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L波段测风雷达—电子探空仪系统简介

发布时间:2019-09-14 18:35 来源:未知 编辑:admin

  L 波段测风雷达 —电子探空仪系统简介张立功 1 ,王汝忠 2 ,黄小明 3 ,王小伟 4(1.甘肃省气象局 ,甘肃 兰州 730020 ;2.民勤县气象局,甘肃 民勤 733300 ;3.甘南州气象局 ,甘肃 合作747000;4 .陇南气象局, 甘肃 武都 746000)中图分类号:P412.22文献标识码:B文章编号:1006-7639(2002)-04-0030-031高空探测业务现状新中国成立以来, 我国高空探测系统获得了长足发展 ,业务应用的探空仪从苏式 49 型探空仪等比较杂乱的型号, 发展到我国 1958 年开始自行研制、生产的 59 型探空仪和 80 年代的电子探空仪;地面接收测风系统从短波收...

  L 波段测风雷达 电子探空仪系统简介张立功 1 ,王汝忠 2 ,黄小明 3 ,王小伟 4(1.甘肃省气象局 ,甘肃 兰州 730020 ;2.民勤县气象局,甘肃 民勤 733300 ;3.甘南州气象局 ,甘肃 合作747000;4 .陇南气象局, 甘肃 武都 746000)中图分类号:P412.22文献标识码:B文章编号:1006-7639(2002)-04-0030-031高空探测业务现状新中国成立以来, 我国高空探测系统获得了长足发展 ,业务应用的探空仪从苏式 49 型探空仪等比较杂乱的型号, 发展到我国 1958 年开始自行研制、生产的 59 型探空仪和 80 年代的电子探空仪;地面接收测风系统从短波收报机、光学经纬仪、200MHZ 无线 型二次测风雷达 , 并建成 120个站的业务探测网 , 成为全球探空站密度最高的国家之一。随着科学技术和气象事业的发展,59701 高空探测系统已不能满足当前业务发展的需求 。主要表现在 :(1)技术体制落后。59 型探空仪是机械式仪器 ,探测灵敏度低、辐射误差和滞后系数大 ,特别是在高层(100hPa)以上更为明显。由于探空仪落后 , 近年来因探测温度和高度偏差, 高空探测气象资料的精度多次受到世界气象组织的通报批评, 涉及的探空站越来越多, 已超过70个 。(2)探测精度不高, 与电子探空仪比相差一个数量级。(3)大 、中城市 400MHZ 同频干扰日趋严重。(4)701 系列雷达使用已 30 多年,严重老化 ,所需配件短缺且价格昂贵。(5)701 系列雷达自动化程度低 、探测精度不高。(6)701 雷达功耗大, 我省部分探空站无电网供电或供电不稳定 ,需靠油机发电 ,日常维持困难 。我国现在的大气监测系统的总体水平与国际先进水平相比, 存在 15~ 20a 的差距。目前, L 波段二次测风雷达系统已完成研制工作,GFE(L)1型二次测风雷达GTS1 型数字式探空仪系统自1998 年业务试验以来, 在各方面的努力下, 已于2002 年 1 月 1 日在北京正式投入业务使用。中国气象局把它作为我国高空探测业务的换代产品,将陆续在全国布网[ 1]。2GFE(L)1 型雷达简介2.1GFE(L)型雷达技术体制GFE(L)1 型雷达是我国自行研制的新型自动化程度较高的高空气象探测雷达, 它与 GTS1型数字探空仪相配合可获取地面至 30km 高空范围内各层次的风向、风速 、温度 、气压、湿度等气象要素 ,为气象台(站)提供准确的气象资料。该雷达由天线装置、主机箱(包括主控箱和驱动机箱)、计算机(包括计算机主机和显示器)、示波器、UPS 电源等部分组成 。天线装置架设在室外平地或楼顶的平台上, 其余部分安放在室内。室内与室外距离最大不超过 30m ,由电缆相连。天线装置由天线阵、天线头、天线座(含发射机)和差箱及摄像机等组成。雷达主机箱 、计算机 、打印机 、内控盒放置在工作台上 。工作人员通过操作键盘和鼠标实现对雷达的控制 ,并通过显示器观察探测结果和雷达的工作状况。在供电方面采用了高可靠性的 UPS 在线-), 男, 甘肃镇原人, 助理工程师, 从事业务管理工作.30GANSU METEOROLOGY Vol.20NO.42002 间断电源, 以保证输出电源的纯净及断电时不中断探测。该雷达有以下特点:*选用 L 波段(16756MHZ), 符合国际电联规定,避免干扰;*采用比相假单脉冲, 角跟踪精度高, 体积小,重量轻 ;*大量采用大规模集成电路, 使得整机耗电小,配备 UPS 可在雷达断电后连续工作 20min 以上;*大量采用了微电脑及数字处理技术,实现了角度跟踪 、距离跟踪、雷达控制 、监控监测及数据接收、处理的全自动化 ;*采用近程测距技术, 使最近测距距离达100m 以内;*采用电视监控手段, 大大方便了起始抓球,提高了放球成功率;*采用先进的 BIT 系统, 自动检测故障、报警, 并以图形的方式指出故障位置 , 提高可维修性;*雷达终端软件采用 C ++语言编写 , 以win98为运行平台 ,数据接收纠错能力强, 界面新颖,人机界面友好,操作简便;*雷达终端软件具有气压 高度反算功能,使得雷达具有无线电经纬仪功能;*雷达终端软件的数据处理操作简便,在探测结束后可立即输出符合中国气象局高空气象规范的报表 、报文 。