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相控阵雷达扫描方式对回波强度测量的影响

吴翀 刘黎平 汪旭东 范辉 刘琦

吴翀, 刘黎平, 汪旭东, 等. 相控阵雷达扫描方式对回波强度测量的影响. 应用气象学报, 2014, 25(4): 406-414..
引用本文: 吴翀, 刘黎平, 汪旭东, 等. 相控阵雷达扫描方式对回波强度测量的影响. 应用气象学报, 2014, 25(4): 406-414.
Wu Chong, Liu Liping, Wang Xudong, et al. The measurement influence of reflectivity factor caused by scanning mode from phased array radar. J Appl Meteor Sci, 2014, 25(4): 406-414.
Citation: Wu Chong, Liu Liping, Wang Xudong, et al. The measurement influence of reflectivity factor caused by scanning mode from phased array radar. J Appl Meteor Sci, 2014, 25(4): 406-414.

相控阵雷达扫描方式对回波强度测量的影响

资助项目: 

十二五国家科技支撑计划项目 2012BAC22B00

公益性行业 (气象) 科研专项 GYHY201106046

国家自然科学基金项目 41175038

详细信息
    通信作者:

    刘黎平, email: lpliu@cams.cma.gov.cn

The Measurement Influence of Reflectivity Factor Caused by Scanning Mode from Phased Array Radar

  • 摘要: 有源数字阵列雷达的波束设计非常灵活,可变的波束宽度和多波束模式不仅可以满足不同任务的观测需求,还可有效节约扫描时间,但阵列天线参数随波位改变的特性对相控阵天气雷达回波强度的精确定标提出了挑战。2013年4—6月,中国气象科学研究院与安徽四创电子股份有限公司联合研发的X波段一维有源相控阵天气雷达 (X-PAR) 进行了装配后的首次测试观测。对比该雷达与相同位置的C波段双线偏振雷达 (C-POL) 观测资料发现,X-PAR不同宽度的扫描波束均能取得较合理的观测资料。但由于各模式的雷达方程及其标定方法不尽相同,并受到阵列天线照射体积、展宽波束和发射增益的影响,造成X-PAR回波强度存在一定的测量偏差。结合天线参数分析和实际数据统计将测量偏差订正至±1 dB内,为雷达的进一步调试和改进提供了依据。
  • 图  1  X-PAR波位分布图

    (a) 精细测量, (b) 警戒搜索, (c) 快速观测

    Fig. 1  Beam distribution of X-PAR

    (a) FM, (b) GM, (c) QM

    图  2  X-PAR各仰角回波强度测量偏差随仰角变化廓线

    (a) 精细测量与C-POL对比, (b) 快速观测与精细测量对比

    Fig. 2  Reflectivity bias of X-PAR along elevation

    (a) from FM to C-POL, (b) from QM to FM

    图  3  波束剖面对比图

    (a) X-PAR与C-POL的有效截面对比, (b) X-PAR快速观测模式收发波束分布图

    Fig. 3  Comparison of beam profile

    (a) effective cross section of X-PAR and C-POL, (b) transmitting and resaving beam positions of X-PAR QM

    图  4  X-PAR快速观测与精细测量模式各仰角回波强度测量偏差随仰角变化廓线

    (a) 快速观测模式经展宽波束订正, (b) 快速观测模式经过展宽波束和发射增益订正

    Fig. 4  Reflectivity bias of X-PAR between QM and FM along elevation

    (a) broaden beam correction for QM, (b) broaden beam and transmitting gain correction for QM

    图  5  X-PAR与C-POL回波强度垂直剖面对比图

    (a) X-PAR精细测量模式, (b) X-PAR快速观测模式, (c) C-POL

    Fig. 5  Vertical cross sections comparison by X-PAR and C-POL

    (a) FM, (b) QM, (c) C-POL

    表  1  X-PAR 3种模式工作参数及波束特性

    Table  1  Parameters and beam patterns of X-PAR (FM/QM/GM)

    工作参数精细测量警戒搜索快速观测
    观测用时 (64点脉冲积累)150 s, 90°方位150 s, 360°方位30 s, 360°方位
    扫描策略单波束顺序扫描发射赋形波束14路接收发射展宽波束4路接收
    法向参数φt0=0.61°, φr0=0.88°
    Gt0=46 dB
    Gr0=44.4 dB
    φt0不定, φr0=0.88°
    Gt0不定, Gr0=44.4 dB
    φt0=4°, φr0=0.88°
    Gt0=37.8 dB, Gr0=44.4 dB
    发射俯仰φt0收发波束均以0.5°仰角的波位处开始, 以1°的步进角扫描至39.5°赋形波束覆盖0°至20°发射波束以2°仰角的波位处开始, 以4°为步进角扫描至38°
    接收俯仰φr014路接收波束分布同VCP114路接收波束分布与精细测量模式一致
    阵面夹角vt, vrvt=αt-10,vr=αt-10vt=αt-10,vr=αt-10vt=αt-10,vr=αt-10
    接收增益GrvGrv=Gr0·cosvr
    发射增益GtvGtv=Gt0·cosvtφt0=1.5°时约36 dB, 随仰角升高Gtv迅速减小, 在φt0=19.5°时约17 dBGtv=Gt0·cosvt
    波束宽度φvφv=φt0/cosvrφv=φr0/cosvrφv=φr0/cosvr
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    表  2  X波段相控阵天气雷达观测个例概况

    Table  2  Weather observations of X-PAR

    序号日期观测时段雷达及观测模式过程简单描述
    12013-05-2008:00—14:30X-PAR (FM),C-POL较大范围对流及稳定降水
    22013-05-2109:00—19:00X-PAR (FM),C-POL较大范围对流及稳定降水
    32013-05-2713:00—16:00X-PAR (FM),C-POL较小范围对流
    42013-05-2819:00—20:00X-PAR (FM/QM),C-POL较大范围稳定降水
    52013-05-2915:00—17:00X-PAR (FM/QM),C-POL较大范围对流
    62013-06-0315:00—18:00X-PAR (FM/QM),C-POL较小范围对流
    72013-06-0413:00—18:30X-PAR (FM/QM),较大范围稳定降水
    82013-06-0513:30—17:30X-PAR (FM/QM),C-POL较大范围对流
    92013-06-1013:00—18:00X-PAR (FM/QM),C-POL中等范围稳定降水
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-10-30
  • 修回日期:  2014-04-08
  • 刊出日期:  2014-07-31

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