发射机、伺服系统等分系统供电运行状态的实时监测和远程一键式开关机自动控制。在保证雷达观测数据传输及时性和可用性的同时提高雷达技术保障人员对雷达维护的时效性,为新一代天气雷达观测站无人值守提供一种可靠的技术手段。     

网络化多普勒天气雷达反射率因子的衰减订正

利用国内第一个网络化雷达试验平台的观测资料,基于网络化雷达反射率因子衰减订正算法,对观测数据进行衰减订正。并与单部雷达自适应约束算法和常州S波段雷达观测资料进行比较分析,结果显示订正方案合理。个例分析表明,经过雨区后单部雷达探测的回波强度较弱甚至探测不到,而网络化雷达可以利用多部雷达的共同观测,弥补单部雷达探测上的不足,体现出网络化雷达衰减订正的优势。     

新一代天气雷达观测受遮挡范围内数据插补的技术方法

新一代天气雷达的建设和使用中会不可避免地遇到地形遮挡的问题。本文以南京、连云港两部新一代天气雷达为例,探讨了一种遮挡范围内进行数据插补的技术方法,以弥补雷达产品生成中的缺陷问题,尤其是解决雷达定量测量面降雨量场的补缺问题,对其它地方的新一代天气雷达观测有一定的参考意义。     

新一代天气雷达发射机常用芯片自动检测技术研究

目前气象业务中,新一代天气雷达组网建设不断完善,其在短时临近灾害性天气预报、预警业务和决策服务中越来越发挥着不可替代的重要作用,因此,做好新一代天气雷达的业务运行保障工作非常重要。针对新一代天气雷达发射机软硬件复杂、故障频发、维修时效长、维修难度大等特点,研制了新一代天气雷达发射机常用芯片自动检测系统。该自动检测系统采用了机外脱机测试方法,从而保证了雷达设备和人身的安全;采用了发光二极管指示灯直接输出测试结果的自动测试方式,保证了雷达修复的较短时效;可直接测试雷达组件内部电路板常用关键芯片的好坏,而不必更换整个笨重的分机组件备件,从而使维修新一代天气雷达发射机故障变得便捷、高效、经济。新一代天气雷达发射机常用芯片自动检测系统研制完成后在多个台站得到了试用,试用效果良好,可为其他新一代天气雷达站快速维修新一代天气雷达发射机提供借鉴和参考。     

我国地基天气雷达技术系统发展介绍

回顾了我国天气雷达从常规雷达发展到单极化多普勒,再到双极化多普勒,雷达获取目标的参数信息更加丰富的过程。分析了常规、单极化多普勒、双极化多普勒雷达工作原理及其产品信息。对于我国新一代S、C和X波段的天气雷达性能进行了研究对比。阐述了毫米波段多普勒测云雷达工作原理及其产品。对新一代天气雷达网进行了分析及展望,双极化将是我国天气雷达网升级改造趋势,为弥补新一代天气雷达探测盲区,小型移动电扫描雷达也是一种辅助主雷达网可移动灵活布网的趋势。     

W波段毫米波云雷达技术的研究进展

毫米波雷达相比于厘米波雷达对非降水云的观测具有更高的灵敏度,因此世界发达国家已经广泛利用毫米波雷达进行云的观测实验。国内的毫米波云雷达受器件及加工工艺的限制仍处于发展阶段,在此背景下本文从地基、机载以及星载3个方面对国内外W波段毫米波云雷达进行总结,根据毫米波雷达的天线、发射电路、接收电路以及信号处理4个方面分析其原理框图及性能参数,最后利用英国Chilbolton观测场的94GHz Galileo雷达对2008年4月4日的非降水云进行回波数据的分析,结果表明Galileo毫米波雷达能够很好地对云以及雾进行探测,其结论为国内W波段毫米波云雷达的设计提供借鉴。     

