楊昆

摘要：本文圍繞著一款氣象風(fēng)廓線雷達(dá)，進(jìn)行該裝備指揮車的設(shè)計與應(yīng)用。根據(jù)某氣象部門的實際要求，分析了該風(fēng)廓線雷達(dá)的探測特點后，利用某中型客車底盤，進(jìn)行指揮車的結(jié)構(gòu)布局與安裝，并對該風(fēng)廓線雷達(dá)的抗風(fēng)載能力進(jìn)行了計算，并得出計算結(jié)果。風(fēng)廓線雷達(dá)的裝備指揮車，在氣象部門的廣泛應(yīng)用，將極大地提高氣象部門的移動應(yīng)急能力，有效地保障氣象部門的雷達(dá)探測任務(wù)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)廓線雷達(dá)；裝備車；指揮車；氣象雷達(dá)；結(jié)構(gòu)設(shè)計

中圖分類號：P412 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

1 引言

風(fēng)廓線雷達(dá)是一種新型大氣遙感設(shè)備，它的應(yīng)用是對傳統(tǒng)氣球測風(fēng)方法的一次革命。與有球測風(fēng)相比，風(fēng)廓線雷達(dá)除了具有可連續(xù)探測優(yōu)點外，還具有探測數(shù)據(jù)代表性好、時空分辨率高、無需施放探空氣球等特點。為了滿足氣象部門的要求，氣象雷達(dá)的應(yīng)用可以劃分為地面站式和移動車載式，本就針對氣象風(fēng)廓線雷達(dá)的裝備指揮車，研究該指揮車的結(jié)構(gòu)布局以及雷達(dá)的安裝與工作內(nèi)容。

2 風(fēng)廓線雷達(dá)探測原理

風(fēng)廓線雷達(dá)的主要目標(biāo)是晴空大氣湍流，利用布拉格散射原理探測，隨風(fēng)飄動的湍團(tuán)中大氣折射率指數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)Cn2的變化，進(jìn)而導(dǎo)出大氣中風(fēng)向風(fēng)速的真實情況。大氣折射率取決于空氣中溫度、濕度和氣壓等因數(shù)的變化，而折射率的分布則決定于各種尺度的大氣運動。由于折射率的不均勻性，當(dāng)雷達(dá)發(fā)射出的電磁波照射到這樣的運動介質(zhì)時，就會產(chǎn)生散射。雷達(dá)接收機(jī)接收到已有多普勒頻移的后向散射信號，只不過這種信號極其微弱，單脈沖信噪比在-40dB～-50dB以下。通過天頂、偏東15°、偏西15°、偏南15°、偏北15°五個波束位置，在不同高度層的散射信號的積累和數(shù)據(jù)處理，可得到不同時刻的各高度層上的風(fēng)廓線數(shù)據(jù)，如圖1所示。

3 雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 風(fēng)廓線雷達(dá)組成

風(fēng)廓線雷達(dá)一般由相控陣列天線、天線控制單元、收發(fā)組件、數(shù)據(jù)存儲處理單元四部分

組成。其中，1）相控陣列天線用于向天空發(fā)射無線電波和接收回波信號。2）天線控制單元接收來自收發(fā)組件的信號，分配到各路天線控制模塊，將信號功率放大后，經(jīng)過天線發(fā)射出去；接收來自天線陣列的回波信號；偵測天線陣列的溫度、功率狀況，對異常情況發(fā)出報警信號，以實現(xiàn)天線系統(tǒng)的自檢。3）收發(fā)組件主要向天線控制單元中的激勵裝置傳送發(fā)射信號，對各波束進(jìn)行控制，從天線控制單元接收觀測信號，檢測信號的相位，對相位信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、脈沖壓縮、相干累積、FFT變換、非相干累積等處理后，得到多普勒系數(shù)，通過多普勒系數(shù)計算出風(fēng)速和風(fēng)向系數(shù)。4）數(shù)據(jù)處理單元接收、保存收發(fā)組件送來的數(shù)據(jù)，提供用戶與系統(tǒng)交互的界面，用戶可能通過該單元，設(shè)置風(fēng)廓線雷達(dá)工作參數(shù)等。

3.2 雷達(dá)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

風(fēng)廓線雷達(dá)的裝備指揮，系統(tǒng)組成如下圖2所示。它由固態(tài)有源相控陣列天線、發(fā)射前級、波束控制器、接收機(jī)、可編程定時器，雷達(dá)控制系統(tǒng)校準(zhǔn)與監(jiān)控、信號處理機(jī)、數(shù)據(jù)處理與顯示、打印、配電箱、通信接口等組成。

4 雷達(dá)指揮車結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 指揮車布局

氣象風(fēng)廓線雷達(dá)的指揮車，其布局如圖3所示，該氣象雷達(dá)系統(tǒng)的載車采用底盤軸距為3310mm的中型客車，設(shè)計后該車的總體尺寸為：長度5990mm×寬度2100mm×高度（雷達(dá)天線收起狀態(tài)）3100mm，具體的結(jié)構(gòu)布局設(shè)計分為以下幾個部分。

