一.2+天气雷达组成简介

一、2新一代天气雷达系统组成白爱娟大气科学学院（第十六章）雷达机的主要构成新一代天气雷达系统的三个部分：1、数据采集子系统（RDA）2、产品生成子系统（RPG）3、主用户处理器（PUP）。还包括：通讯线路、附属安装设备等。雷达的3个子系统RDA-RadarDataAcquisitionsystemRPG-RadarProductGeneratorPUP-PrincipleUserProcessorRDA：雷达数据采集系统RPG：雷达产品生成子系统PUP：主用户处理系统还有联接子系统的通讯线路等。每个系统都由计算机控制。天气雷达的基本构成•天气雷达基本结构：RDA、RPG、PUP数据获取产品生成产品申请示和处理雷达的工作过程与蝙蝠！蝙蝠和雷达的比较区别：天线收发共用一、RDA：数据采集系统•定义：用户使用雷达数据的采集系统。•功能：产生和发射电磁波，接收目标物对电磁波的散射能量，并形成数字化的基数据。雷达的硬件系统！RDA主要结构•①发射机、②天线、③接收机、④信号处理器RDA组成1：发射机RDA的发射机：雷达取得数据的第一步——发射电磁波信号。发射机主要产生高功率且非常稳定的电磁波信号。稳定是非常重要的，产生的每个信号必须具有相同的初位相，以保证回波信号中的多普勒信息能够被提取。一旦信号产生，就被送到天线。RDA组成2：天线天线将发射机产生的脉冲信号以波束的形式发送到大气，并接收返回的能量，以确定目标物的强度，以及目标物的仰角、方位角和斜距，进行定位。极坐标中这三个要素完全可以确定目标的位置波束：方向性强、功率大的脉冲电磁波。雷达天线的仰角和方位角确定了雷达的立体扫描探测过程。天线的仰角：ψ天线仰角的变化范围：0～90º。天线仰角的设置取决于天线的扫描方式、体扫模式和天气模式。天线方位角θ天线方位角的变化范围：0～360º。天线在旋转过程中正北方向为0º，正东为90º。依次产生360º方位角。天线和天线罩新一代多普勒雷达天线：收发共用由开关转换控制天线的扫描方式扫描方式：天线体扫中使用哪些仰角和扫描时间。新一代多普勒雷达的3种扫描方式：VCP11：5分钟完成14个不同仰角上的扫描。14仰角/5分钟VCP21：6分钟完成9个不同仰角上的扫描。9仰角/6分钟--最常用的扫描方式VCP31：10分钟完成5个不同仰角上的扫描。5仰角/10分钟天线的体扫模式（VCP11）VCP11：5分钟完成14个仰角的扫描。每一个仰角的角度为0.95，大约为1度的范围。但是雷达立体扫描的不充分性，导致静锥区和盲区的出现天线的体扫模式-VCP21VCP21：6分钟对9个仰角的扫描，存在很大的盲区。使雷达的物理量产品出现不确定性。天线的体扫模式（VCP31）VCP31：10分钟对5个仰角的扫描，晴空模式新一代多普勒雷达的天气模式：1：降水模式，天线转动快，仰角多使用VCP11和VCP21，扫描方式为14/5和9/6。2：晴空模式，天线转动慢，仰角少使用VCP31和VCP32，都使用扫描方式5/10。•VCP31和VCP32扫描时间和仰角相同，•VCP21：长脉冲，VCP32：短脉冲。天线的天气模式天线的天气模式•降水模式：VCP11或VCP21的扫描方式，采样精度高，被新一代雷达采用。•两种模式区别：晴空模式的回波比降水回波弱，新一代雷达设定的晴空模式数据取样分辨率为4km。•降水模式的取样分辨率为1km或500m。RDA组成3：接收机当天线接收到返回的电磁波时，把信号传送给接收机。接收到的电磁波能量很小，在以模拟信号的形式传送给信号处理器之前必须由接收机进行放大。RDA组成4：信号处理器功能：①地物杂波消除：目标是否运动？②模拟信号向数字化的基数据转换。基数据：反射率因子R，径向速度V，速度谱宽W。