黃宣鈞 師傳宏
摘 要:機(jī)場(chǎng)天氣雷達(dá)是民航氣象三大重要技術(shù)裝備之一,是監(jiān)測(cè)和預(yù)警強(qiáng)對(duì)流天氣的主要工具,通過(guò)分析雷達(dá)回波,獲得大氣中的云、降水等氣象目標(biāo)的方位、強(qiáng)度、高度和形狀等信息,對(duì)航空氣象服務(wù)和空中交通管理起到重要作用。通過(guò)分析一例放射性回波,應(yīng)用故障排除法,得出該現(xiàn)象為外部同頻無(wú)線電干擾導(dǎo)致。通過(guò)分析一例局部環(huán)形回波,得出該回波為強(qiáng)反射體造成的虛假回波。
關(guān)鍵詞:714C型天氣雷達(dá) 回波異常 同頻干擾 旁瓣回波
中圖分類(lèi)號(hào):P412.25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2019)04(c)-0019-02
1 機(jī)場(chǎng)714C型天氣雷達(dá)原理及結(jié)構(gòu)
1.1 714C型天氣雷達(dá)簡(jiǎn)介
天氣雷達(dá)是監(jiān)測(cè)和預(yù)警強(qiáng)對(duì)流天氣的主要工具,其工作原理是通過(guò)發(fā)射一系列脈沖電磁波,利用云霧、雨、雪等降水粒子對(duì)電磁波的散射和吸收,為探測(cè)降水的空間分布和鉛直結(jié)構(gòu),并以此為警戒跟蹤降水系統(tǒng)。南寧機(jī)場(chǎng)裝備了一部714C型天氣雷達(dá),是固定式C波段氣象專(zhuān)用雷達(dá),主要用于探測(cè)400km范圍內(nèi)的暴雨、冰雹、大面積降水等;同時(shí)能警戒災(zāi)害性天氣,714C天氣雷達(dá)特別適合航空氣象系統(tǒng)。
1.2 發(fā)射機(jī)原理及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
發(fā)射機(jī)是雷達(dá)整機(jī)的重要組成部分,它產(chǎn)生高頻大功率脈沖,經(jīng)饋線和天線向空間發(fā)射。發(fā)射機(jī)主要由磁控管振蕩器、軟性調(diào)制器、高壓電源、調(diào)壓裝置、控制保護(hù)系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)組成。
1.3 接收機(jī)原理及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
天線接收到的微波脈沖信號(hào)經(jīng)四端環(huán)流器及饋線接收支路到達(dá)接收機(jī),由微波場(chǎng)效應(yīng)放大器放大后經(jīng)預(yù)選器送入信號(hào)混頻器,在混頻器中與來(lái)自本振的高頻信號(hào)進(jìn)行混頻得到30MHz中頻信號(hào)。該中頻信號(hào)經(jīng)前置中頻放大器放大后,分兩路輸出,一路經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)中頻放大器放大后輸送到信號(hào)處理系統(tǒng),進(jìn)行視頻積分處理;另一路經(jīng)線形中頻放大器放大后送信號(hào)處理分機(jī)。
2 放射狀雷達(dá)回波現(xiàn)象及原因分析
某年一段時(shí)期天氣雷達(dá)出現(xiàn)較強(qiáng)的放射狀回波,通過(guò)觀察雷達(dá)回波圖發(fā)現(xiàn)在90°~120°之間尤為嚴(yán)重,無(wú)法識(shí)別降水云團(tuán),嚴(yán)重影響航空氣象服務(wù)。雷達(dá)回波圖出現(xiàn)中心射線狀回波,如圖1所示。
2.1 分析及處置
(1)雷達(dá)出現(xiàn)射線狀回波分布具有一定的規(guī)律性,基本處于90°~120°之間。正常情況下天線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),如果設(shè)備自身出現(xiàn)故障,射線狀回波應(yīng)該不會(huì)集中出現(xiàn)在某一個(gè)位置,應(yīng)該是隨機(jī)的,沒(méi)有規(guī)律可循。