新一代天气雷达产品故障识别及监测预警系统设计实现

新一代天气雷达故障直接影响数据质量,异常产品的产生对短时临近预报预警带来了重大的影响,实现雷达异常产品实时监测具有一定现实意义。本系统采用WinForm 3层架构+ORM模型架构,通过统计纹理分析、灰度图像特征值分析等图像处理技术实现自动识别雷达异常产品。新一代天气雷达产品故障监测预警系统可以实时、高效、准确检测出异常雷达产品,满足强对流天气预警监测、天气雷达故障预警服务预判、天气雷达产品可用性服务等功能要求,从单部雷达产品数据中识别出异常回波,避免进一步影响多雷达组网拼图,对天气雷达组网产品的质量控制具有重要的意义。     

C波段调频连续波天气雷达探测系统及观测试验

对降水云更高时、空分辨率观测资料的需求推动了天气雷达技术的发展,调频连续波雷达(FMCW)系统采用收发分置双天线体制,采用数字直接移相(DDS)技术和快速傅里叶变换(FFT)信号处理技术,获取高度分辨率达到15、30 m,探测周期2—3 s的回波功率谱分布和谱参数,具有脉冲多普勒雷达无法比拟的探测优势。C波段FMCW(C-FMCW)雷达最小可测信号功率达到-170 dBm,微弱信号的定量标校是技术难点。采用标准信号源输出单频信号,经过数字直接移相扩展为与雷达系统相同扫频范围信号,得到最小输入功率可达-169.77 dBm的定标曲线,由定量标校后的谱分布计算得到回波强度谱密度分布。该雷达于2013年6月起在安徽定远开始观测,利用8月24日降水过程探测数据,与距离该地48 km的蚌埠和83 km的合肥SA扫描雷达观测数据,分别进行对流云与层状云的观测比对分析。对于均匀分布的层状降水云,C-FMCW雷达与SA雷达探测结果基本接近, C-FMCW雷达与蚌埠SA雷达的平均均方根误差为1.75 dB,与合肥SA雷达的平均均方根误差为2.02 dB,C-FMCW雷达与两部SA雷达探测的回波强度差异小于1 dB。对观测试验谱参数及回波强度谱密度分布进行了初步分析,C-FMCW雷达在研究降水云体的相态分区、晴空大气边界层回波等方面有较好的应用前景,有助于加深对强降水云中垂直运动的强烈变化的探测和认识。     

基于SRTM地形数据天气雷达地形遮挡分析系统开发及应用

天气雷达是目前对强对流、台风、暴雨等天气过程进行精细探测的重要手段之一,其观测数据对天气预报业务起着关键的作用.天气雷达的探测能力会受到雷达所建位置四周地形遮挡影响.因此合理的雷达选址能更大程度地发挥出雷达的探测能力.基于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台获取的SRTM地形数据,利用MATLAB工具开发天气...     

基于预测的双线偏振天气雷达数据无损压缩算法

随着双线偏振天气雷达技术的发展,雷达提供的探测参量越来越多,数据精度不断提高。探测性能提升使得天气雷达数据量急剧增长,数据存储和传输是雷达网络化应用中需要解决的重要问题。数据压缩算法用于减小传输和存储的数据量,但通用的数据压缩算法并未充分考虑双线偏振天气雷达数据的特点。文中提出适用于双线偏振天气雷达数据压缩算法（DPRC）,使用径向预测减小天气雷达数据相关性,实现了天气雷达基数据的高效无损压缩。使用CSU-CHILL雷达数据和双线偏振改造后的CINRAD SA雷达对DPRC的算法性能进行评估,试验结果表明,DPRC较通用的压缩算法压缩率更高,适用于高分辨率双线偏振雷达数据无损压缩。      

风廓线雷达产品数据置信度研究

随着风廓线雷达技术的发展,高空风探测参量越来越多,数据精度不断提高,探测能力得到了极大提升。评估风廓线雷达数据置信度是风廓线雷达应用中需要解决的重要问题。本文基于径向数据和风场合成两个阶段,在风廓线雷达数据反演过程中形成数据置信度算法,并引入噪声电平。同时,利用南京同站址风廓线雷达和探空1 a的资料进行匹配比对,对置信度算法性能进行评估,结果表明该置信度算法可行。将置信度算法植入风廓线雷达数据处理软件中,能实时输出含置信度的风廓线雷达产品数据,有利于预报人员合理使用置信度较高的风廓线雷达产品数据。对于置信度较差的产品数据进行分析,可有助于及时发现雷达的潜在故障。