（1）車頂布局：從前向后加裝一臺頂置空調(diào)，以保障車艙內(nèi)環(huán)境溫度；車頂中后部安裝雷達(dá)的天線單元，天線單位的下面通過一套舉升機(jī)構(gòu)連接到車底盤，該舉升機(jī)構(gòu)可以將雷達(dá)天線舉升至5m左右的高度。

（2）車身外部布局：車外底盤下安裝4個支撐腿，根據(jù)地面平整度選擇適合數(shù)量的墊木墊在調(diào)平支撐腿下方，調(diào)節(jié)位居雷達(dá)載車中間部位的左右兩個支撐腿，直到車輛前后方向的水泡居中間位置，調(diào)節(jié)車尾部左右兩側(cè)的兩個支撐腿至有效支撐狀態(tài)。此外，車身兩側(cè)按照氣象部門的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行噴涂，噴字為“氣象局應(yīng)急中心”。

（3）車艙內(nèi)部布局：車艙內(nèi)部主要為指揮桌、指揮椅、設(shè)備機(jī)柜、操作端與顯示端、供電設(shè)備、保障設(shè)備等組成，如圖4所示，通過機(jī)柜中的設(shè)備，對雷達(dá)裝備進(jìn)行操作。

4.2 雷達(dá)抗風(fēng)載計算

本系統(tǒng)是一臺機(jī)動式的雷達(dá)。雷達(dá)工作時，天線轉(zhuǎn)臺豎起，天線轉(zhuǎn)臺與雷達(dá)車固定在一起，因此雷達(dá)車和天線倒伏機(jī)構(gòu)是天線座的基礎(chǔ)。有必要增大雷達(dá)車和天線轉(zhuǎn)臺的剛度，減小變形，保持測角精度的穩(wěn)定性。同時天線升高，受風(fēng)負(fù)荷的作用，有必要對系統(tǒng)抗傾覆能力和抗平移能力進(jìn)行計算。計算風(fēng)速為10級風(fēng)速。該雷達(dá)可以簡化成雷達(dá)艙與汽車為一個整體進(jìn)行系統(tǒng)抗傾覆能力計算。

（1）雷達(dá)抗傾覆能力計算

雷達(dá)天線的迎風(fēng)投影面積S雷達(dá)天線：1.12m2

光電設(shè)備的迎風(fēng)投影面積S光電：0.57m2

雷達(dá)車迎風(fēng)投影面積S雷達(dá)艙：6 m2

汽車的迎風(fēng)面積S汽車：3.4 m2

雷達(dá)天線受力中心高h(yuǎn)雷達(dá)天線：4.5m

光電設(shè)備受力中心高h(yuǎn)光電：4.5m

雷達(dá)艙受力中心高雷達(dá)艙：2.45m

汽車受力中心高h(yuǎn)汽車：1.4m

（2）雷達(dá)抗風(fēng)載平移能力計算

本雷達(dá)在8級風(fēng)有足夠的穩(wěn)定性，10級風(fēng)也不會傾覆，現(xiàn)校核在10級風(fēng)時，雷達(dá)會不會發(fā)生平移。由上述分析可只在側(cè)向時受到力較大，因此只需校核在側(cè)向時是否會發(fā)生移動。雷達(dá)受到的平移風(fēng)力是天線受到風(fēng)力、汽車受到風(fēng)力的合力，即：P合= 9768.1N雷達(dá)支撐腿與枕木靜摩擦系數(shù)f=0.3即靜摩擦力F=G·f=88984N 0.3= 26695.2 N合，因此雷達(dá)在10級風(fēng)時不會移動。

4.3 安裝效果與應(yīng)用

通過以上的設(shè)計，將該寬風(fēng)廓線氣象雷達(dá)安裝在某載車上，實際應(yīng)用的圖片如圖5所表示，為雷達(dá)指揮車的外部與內(nèi)部圖片。雷達(dá)載車系統(tǒng)由載車、空調(diào)、通信接口等組成，全機(jī)雷達(dá)（包括載車）重為3.6噸。

5 結(jié)束語

總之，本文設(shè)計與研究的氣象風(fēng)廓線雷達(dá)指揮車，根據(jù)某氣象部門的實際要求，分析了該風(fēng)廓線雷達(dá)的探測特點后，利用某中型客車底盤，進(jìn)行指揮車的結(jié)構(gòu)布局與安裝，并對該風(fēng)廓線雷達(dá)的抗風(fēng)載能力進(jìn)行了計算，計算結(jié)果表面該雷達(dá)安裝方式，可抗風(fēng)的最大級別為10級。風(fēng)廓線雷達(dá)的裝備指揮車，在氣象部門的廣泛應(yīng)用，將極大地提高氣象部門的移動應(yīng)急能力，有效地保障了氣象部門的雷達(dá)探測任務(wù)要求。

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