风廓线探测系统技术工艺发展分析

第一节 风廓线探测系统基本生产技术、工艺或流程

风廓线雷达技术发展于二十世纪六十年代后期，而我国在二十世纪八十年代末开始研制，目前已有多家研制单位和企业成功研制出对流层风廓线仪和边界层风廓线雷达投入科学试验和业务使用，在灾害性天气的发生和发展的监测中起到越来越大的作用。

风廓线雷达一般由相控阵列天线、天线控制单元、收发信装置，数据存储处理单元四部分组成。

平面阵列天线用于向天空发射无线电波和接收回波信号。

天线控制单元接收来自收发信装置的信号，分配到各路天线控制模块，将信号功率放大后，经过天线发射出去；接收来自天线阵列的回波信号；侦测天线阵列的温度、功率状况，对异常情况发出报警信号，以实现天线系统的自检。

收发信装置主要有三方面作用：向天线控制单元中的激励装置传送发射信号，对各波束进行控制；从天线控制单元接收观测信号，检测信号的相位，对相位信号进行模数转换、脉冲压缩、相干累积、FFT变换、非相干累积等处理后，得到多普勒系数，通过多普勒系数计算出风速和风向系数；产生整个系统的时间信号，用于整个系统的时序控制。

数据处理单元接收、保存收发信装置送来的数据，提供用户与系统交互的界面。用户可能通过该单元设置风廓线雷达工作参数等。

第二节 风廓线探测系统新技术研发、应用情况

风廓线雷达技术发展于上世纪60年代后期，80年代中期开始使用。国内风廓线雷达技术最早开发于80年代末，低对流层风廓线雷达是我国研制的新型气象雷达，具有90年代国际水平。该雷达天线系统在结构性能指标方面完全达到总体技术要求。另外，在天线的拆装方面还有待完善，以推进该型雷达的发展。

第三节 风廓线探测系统国外技术发展现状

风廓线雷达诞生于20世纪80年代，近20多年已经在发达国家得到了广泛应用。美国于1992年开始在全美建成包括35部风廓线雷达的观测网，并投入业务运行，10多年的运行结果表明：风廓线雷达网资料能满足观测精度的要求，其时空分辨率超过任何高空风测量系统。NOAA在对风廓线雷达网进行评估时指出：6分钟时段的风廓线资料能显示出锋面、短波波动、气旋和重力波等系统连续详实的演变过程，资料同化后，明显地改善3～6h临近数值预报的结果。美国还计划研制适用于热带海洋地区的太阳能自动风廓线系统。日本已于2003年6月建成包含31部风廓线雷达的气象业务观测网，观测资料在多个领域得到广泛应用。芬兰、德国、瑞士、英国、法国都建造有自主的风廓线雷达网。

第四节 风廓线探测系统技术开发热点、难点分析

20世纪60年代，为适应对人造地球卫星及弹道导弹观测的要求，相控阵技术获得rr很大发展，主要是因为相控阵雷达能够满足雷达作用距离、数据率、多目标跟踪和测量精度等要求。目前，相控阵技术已广泛应用于几乎所有类型的军用雷达。随着技术的进步和科技的发展，相控阵技术开始应用到风廓线雷达，近年来，在灾害性天气的探测也获得了很大发展。

相控阵天气雷达与常规多普勒雷达主要的不同之处是天线的构成。相控阵天气雷达是一种电子扫描雷达，天线采用平面阵列形式，由大量的辐射单元按一定的规则排列组成，发射时利用信号的相位差形成方向性极强的发射波束，波束的指向是依靠发射信号相位的变化而改变。当信号能量遇到降水物质时，其中向后散射的能量被雷达天线辐射阵元接收，经低噪声高放放大和波束形成网络后进人通道接收机，然后再经过信号处理和数据处理形成气象二次产品。在扫描时，由于采用了电子扫描其波束可快捷、灵活的转向，因此相控阵天气雷达的扫描方式采用多波束转换扫描方式。而目前多普勒天气雷达是机械扫描雷达，天线由旋转抛物面和辐射源(馈源)组成，发射时利用放置在抛物面焦点处的辐射源发射出的电磁波，经抛物面反射形成定向的发射波束射向空间，波束的转向是依靠机械转动天线来完成。当有降水回波信号时，接收天线将接收到的信号送入接收机，然后经放大等处理后送往显示器。波束的扫描采用固定连续扫描方式。

第五节 风廓线探测系统未来技术发展趋势

1、当今大气科学的发展重点是更长时间尺度的气象研究和更短空间尺度的中小尺度气象学研究和应用，多普勒天气雷达是天气雷达发展的方向和趋势，也是我国气象设备现代化的必然趋势。从气象服务的要求来看，新一代气象雷达选取全相参技术更符合要求。

2、从国际发展来看，2010年世界天气监视网在建立最优化的全球混合观测系统方面将取得重大进步，国家及地区天气监测网也将显著发展。雷达和雷达探测技术将发挥重要作用。在雷达探测方面将实现多普勒雷达布网，来自雷达、卫星和地基遥感系统的资料将直接输入天气分析和预报系统。

3、天气雷达的发展方向，将是提高多普勒性能及采用双线偏多普勒技术。同时需要研究的是对其回波的分析，在对云、雨目标的测量方面，硬件和软件同等重要。利用计算机和数字图像技术，得到天气雷达回波中更多和更有用的信息是软件研究急需解决的问题。

双线偏振雷达技术逐渐成熟，在常规多普勒雷达上增加双线偏振功能，可以改善雷达探测降水和识别降水粒子相态和尺度的能力。美国将增加双线偏振雷达功能。我国许多单位也准备上双线偏振雷达项目。

4、快速扫描技术将应用于天气雷达。现有的天气雷达是利用天线扫描的方法完成立体扫描的，一个体积扫描约需要5~10分钟，这对下击暴流等小尺度现象的探测就显得慢了。为此，在水平方向旋转的相控阵雷达技术可能应用于天气雷达中，以及用天线的旋转完成水平扫描，用相控阵的方法完成垂直扫描的方向。

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