③观测中其它问题的处理。距离折叠：雷达接收到位于其最大距离之外较强的回波速度模糊：环境风场超过雷达的最大速度.RDA其它组成：监控计算机功能：实时监控任务，监测和标定RDA硬件，形成RDA基数据和信息头文件（时间、仰角和标定参数，管理宽带通讯，控制RDA和信号处理器。①RDA的操作维护控制台。②对RPG的雷达控制台UCP进行控制。监测的其它内容：环境温度，湿度，通风量，以及烟火等，对发射机的调频器、速调管的强迫冷却RDA采集的数据一级数据：原始的由接收机输出的模拟数据。二级数据：信号处理器产生的高时空精度的基数据。这些数据在由各种气象算法进行处理前存贮下来。反射率因子-R基数据平均径向速度-V速度谱宽-W二、RPG（产品生成系统）工作任务：（1）将雷达探测所得的原始基数据，采集下来，进行质量控制和预处理，形成原始数据文件。（2）生成雷达的物理量产品—导出产品；（3）对基数据和产品数据进行存档，并将产品下发给用户。雷达软件系统或指令中心！功能1、产品生成根据操作员输入的命令，RPG在体积扫描的基础上产生需要的产品。1、基本产品：从RDA接收到的数字化基数据，生成操作员指定仰角上的数据。2、导出产品：由数字化的基数据使用特定的算法而得到的。功能2：产品分发RPG生成产品后，通过窄带通讯线路传送给各个用户。功能3：雷达控制台（UCP）UCP：(UserControlPlatform)是RPG的操作界面，实时通过计算机对整个雷达系统的控制。是RDA和RPG人机交互的界面。UCP使操作员通过与RPG操作系统的交互来达到文件维护、文件和数据的备份以及软件安装等功能1：应用终端。功能2：系统控制台，对RDA、宽带通讯和RPG进行直接控制，并通过直接控制窄带通讯来间接控制用户。雷达控制台（UCP）UCP对RDA的控制：1、电源的选择；2、改变体扫模式3、重新启动体扫；4、RDA重新启动5、数据传输选择。UCP对RPG的控制：1、控制通讯；2、关闭RPG；3、雷达状态监测。3、导出数据存档。三、PUP：主用户处理系统功能：获取、存贮和显示雷达数据产品。预报员和其它用户通过这一界面获取所需要的雷达产品，并将它们以适当的形式显示在监视器上。用处：(1)产品请求(获取)，(2)产品数据存贮和管理，(3)产品显示，(4)状态监视。PUP的操作系统显示PUP的操作界面PUP功能1：产品请求•功能：通过PUP向RPG发出请求的方式来完成。•（1）常规产品列表：日常所需产品（2）一次性请求：垂直剖面产品。（3）产品－预警配对：定义预警区域，和区域内的需要预警的天气事件诸如：大风、冰雹等。预警配对产品的生成过程1）由PUP选取预警区域、预警类型和预警阈值，并传送给RPG；2）当预警的现象发生时，在RPG生成警告；3）一个预警信息和一个警告－配对产品被传送到PUP；4）与某一特殊预警事件配对的产品列在RPG中的一个列表上。功能2：产品数据显示、存贮、管理•产品的图形显示，对来自RPG的气象产品进行显示，叠加、放大、改变分辨率、动画等。•有效监视强天气地域能力，并作出警报。•在背景地图上显示天气状况。PUP功能3：状态监视•通讯监视：显示PUP接收到从RPG发送来的产品名单和到达时间。•雷达系统状态监视：显示天气模式、RDA可操作状态，体扫模式，仰角数，RDA状态，RDA报警，允许传输的数据，RPG可操作状态，RPG报警，RPG状态，RPG窄带，反射率因子标定校准等。UCP和PUP（演示PUP的操作）课后思考题1、新一代天气雷达有哪几个子系统？2、新一代天气雷达的RDA由哪几个部件构成？各个部件的主要功能是什么？3、主用户系统（PUP）有哪些功能？4、雷达天线的扫描方式或者体扫模式，指天线采用哪些仰角，以及转动的快慢等，新一代雷达的扫描方式有哪些？