(2)做故障測(cè)試,斷開(kāi)從波導(dǎo)進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)的信號(hào)、斷開(kāi)進(jìn)入信號(hào)處理器的信號(hào),雷達(dá)回波圖中都沒(méi)有任何的射線狀回波,可以進(jìn)一步基本排除是設(shè)備自身故障的原因。
(3)將雷達(dá)天線的仰角進(jìn)行調(diào)整,隨著雷達(dá)仰角的增加射線回波強(qiáng)度有明顯減弱趨勢(shì)。
(4)通過(guò)查看某年4月19日07:58~08:02采集的雷達(dá)回波圖,可以很明顯的看出有螺旋狀轉(zhuǎn)線條,說(shuō)明極可能本場(chǎng)天氣雷達(dá)站附近有類(lèi)似同頻干擾現(xiàn)象。
(5)咨詢(xún)駐場(chǎng)部隊(duì)氣象臺(tái),部隊(duì)預(yù)報(bào)員告知他們的天氣雷達(dá)也會(huì)有放射狀回波。
2.2 無(wú)線電頻率的干擾檢測(cè)
懷疑天氣雷達(dá)放射狀回波可能是無(wú)線電干擾后,報(bào)南寧市無(wú)委,咨詢(xún)本地?zé)o委在是否有其他設(shè)備使用天氣雷達(dá)頻率范圍的設(shè)備,無(wú)委答復(fù)南寧機(jī)場(chǎng)附近沒(méi)有登記有該頻段的設(shè)備。某日,天氣雷達(dá)放射狀回波再次出現(xiàn),南寧市無(wú)委到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行無(wú)線電干擾檢測(cè),使用的儀器為高頻頻譜儀、手持式天線、放大器。經(jīng)過(guò)無(wú)委測(cè)量,我天氣雷達(dá)使用的頻率符合報(bào)備頻率范圍,而在頻譜儀上處出現(xiàn)了一個(gè)和雷達(dá)中心頻率差2MHz的無(wú)線電信號(hào),應(yīng)該是此信號(hào)導(dǎo)致放射狀回波,后經(jīng)無(wú)委反饋干擾源位于南寧機(jī)場(chǎng)附近某處。
2.3 放射狀回波的分析結(jié)論
以往出現(xiàn)放射狀回波,認(rèn)真檢查了雷達(dá)系統(tǒng),推斷是外部無(wú)線電干擾導(dǎo)致,因沒(méi)有高頻段的無(wú)線電偵測(cè)設(shè)備,無(wú)法證實(shí)是外部無(wú)線電干擾。此次地方無(wú)線電管理人員找到了無(wú)線電干擾源,證實(shí)了本機(jī)場(chǎng)714C型天氣雷達(dá)出現(xiàn)的放射狀回波是由無(wú)線電同頻干擾導(dǎo)致的。
3 環(huán)狀回波現(xiàn)象及原因分析
某時(shí)期內(nèi),天氣雷達(dá)在雷達(dá)開(kāi)機(jī)探測(cè)時(shí),發(fā)現(xiàn)在方位20~60°,距離本場(chǎng)雷達(dá)站32km處出現(xiàn)環(huán)狀回波,且該回波僅出現(xiàn)在圖2所示的方位上,其余方位均沒(méi)有出現(xiàn),如圖2所示。
3.1 回波異常分析及處置
雷達(dá)在高壓開(kāi)啟狀態(tài)下,才會(huì)出現(xiàn)環(huán)狀回波;雷達(dá)高壓關(guān)閉狀態(tài)下,沒(méi)有出現(xiàn)上圖環(huán)狀回波。如果有外部無(wú)線電干擾情況,高壓關(guān)閉時(shí),轉(zhuǎn)動(dòng)天線理論上該方位應(yīng)該出現(xiàn)相應(yīng)的回波,而目前高壓關(guān)閉時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)天線沒(méi)有出現(xiàn)此問(wèn)題,由此判斷可能不是來(lái)自外部無(wú)線電干擾。
