李昭春張永莉

(1.海南省氣象探測(cè)中心，?？?570203; 2.海南省南海氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海口 570203; 3.成都信息工程大學(xué)，成都 610225)

0 引言

全國(guó)新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)定標(biāo)和測(cè)試業(yè)務(wù)工作中配備的機(jī)外測(cè)量?jī)x表中的微波射頻信號(hào)源主要采用美國(guó)安捷倫公司的E4428C型號(hào)信號(hào)發(fā)生器。該型號(hào)的射頻信號(hào)發(fā)生器使用簡(jiǎn)單方便，性能穩(wěn)定可靠。在天氣雷達(dá)各種定標(biāo)業(yè)務(wù)工作[1-10]中，常常要使用到機(jī)外信號(hào)源。主要是用來(lái)進(jìn)行新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)反射率、速度等標(biāo)定，動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度等測(cè)試，還可以用于微波線路損耗測(cè)試等。因此，熟練使用這種機(jī)外信號(hào)源的各種功能技巧對(duì)維護(hù)維修好新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)非常重要。在新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)定標(biāo)和測(cè)試業(yè)務(wù)工作實(shí)際中也有一些不方便直接操作新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)外信號(hào)源控制面板的地方。為了更加方便地使用機(jī)外信號(hào)源，本文提出了利用遠(yuǎn)程控制機(jī)外信號(hào)源的方法快捷高效的開(kāi)展新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)定標(biāo)工作。

新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)外信號(hào)源可以通過(guò)網(wǎng)線連接從而支持網(wǎng)絡(luò)通信?？梢允褂眠B接局域網(wǎng)的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)外信號(hào)源。當(dāng)測(cè)試信號(hào)輸入端和系統(tǒng)結(jié)果輸出端不在同一個(gè)機(jī)房或同一樓層時(shí)，使用遠(yuǎn)程控制信號(hào)源的方法將大大提高業(yè)務(wù)工作效率，減少業(yè)務(wù)人員數(shù)量(需要至少兩個(gè)人用對(duì)講機(jī)來(lái)協(xié)調(diào)操作)，從而使得一個(gè)業(yè)務(wù)人員就可以輕松完成新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)外定標(biāo)工作。

1 web遠(yuǎn)程控制

如圖1所示，該界面為新一代天氣雷達(dá)機(jī)外信號(hào)源內(nèi)置的網(wǎng)頁(yè)遠(yuǎn)程控制信號(hào)源設(shè)備界面。只要在與之互聯(lián)的計(jì)算機(jī)瀏覽器中輸入新一代天氣天氣雷達(dá)機(jī)外信號(hào)源配置的IP地址，即可打開(kāi)該界面。在其左上角輸入指定的頻率和幅度，然后點(diǎn)擊RF ON/OFF按鈕即可輸出穩(wěn)定的射頻信號(hào)源。如果需要輸出調(diào)制的射頻信號(hào)時(shí)，可以在右上角選擇調(diào)制方式，然后點(diǎn)擊MOD ON/OFF按鈕則可以輸出指定的調(diào)制信號(hào)。但該方式不能選擇信號(hào)幅度和頻率的步進(jìn)量，默認(rèn)為手動(dòng)輸入的步進(jìn)量。這樣使得在做新一代天氣天氣雷達(dá)定標(biāo)測(cè)量實(shí)際業(yè)務(wù)中帶來(lái)不便。因?yàn)樾乱淮鞖馓鞖饫走_(dá)定標(biāo)測(cè)量實(shí)際業(yè)務(wù)經(jīng)常需要改變幅度和頻率數(shù)值。

