周鐵樁，葉 飛

(1. 呼倫貝爾市海拉爾區(qū)氣象局，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)大氣探測技術保障中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

L波段雷達探空系統(tǒng)是我國北方高精度探空數(shù)據(jù)的獲取的主要力量，內(nèi)蒙古也是全國探空測風的大省，目前，全區(qū)氣象系統(tǒng)內(nèi)有12部L波段探空雷達正在業(yè)務運行，占全國1/10。呼倫貝爾市海拉爾區(qū)探空站是內(nèi)蒙古地區(qū)最北部的一個探空站(經(jīng)度：119.70°，緯度：49.25°，海拔高度：649.7m)，該站冬季溫度能達到-30℃左右，屬于典型的高寒、高濕站，L波段探空雷達機械部分在冬季經(jīng)常會出現(xiàn)結(jié)冰、霜凍現(xiàn)象，因此，時刻掌握雷達天線指向是否準確就顯得十分必要[1-2]。筆者將分別應用太陽法和經(jīng)緯儀對比觀測法對海拉爾區(qū)探空雷達天線指向進行檢查，通過分析兩種方法的對比觀測數(shù)據(jù)以及實際操作過程，總結(jié)兩種方法的優(yōu)缺點，希望對探空業(yè)務有所促進。

1 太陽法

將太陽作為微波輻射的噪聲，L波段雷達對準太陽時，通過獲取太陽噪聲信號實現(xiàn)雷達實時自動跟蹤太陽[3]。太陽法對比觀測前只需將計算機授時為正確的北京時間，將雷達天線設置對準太陽后天線打到自動狀態(tài)即可，然后打開太陽法對比觀測軟件，根據(jù)實驗需要設置所需的采樣間隔，即可自動執(zhí)行對比觀測，觀測完成后數(shù)據(jù)上傳服務器后系統(tǒng)將自動繪制太陽法和雷達對比觀測曲線。通過對比太陽位置的理論數(shù)值和雷達跟蹤太陽時的實際指向(仰角、方位)數(shù)值之間的差異，即可知道雷達天線指向是否準確。查找文獻可知太陽高度角(θ)，太陽方位角(α)求解公示如下：

sinθ=sinφsinδ+cosφcosδcosω

(1)

(2)

其中，φ為當?shù)鼐暥?，δ為太陽赤緯角，ω為太陽時角。通過太陽赤緯角算法和當?shù)貢r差算法的解析即可獲得高精度的太陽位置。

在2020年6月16日早上9:30開始應用太陽法對海拉爾區(qū)L波段探空雷達天線指向進行檢查，圖1、圖2分別采集了200多組對比數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)采樣間隔為3s，從圖中可以看出太陽法理論計算值線性度較高，雷達天線實測值波動范圍較小，仰角誤差和方位誤差基本都在0.3°以內(nèi)，誤差相對較小，對比效果很好，太陽法能夠用來檢查雷達天線指向是否正確。

由于太陽法對比時除雷達發(fā)射機不開以外，其他雷達分部件都正常運行，雷達能否實時跟蹤太陽也從側(cè)面檢驗了雷達接收、伺服、饋線等系統(tǒng)是否存在故障，在L波段雷達放球計算機上安裝一個太陽法軟件，將雷達對準太陽并能自動跟蹤(若無法對準或自動跟蹤可判斷雷達天控、接收、伺服部分存在故障)，通過對比雷達跟蹤太陽時的實時方位、仰角和太陽理論方位仰角之間的誤差，判斷雷達天線指向是否準確，此方法能夠?qū)θ斯硕ɡ走_是否準確進行驗證，提供了一種新的標定雷達天線指向的方法，能第一時間判斷雷達主要部件的性能是否正常。

圖1 太陽法對比仰角誤差

圖2 太陽法對比方位誤差

2 經(jīng)緯儀對比觀測法

圖3 經(jīng)緯儀對比仰角誤差

圖4 經(jīng)緯儀對比方位誤差

現(xiàn)行高空觀測業(yè)務規(guī)范中要求每月需通過經(jīng)緯儀和雷達進行對比觀測，檢查探空雷達天線指向是否準確。圖3、圖4分別展示了2020年6月16日早8點放球時的雷達和經(jīng)緯儀對比觀測情況，由于放球半小時后經(jīng)緯儀已無法觀測到探空氣球，數(shù)據(jù)采集從放球第11min開始采集，到第30min結(jié)束，數(shù)據(jù)采樣間隔為每分鐘一次，其間一共獲取了20組對比觀測數(shù)據(jù)。從圖中可以看出仰角誤差在0.4°以內(nèi)，放球初期仰角誤差較大，隨著時間推移，越往后仰角誤差越小；方位誤差在0.5以內(nèi)，誤差隨機性較大。

經(jīng)緯儀架設、調(diào)平、定向以及抓球都需由觀測員自主完成，因此，觀測員觀測水平的高低直接影響了所獲取數(shù)據(jù)的準確性，且每次經(jīng)緯儀對比觀測都需調(diào)平和確定固定目標物是否準確，操作繁瑣，耗時較長，容易引入人為誤差。

3 結(jié)論

應用太陽法和經(jīng)緯儀對比觀測法兩種方法對內(nèi)蒙古呼倫貝爾市海拉爾區(qū)探空雷達進行了天線指向檢查，通過分析對比觀測數(shù)據(jù)可以得到如下幾條結(jié)論：①太陽法對比觀測只需1人操作對比觀測軟件即可，操作簡便，且可獲取任意時間間隔、大體量的對比觀測數(shù)據(jù)；經(jīng)緯儀對比觀測法至少需要2名業(yè)務熟練的觀測員進行配合操作，且受經(jīng)緯儀觀測距離和天氣能見度狀況影響較大，一般只能獲取到放球前半小時內(nèi)的對比觀測數(shù)據(jù)。②太陽法對比觀測精度更高，誤差線性度較好，有利于后期數(shù)據(jù)偏差訂正；經(jīng)緯儀對比觀測法由于人為操作因素較多，容易引入人為誤差，對比觀測精度相對較差。③太陽法不僅可以檢查探空雷達天線指向是否正常，還能作為日常雷達維護保障的驗證工具。