2.2使用要求GFE(L)1 型雷达是一种体制较新 、自动化程度较高的新型雷达 。为了充分发挥雷达的性能,延长雷达的使用寿命 ,在业务使用过程中,除了按使用说明书正常操作外, 还必须有良好的维护 。雷达的维护清洁工作是保证雷达性能完好的最好和最重要的途径 ,许多情况下 ,尘垢 、腐蚀 、生锈和霉变等是造成故障的原因 。雷达的各种零部件和元器件经过一定的工作时间后也会衰老、变质和失去作用 。通过经常地、细致地对各部分进行电气和机械的检查维护工作, 可以预防和减少故障的发生,把故障排除在初级阶段,避免出现大的或损坏性的故障, 以保证设备连续的正常工作。3GTS1型数字探空仪组成及工作原理3.1探空仪组成元件探空仪由温度传感器 、湿度传感器 、智能转换器(含气压传感器)、发射机、电池 5 部分构成 。探空仪的外壳为洁白色长方体纸盒。表面涂防雨透明胶 ,具有良好的防水性能和反射率 。探空仪纸盒(图 1)系安放智能转换器 、发射机 、湿敏电阻、电池之用(热敏电阻出厂时已焊接在支架上), 并把它们组合成整体。热敏电阻支架在施放时要从盒盖内翻转出来, 盒盖前部装有湿敏电阻插座和防辐射黑纸, 防雨盖内壁有防辐射黑纸 。这样盒盖既能防雨又避免湿敏电阻受太阳直接辐射影响,同时构成空气流动的通道 ,减小湿敏电阻滞后误差。电池从纸盒侧面放入盒内, 电池靠近发射机一端,可减少电池热量造成测温度误差。图 1GTS 1型探空仪纸盒3.2GTS1 型数字探空仪工作原理探空仪升空过程中, 热敏电阻、硅压敏电桥、湿敏电阻分别随大气的 T 、P 、U 变化而改变阻值大小或输出电压大小 , 这些变化值通过智能转换器转变成不同的二进制数据。智能转换器同时将这些探测到的气象资料信息 ,调制到 1680 MHZ发射机上, 使其产生不同的工作状态 , 向地面GFE(1)型二次测风雷达发射 T 、P 、U 无线电二进制代码和测距应答脉冲 , 以完成 0 ~ 30 km 垂直高度的温 、压、湿、风向和风速的综合探测(图 2)。GTS1型数字探空仪具有探测精度高 、采样速度快、抗干扰能力强等特点 ,实现了数字化 、模块化 ,整体性能接近 20世纪 90 年代中期世界同31《甘肃气象》2002年第 20 卷第 4 期 图 2数字探空仪原理框图类产品先进水平 。GTS1 型数字探空仪与 GFE(1)型二次测风雷达相配合 ,可综合观测到地面至 30km 范围内,不同高度的大气温度、压力 、相对湿度和风向风速。GTS1 型数字探空仪与 GZZ2-7型电码探空仪 (59 型)外观及防水措施相似 ,不同之处在以下几个方面:①传感器:GTS1 型数字探空仪的 T 、P 、U 传感器分别为热敏电阻、硅半导体电桥、湿敏电阻,具有体积小 、重量轻 、灵敏度高 、感应速度快等优点。59 型采用的是双金属片、薄膜空盒、肠衣等机械变形元件, 除了体积笨重 、感应滞后外且稳定性差 ,贮存一定时间后需要重新检定。②转换精度:GTS1 型数字探空仪的 A/D 转换电路分辨率 10 000;59 型探空仪的电码筒分辨率为 300,两者差 30 倍以上 。③测量周期 :GTS1 型数字探空仪为 1 .2 0.1s;59 型探空仪为 6~ 12s。④检定数据 :GTS1 型数字探空仪检定数据全部存在软盘中,拷贝到计算机后 ,计算机在基测时会自动地将检定数据调出来 , 方便准确 ;59 型探空仪需要人工读检定证数据, 再用键盘输入计算机 ,必然会带来人为误差。⑤准备工作 :GTS1 型数字探空仪只需完成P 、T 、U 基测 ,不合格仪器退回工厂 , 不需要基值订正 ,没有其它准备工作;59 型探空仪需要清洗电码筒、电机、上防冻油、进行基值订正等,工作十分繁琐, 稍有不慎 ,就会发生电码发不清楚 、电机停转等问题。总之 ,L 波段雷达 -电子探空仪系统是新时代的产物 ,也是大气探测新技术的标志 。它探测精度比较高,性能比较稳定,自动化程度高。该系统与“59 701 系统”相比具有以下优点:性能稳定,开机简便、迅速、易操作;发射频率由 400MHZ改为 16756MHZ , 从而解决了外来信号干扰问题;雷达采用了模块化、智能化设计 ,使雷达的操作做到了自动化, 雷达出现故障计算机可显示自检结果, 便于迅速修理;雷达采用抛物面天线 ,体积小 ;采用了电视监视系统抓球 , 提高了跟踪精度;探空仪不用就地检定;基测方便 ,检测数据稳定可靠;探空数据探测精度高 ;系统界面友好 。由于该系统在软硬件建设上还处于正式业务运行的起步阶段, 在许多方面还需在业务运行过程中不断完善。参考文献:[ 1] 监测网络司.气象仪器和观测方法[ M] .北京:气象出版社,1992.255-265.32GANSU METEOROLOGY Vol.20NO.42002

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