圖1 web網(wǎng)頁(yè)遠(yuǎn)程控制天氣雷達(dá)機(jī)外信號(hào)源設(shè)備

2 telnet遠(yuǎn)程控制

telnet是Internet遠(yuǎn)程登錄服務(wù)器的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。它為用戶提供在本地終端電腦上完成遠(yuǎn)程控制服務(wù)器電腦工作的能力。在終端用戶的電腦上使用telnet程序，用它連接到服務(wù)器。終端用戶可以在telnet程序中輸入控制命令，就像直接在服務(wù)器的控制臺(tái)上輸入命令一樣。從而可以在本地就能控制遠(yuǎn)程服務(wù)器。如圖2所示，該界面為與之互聯(lián)的計(jì)算機(jī)中使用telnet軟件遠(yuǎn)程控制新一代天氣雷達(dá)機(jī)外信號(hào)源設(shè)備的界面。在計(jì)算機(jī)的控制臺(tái)命令窗口輸入“telnet 192.168.100.5 5025 ”，即可遠(yuǎn)程登陸到新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)外信號(hào)源設(shè)備，然后輸入相應(yīng)的命令控制信號(hào)源輸出指定幅度和頻率的微波測(cè)試信號(hào)，從而對(duì)新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行定標(biāo)測(cè)試。比如，輸入SOURce:FREQuency 2730 MHz，表示控制新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)外信號(hào)源輸入頻率為2730 MHz的微波測(cè)試信號(hào)。輸入POW:AMPL -10 dbm，表示控制信號(hào)源輸入幅度為-10 dbm的微波測(cè)試信號(hào)。輸入OUTPut:STATe ON ，表示打開(kāi)信號(hào)源開(kāi)關(guān)，立即輸出該微波測(cè)試信號(hào)。

圖2 telnet 遠(yuǎn)程控制天氣雷達(dá)機(jī)外信號(hào)源設(shè)備

3 Windows程序控制

如圖3所示，通過(guò)在Windows 各版本的操作系統(tǒng)下使用微軟公司的VB6.0程序設(shè)計(jì)軟件編程，實(shí)現(xiàn)快速高效遠(yuǎn)程控制新一代天氣雷達(dá)機(jī)外信號(hào)源設(shè)備。其中，界面的IP地址輸入框里輸入新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)外信號(hào)源的IP地址，界面的線損輸入框輸入連接定標(biāo)測(cè)試信號(hào)源和新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)備測(cè)試信號(hào)輸入端的連接電纜的線纜損耗。在界面的頻率和幅度輸入框里輸入指定的測(cè)試信號(hào)參數(shù)，點(diǎn)擊ON按鈕即可控制信號(hào)源輸出指定的微波測(cè)試信號(hào)。根據(jù)新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)外定標(biāo)測(cè)試需要，該測(cè)試信號(hào)設(shè)定為連續(xù)波信號(hào)。對(duì)應(yīng)幅度和頻率給出了自動(dòng)加和自動(dòng)減的快捷步進(jìn)按鈕，步進(jìn)量可以選擇幾個(gè)常用的步進(jìn)數(shù)值，如頻率步進(jìn)量有1 Hz，10 Hz，100 Hz，幅度步進(jìn)量有1 dBm,2 dBm,5 dBm，10 dBm。頻率步進(jìn)量的設(shè)置便于快速設(shè)置新一代天氣雷達(dá)機(jī)外測(cè)試信號(hào)頻率偏移量，便于新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)量目標(biāo)物速度的定標(biāo)測(cè)試，幅度步進(jìn)量的設(shè)置則是快速改變新一代天氣雷達(dá)機(jī)外測(cè)試信號(hào)幅度大小，以便于新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)接收機(jī)強(qiáng)度定標(biāo)與線性動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試。其關(guān)鍵代碼如下。

新一代天氣雷達(dá)機(jī)外測(cè)試信號(hào)頻率自動(dòng)加和減的代碼設(shè)計(jì)如下：

Text1.Text = CStr(Val(Text1.Text) + Val(Combo1.Text) * 10 ^ -6)

‘這句代碼對(duì)界面中的輸入框數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化’

SockC1.SendData "SOURce:FREQuency " + Text1.Text + "MHZ" + vbCrLf

‘這句代碼通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送指定頻率的測(cè)試信號(hào)給新一代天氣雷達(dá)機(jī)外信號(hào)源

Sleep (10)

‘這句代碼表示等待10毫秒

SockC1.SendData "OUTPut:STATe ON" + vbCrLf

‘這句代碼表示通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送命令打開(kāi)新一代天氣雷達(dá)機(jī)外信號(hào)源開(kāi)關(guān)輸出測(cè)試信號(hào)

新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)外測(cè)試信號(hào)幅度自動(dòng)加和減的代碼設(shè)計(jì)如下：

Text2.Text = CStr(Val(Text2.Text) + Combo2.Text)

‘這句代碼對(duì)界面中的輸入框數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化

SockC1.SendData "POW:AMPL " + CStr(Val(Text2.Text) + Val(Text4.Text)) + "dbm" + vbCrLf

