L波段高空探测雷达丢球现象及应对

陈素娟 王小伟

摘要  结合陇南市气象局开展高空探测的实际，介绍L波段高空气象探测原理，分析高空探测雷达丢球现象及原因，针对丢球问题提出有针对性的应对措施，为今后提升高空气象探测质量提供参考。

关键词 高空探测;雷达;丢球;应对措施

中图分类号：P412.25 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2019）01-078-02

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2019.01.030

L band High Altitude Sounding Radar Ball dropping Phenomenon and Countermeasures

CHEN Su-juan  et al（Longnan Meteorological Bureau， Longnan， Gansu 746000）

Abstract Based on the practice of high altitude sounding carried out by Longnan Meteorological Bureau， the principle of L？鄄band high altitude meteorological sounding was introduced， and the phenomenon and reason of high altitude sounding radar ball？鄄dropping were analyzed. In order to improve the quality of high altitude meteorological detection in the future， some countermeasures were put forward.

Key words   High altitude detection; Radar; Ball dropping; Countermeasures

由我國独立自主研发的L波段高空气候探测雷达，在自动追踪角度、自行处理监控高度及处理观测数据信息时借助假单脉冲的二次雷达，具备探测精度和自动化程度高、采样速度快、体积小、能耗少等优势，可以生成不同种类的气象产品，还能对高空中温度、湿度、风向风速、气压等气象要素数据开展探测。自甘肃陇南市气象局运用L波段雷达探测开展高空观测以来，提升了高空气象探测自动化程度，由于探测雷达的测距和测角精确度水平较高，使得雷达脉冲宽度和波瓣宽度较窄，降低雷达定向和自动跟踪性能，在采集信号的过程中，会出现诸如飞点、没有信号、乱码、凹口不齐等问题，还会有丢球和旁瓣抓球等现象。

1 L波段高空探测雷达工作原理

高空气象探测用到L波段雷达时，需要同时配备GTSI型数字式电子探空仪，两者结合起来进行探测，对高空中的温/湿度、风向风速以及气压等气象要素的数据和变化规律都可以获取。L波段高空探测雷达进行高空探测时，可以连续跟踪、定位、测量探空气球运行轨迹，并在数学模型的帮助下计算出高空中的气象情报信息;并连续不间断地从探空仪上接收探空码，这些探空码通过译码器的翻译得出探空数据。探空气球在升空时，上面配备有无线电回答器，当探空气球升入高空，在工作之前会发布给地面“询问”的信号，而地面配有回答器，当询问信号触发至地面，收到来自地面的回答信号，然后可以通过询问信号到回答信号间相隔的时间、回答信号方向和位置，从而计算出探空气球和雷达间的距离、方位角及仰角，根据公式得出对应高度层风向及速度。

利用探空气球携带的探空仪对高空中大气温湿度、气压值数据开展观测。探空仪器主要由气压、温度、湿度反应灵敏的感应元件和转换电路组成，当大气的温、湿度和气压有所变化时，电参量数据也会发生相应的变化。电参量采样需要变换时，要结合转换电路，利用探空码来控制回答器。回答器接收到的探空码被雷达接收机接收到，在相关方面的软件作用下破解探空仪，此时就能获取到高空中温湿度、气压气象要素数据。

2 L波段高空探测雷达常见的丢球现象

2.1 过顶丢球

在地面或气球升空一段时间后易出现过顶丢球。当L波段高空探测雷达跟踪目标探空气球时，恰逢探空气球处于雷达上空，和天线比较接近，此时，受到方位角转速和仰角活动范围的共同限制，雷达通过各种手段均识别不到探空气球路径，无法探查到探空气球，造成丢球现象。通过一系列试验结果均表明，施放的探空气球接近于L波段高空探测雷达时，天线监控出现死角，容易出现丢球现象。

2.2 旁瓣抓球

在对高空气象进行探测时，目标会定义主瓣为真定向，定义旁瓣为假定向。当旁瓣抓球时，出现雷达所探测到的距离大幅度减少，而接收信号范围也随之减少，在测试中，监测到的角度会有≥8°的误差。当L波段高空探测雷达天线波段宽度不大于6°时，夜间或大雾天气能见度比较差，此条件下进行手动抓球，如果出现失误的指挥操作，很容易出现旁瓣抓球。L波段高空探测雷达的天线仰角在正常的工作范围内时，台站低空处以静风或微风天气为主，结合GTS1型探空仪特征，再对该时刻L波段信号最弱时刻进行判断，易出现旁瓣抓球。