雷達(dá)設(shè)備整機(jī)檢查:(1)檢查設(shè)備各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)均正常。(2)檢查雷達(dá)發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信號(hào)處理器均正常。(3)檢查雷達(dá)天線罩及饋線系統(tǒng)均沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常情況。
雷達(dá)回波分析:(1)通過(guò)雷達(dá)軟件在俯仰為0度采集的雷達(dá)回波圖中發(fā)現(xiàn),此環(huán)狀回波圖最強(qiáng)點(diǎn)有85dBm,超過(guò)雷達(dá)色標(biāo)設(shè)定的75dBm最大值,對(duì)比雷達(dá)附近地物產(chǎn)生反射回波差不多都在60~70dBm,由此說(shuō)明環(huán)狀回波最強(qiáng)點(diǎn)處有非常強(qiáng)的反射。通過(guò)雷達(dá)軟件定標(biāo)功能大致確定了最強(qiáng)點(diǎn)的經(jīng)度、緯度分別為22.82°、108.38°。查閱地圖上經(jīng)緯度網(wǎng)絡(luò)定位在南寧鳳嶺兒童公園附近,判斷可能為強(qiáng)反射體地物。
(2)經(jīng)過(guò)測(cè)試,對(duì)環(huán)狀回波方位做高度掃描,隨著天線仰角增加,此環(huán)狀回波有減弱的趨勢(shì),但直到天線仰角調(diào)整到30°此環(huán)狀回波仍然有部分存在,現(xiàn)實(shí)中不可能有這么高的地物。
3.2 環(huán)狀回波分析結(jié)論
從以上的分析來(lái)看,環(huán)狀回波很可能是強(qiáng)反射體的地物回波引起的,通過(guò)地圖比對(duì),強(qiáng)回波處有一個(gè)摩天輪,和幾棟摩天大樓,摩天輪是金屬結(jié)構(gòu),是良好的電磁波反射體。因714C型天氣雷達(dá)是舊型號(hào)雷達(dá),旁瓣抑制能力不強(qiáng),雷達(dá)天線掃描過(guò)強(qiáng)反射體后,強(qiáng)反射體仍然被雷達(dá)探測(cè)電磁波的旁瓣掃描到,將電磁波又反射回雷達(dá),雷達(dá)將旁瓣反射也認(rèn)為是正常的回波,導(dǎo)致了環(huán)形回波。
3.3 結(jié)論的論證
可以通過(guò)比對(duì)其他天氣雷達(dá)站的回波圖是否在該處存在環(huán)狀回波論證分析是否正確。和駐場(chǎng)部隊(duì)聯(lián)系,使用他們的天氣雷達(dá)進(jìn)行掃描,在同樣位置也存在環(huán)形回波,對(duì)該位置做高度掃描,回波圖和本雷達(dá)高度掃描圖非常相似。
咨詢(xún)南寧市氣象局的天氣雷達(dá)站,告知在南寧兒童公園附近確實(shí)有較強(qiáng)的地物影響。
通過(guò)以上兩點(diǎn)證實(shí),714C型天氣雷達(dá)回波圖東北方位的環(huán)形回波,是強(qiáng)地物反射體引起的虛假旁瓣回波。
4 結(jié)語(yǔ)
隨著近年來(lái)民航事業(yè)的高速發(fā)展,航班量的迅速增加,機(jī)場(chǎng)天氣雷達(dá)對(duì)于航空服務(wù)的作用越來(lái)越大。在使用中,碰到了一些異常的回波,這些回波有時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響天氣雷達(dá)的正常使用。文中遇到了兩期典型的異?;夭ǎ派錉罨夭ㄊ峭l無(wú)線電干擾導(dǎo)致,局部環(huán)狀回波是外部強(qiáng)反射體導(dǎo)致。我們從雷達(dá)原理出發(fā),由整體到局部,從設(shè)備內(nèi)部到外部環(huán)境,深入分析,適當(dāng)應(yīng)用排除法,就能找到回波異常的原因,更好地應(yīng)對(duì)及處理。
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科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)2019年11期