‘這句代碼通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送指定幅度的測(cè)試信號(hào)給新一代天氣雷達(dá)機(jī)外信號(hào)源

Sleep (10)

‘這句代碼表示等待10毫秒

SockC1.SendData "OUTPut:STATe ON" + vbCrLf

‘這句代碼表示通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送命令打開(kāi)新一代天氣雷達(dá)機(jī)外信號(hào)源開(kāi)關(guān)輸出測(cè)試信號(hào)

新一代天氣雷達(dá)機(jī)外標(biāo)定都是用連續(xù)波進(jìn)行標(biāo)定，所以需要先把脈沖調(diào)制狀態(tài)關(guān)閉。按下ON按鈕的代碼如下：

SockC1.SendData "OUTPut:MODulation:STATe OFF" + vbCrLf

Sleep (10)

SockC1.SendData "SOURce:PULM:STATe OFF" + vbCrLf

Sleep (10)

SockC1.SendData "OUTPut:STATe ON" + vbCrLf

圖3 Windows系統(tǒng)下程序遠(yuǎn)程控制天氣雷達(dá)機(jī)外信號(hào)源界面

4 Linux程序控制

由于雷達(dá)生成廠家眾多，有部分型號(hào)的雷達(dá)操作軟件安裝在Linux系統(tǒng)下，所以為了能在Linux系統(tǒng)下也能使用遠(yuǎn)程控制機(jī)外信號(hào)源的方式來(lái)進(jìn)行快速測(cè)試標(biāo)定新一代天氣雷達(dá)性能參數(shù)，因此本文研究了在Linux系統(tǒng)下利用C語(yǔ)言編程軟件實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制機(jī)外信號(hào)源的方法。如圖4所示，考慮到Linux系統(tǒng)窗體界面編程較為復(fù)雜，故使用命令窗口的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。部分關(guān)鍵代碼如下：

char str[50],str0[100],s1[100],s2[100];

char str1[] = "SOURce:FREQuency ";

char str2[] = "POW:AMPL ";

char str3[] = "OUTPut:STATe ON ";

char str4[] = "OUTPut:STATe OFF ";

char str5[] = "OUTPut:MODulation:STATe OFF ";

char str6[] = "SOURce:PULM:STATe OFF ";

//初始化字符串常量

while(1)

{

printf ("Please write down the number:");

scanf ("%d",&No);

if (No == 1)

{

printf (" RFSource AMPL(dBm):");

scanf ("%lf",&l);

sprintf(str0,"%s%lf%s ",str2,ampl,"dbm");

if((num=send(sockfd,str0,sizeof(str0),0))==-1)

{

printf("send() error ");

exit(1);

}

usleep(100000);

if((num=send(sockfd,str3,sizeof(str3),0))==-1)

{

printf("send() error ");

exit(1);

}

usleep(100000);

}

else if (No == 2)

{

…

}

return 0;

}

圖4中，Linux系統(tǒng)下要改變幅度設(shè)定值，可以選擇數(shù)字鍵1，然后根據(jù)提示輸入幅度大小，即可設(shè)定新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)外信號(hào)源的幅度大小，同理，選擇數(shù)字鍵2可以設(shè)定新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)外信號(hào)源的頻率大小，數(shù)字鍵3為幅度步進(jìn)增量設(shè)置，數(shù)字鍵4為頻率步進(jìn)增量設(shè)置，數(shù)字鍵6為打開(kāi)新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)外信號(hào)源，數(shù)字鍵7為關(guān)閉新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)外信號(hào)源，數(shù)字鍵0則退出新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)外信號(hào)源遠(yuǎn)程控制程序。

圖4 Linux系統(tǒng)下程序遠(yuǎn)程控制天氣雷達(dá)機(jī)外信號(hào)源界面

5 手機(jī)APP控制

智能手機(jī)越來(lái)越普及到大眾手中，智能生活和智能工作等理念越來(lái)越便利了大眾的生活方式。為了利用手機(jī)便捷式聯(lián)網(wǎng)功能，可以開(kāi)發(fā)Android 手機(jī)應(yīng)用程序來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制新一代天氣雷達(dá)機(jī)外信號(hào)源。Android 手機(jī)操作系統(tǒng)APK是一個(gè)基于Java的開(kāi)發(fā)環(huán)境，它與Java程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言極為類(lèi)似，而且也是一種較為簡(jiǎn)單的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，Google公司也對(duì)API開(kāi)發(fā)文檔的書(shū)寫(xiě)和樣例提供了很多支持。