2.3 信号干扰丢球

L波段高空探测雷达工作时，主信号以外其他信号会对其产生干扰作用，对于L波段高空探测雷达接收信号接收工作造成严重影响，轻则会导致气象要素数据异常，重则需要进行重放球操作。特别是在雷雨天气出现过程中，雷电中强电磁会对探空气球信号造成干扰，跟踪信号和探空信号极易失去响应，在强电磁干扰影响下L波段高空探测雷达出现丢球现象。

2.4 频率漂移丢球

当探空仪出现性能下降时，会导致频率漂移丢球的现象发生。L波段高空探测雷达运行时频率为1 669～1 981 MHz，运行频率范围广泛，但对自身工作频率却不能进行控制。当探空气球从地面施放到高空后，在所预定位置上发生爆炸，这个过程会导致大气层中温度超过120℃。温度急剧变化会影响回答器的频率出现漂移，当这个频率变化高出L波段雷达所能够接收范围时，高空探测雷达就不能准确接收到信息，当信号无法响应时，L波段雷达接收频率和探空气球间发生频率漂移，从而出现丢球。

3 不同丢球问题应对措施

3.1 过顶丢球应对

通常来说，L波段雷达在抓球时，不会出现太大变化的接收增益。当高空探测时，出现过顶丢球现象，应该结合正常跟踪时仰角位置，采取手动方式操纵雷达在该区域内进行扫描，时刻注意示波器中4根亮线运动情况和数据量增益变化。若示波器上4根亮线处于合适位置且增益值变化幅度不大，需调整天控开关到手动位置处，启用雷达的扇形扫描功能;如果发生了过顶丢球，探空气球和雷达间直线距离还能够显示出来，此时可以根据探空气球的高度，利用反三角函数来计算出探空气球和雷达天线间的仰角;当丢球时间过长或不能计算出仰角数值时，可以先对仰角数值预估，继而全方位进行方位角扫描;当出现抓球失败的现象时，需要改仰角为10°的数值，扫描左右方向，使示波器的低层4条亮线处于平行的状态。抓球工作完毕后，检查示波器4根亮线是否稳定、跳跃是否整齐，查看雷达高度、气压高度数值是否一致，与上述条件基本一致说明抓球成功。

3.2 旁瓣抓球应对

当发生旁瓣抓球现象后，探测人员应及时地按下L波段雷达扇形扫描天线设置按钮，按照设置好的程序，雷达天线即会展开自动搜索。如果发生假定向现象，那么，L波段雷达天线经过搜索后会归位到主瓣;如果天线在初始位置，那么是真定向;如果通过扇形扫描，发现L波段高空探测雷达天线的仰角和位置都出现了较大变化，就要重新再一次进行扇形扫描，发现天线仰角和方位變化不大，此时说明是正定向抓球;如果仍然没有抓到球，就应启用手动抓球。

3.3 信号干扰丢球应对

如果因为遭受信号干扰引发L波段雷达出现丢球，可以调节天控开关为手动的状态，让雷达处于1 678 MHz左右的频率，在进行自动跟踪时，可以有效地避免干扰信号。随后结合丢球前仰角和方位角读数，对调L波段雷达天线位置进行调整，把天控开关调节成自动状态，然后通过扇形扫描，根据探空气球的飞行时间和变化规律判断丢球是否找回。若探空气球未找回，重复上面的操作直到找出探空气球为止。

3.4 频率漂移丢球应对

因频率漂移引发丢球，分别将频率与天线控制调整到手动状态，使L波段雷达工作频率保持在1 673～1 675 MHz。调节天控开关成为手动状态，读出来发生在丢球前的仰角和方位角，把雷达天线调转到合适位置上，然后再把手动状态设置为自动状态，查看雷达自动跟踪是否异常。若雷达未恢复到自动跟踪状态，需再次将天控开关调节成手动，适当偏离原仰角和方位角，再将天控开关设置为自动，这样就能保证雷达对探空仪进行自动跟踪。

参考文献

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