開(kāi)發(fā)手機(jī)程序需要下載并安裝Android的SDK軟件開(kāi)發(fā)套件，主要包括有核心庫(kù)文件，一個(gè)模擬器，開(kāi)發(fā)工具和一些示范的樣例代碼。推薦使用Eclipse 和 Android Eclipse 擴(kuò)展。為了方便說(shuō)明問(wèn)題，本文使用一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)下載的通用型網(wǎng)絡(luò)傳輸手機(jī)APP軟件，該軟件可以實(shí)現(xiàn)TCP和UDP連接服務(wù)器，自動(dòng)發(fā)送預(yù)設(shè)定字符串命令到已連接的服務(wù)器，從而可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)遠(yuǎn)程控制新一代天氣雷達(dá)機(jī)外信號(hào)源設(shè)備。如圖5所示，左邊界面為連接新一代天氣雷達(dá)機(jī)外信號(hào)源，右邊為發(fā)送的命令字符串。手機(jī)和新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)外信號(hào)源通過(guò)無(wú)線WIFI網(wǎng)絡(luò)連接，連接框圖如圖6所示。

圖6 手機(jī)APP控制天氣雷達(dá)機(jī)外信號(hào)源連接框圖

6 應(yīng)用實(shí)例

6.1 海口新一代天氣雷達(dá)速度快速標(biāo)定案例

?？谛乱淮鞖饫走_(dá)為全相參多普勒天氣雷達(dá)，通過(guò)徑向速度測(cè)量檢驗(yàn)，從而檢查雷達(dá)系統(tǒng)多普勒處理能力的正確性。如圖7所示，?？谛乱淮鞖饫走_(dá)系統(tǒng)機(jī)外速度定標(biāo)方法為通過(guò)機(jī)外信號(hào)源給雷達(dá)接收機(jī)灌入一個(gè)幅度為-60 dBm，中心頻率為2.73 GHz的微波信號(hào)，并改變?cè)撔盘?hào)的頻率偏移來(lái)模擬接收到的回波多普勒頻移，具體為先找到速度0點(diǎn)，然后再依次向上增加100 Hz和依次向下減少100 Hz頻率，根據(jù)新一代天氣雷達(dá)速度計(jì)算公式v=1/2(F)，其中，為雷達(dá)波長(zhǎng)，F(xiàn)為模擬的多普勒頻偏。然后將新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)終端計(jì)算機(jī)實(shí)際測(cè)量得到的速度值和理論值相減，所得誤差小于指標(biāo)值1 m/s，即為標(biāo)定合格。圖7中的RDASOT程序?yàn)樾乱淮鞖饫走_(dá)系統(tǒng)終端計(jì)算機(jī)測(cè)量速度的測(cè)試軟件，使用的遠(yuǎn)程控制機(jī)外信號(hào)源程序?yàn)閳D4所示的Linux操作系統(tǒng)下本文編制的程序。這樣對(duì)新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)外速度的標(biāo)定將變得快捷高效，不用人工手動(dòng)控制機(jī)外信號(hào)源面板按鍵，而是通過(guò)軟件遠(yuǎn)程操作即可完成標(biāo)定工作，標(biāo)定的結(jié)果如表1所示。

圖7 海口新一代天氣雷達(dá)速度標(biāo)定連接框圖

6.2 西沙新一代天氣雷達(dá)強(qiáng)度快速標(biāo)定案例

西沙新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)外強(qiáng)度定標(biāo)為用機(jī)外信號(hào)源注入頻率為3.065 GHz ，功率為-90 dBm到-40 dBm的信號(hào)，在距離5 km到200 km范圍內(nèi)檢驗(yàn)其回波強(qiáng)度的測(cè)量值，回波強(qiáng)度測(cè)量值與注入信號(hào)通過(guò)雷達(dá)方程計(jì)算回波強(qiáng)度理論值的最大差值應(yīng)在正負(fù)1 db范圍內(nèi)。圖8為西沙新一代天氣雷達(dá)機(jī)外強(qiáng)度定標(biāo)系統(tǒng)框圖。由于該型號(hào)雷達(dá)設(shè)備分布在不同樓層，比如，雷達(dá)終端操作電腦在操作控制室，而接收通道前端位于樓上的發(fā)射接收室，因此需要把雷達(dá)機(jī)外信號(hào)源設(shè)備放到樓上發(fā)射接收室的接收柜旁邊從而給接收機(jī)灌入指定的測(cè)試信號(hào)。那么雷達(dá)系統(tǒng)回波測(cè)量值需要在樓下的操作室的終端電腦讀取，因此必須要兩個(gè)業(yè)務(wù)人員通過(guò)對(duì)講機(jī)或電話進(jìn)行協(xié)調(diào)，才能完成雷達(dá)強(qiáng)度定標(biāo)工作。本文提供的新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)外信號(hào)源遠(yuǎn)程控制方法可以較好地解決這一問(wèn)題。只要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接不同樓層的新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)外信號(hào)源和新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)終端電腦，就可以使用上述圖3或圖5方式在終端電腦上遠(yuǎn)程控制機(jī)外信號(hào)源輸入指定的微波測(cè)試信號(hào)，從而只需要一個(gè)業(yè)務(wù)人員就可完成雷達(dá)系統(tǒng)強(qiáng)度等標(biāo)定業(yè)務(wù)工作，大大提高了工作效率。表2為實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)與理論值(也叫期望值)比較結(jié)果。

7 結(jié)論

新一代天氣雷達(dá)觀測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)建設(shè)已趨于完善，為短時(shí)臨近天氣預(yù)報(bào)、災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)、人工影響天氣等業(yè)務(wù)和科研工作發(fā)揮了不可替代的重要作用，同時(shí)，人們對(duì)現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)的需求越來(lái)越高，這就使得天氣預(yù)報(bào)對(duì)新一代天氣雷達(dá)觀測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、準(zhǔn)確性和時(shí)效性等保障業(yè)務(wù)的要求越來(lái)越高。為了更快捷、高效、安全地開(kāi)展新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)定標(biāo)和測(cè)試業(yè)務(wù)，本文分別提出了web遠(yuǎn)程控制、telnet遠(yuǎn)程控制、Windows程序控制、Linux程序控制和手機(jī)APP控制新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)外信號(hào)源設(shè)備遠(yuǎn)程控制技術(shù)和方法，并給出了兩個(gè)臺(tái)站實(shí)際應(yīng)用案例。這些方法可以解決業(yè)務(wù)人員不便于手工直接操作新一代天氣雷達(dá)機(jī)外信號(hào)源設(shè)備控制面板問(wèn)題，從而使得新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)標(biāo)定業(yè)務(wù)快捷高效。新一代天氣雷達(dá)機(jī)外信號(hào)源遠(yuǎn)程控制技術(shù)和方法可以減少雷達(dá)系統(tǒng)標(biāo)定業(yè)務(wù)工作勞動(dòng)量，提高了工作效率，可以為全國(guó)其他新一代天氣雷達(dá)站提供參考和借鑒。

表1 ?？谛乱淮鞖饫走_(dá)速度標(biāo)定結(jié)果(正測(cè)速雙PRF(3/2))

圖8 西沙新一代天氣雷達(dá)強(qiáng)度標(biāo)定連接框圖

反射率5(km)50(km)100(km)150(km)200(km)實(shí)測(cè)值(dBZ)39.3559.8966.5170.6373.73期望值(dBZ)39.7360.2766.8971.0174.11差值(dB)0.380.380.380.380.38實(shí)測(cè)值(dBZ)29.3549.8956.5160.6363.73期望值(dBZ)29.7150.2556.8760.9964.09差值(dB)0.360.360.360.360.36實(shí)測(cè)值(dBZ)19.3539.8946.5150.6353.73期望值(dBZ)19.7540.2946.9151.0354.13差值(dB)0.400.400.400.400.40實(shí)測(cè)值(dBZ)9.3529.8936.5140.6343.73期望值(dBZ)9.8230.3536.9741.0944.20差值(dB)0.470.460.460.460.47實(shí)測(cè)值(dBZ)-0.6519.8926.5130.6333.73期望值(dBZ)-0.7319.8026.4230.5133.66差值(dB)-0.08-0.09-0.09-0.12-0.07實(shí)測(cè)值(dBZ)-10.659.8916.5120.6323.73期望值(dBZ)-10.779.7916.3220.4423.49差值(dB)-0.12-0.10-0.19-0.19-0.24