L波段高空探测雷达丢球现象及应对

L波段高空探测雷达丢球现象及应对

汤东

（河南省郑州市气象局河南郑州450000）

摘要：本文结合郑州市气象局开展高空探测的实际，简要概况L波段高空探测原理，分析高空探测雷达丢球现象，并针对丢球现象提出有针对性应对措施，为今后开展高空气象探测提供参考。

关键词：高空探测雷达丢球现象应对措施

引言

L波段高空气候监控雷达探测精度和自动化程度高、采样速度快、体积小、能耗少，可以生成不同种类气象产品，对高空气象要素数据探测。自郑州市气象局使用L波段雷达探测系统以来，高空气象探测自动化程度也越来越高，因探测雷达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，在对信号采集过程中出现飞点、无信号、乱码、凹口不齐情况，甚至丢球、旁瓣抓球等。

1L波段高空探测原理

在高空气象探测中，L波段雷达可连续跟踪、定位、测量探空气球运行轨迹，并在数学模型帮助下计算高空中气象情报信息；并不间断接收来自探空仪上探空码，在译码器作用下获取探空数据信息。探空气球升空时安装有无线电回答器，在高空气象探测工作未开始前会向地面发出“询问信号”，触发地面回答器，发出“回答信号”，将“询问信号”与“回答信号”间时间间隔、回答信号位置方向结合，计算探空气球与雷达间直线距离、仰角、方位角大小；最后根据计算公式，求取对应高度层风向风速。

利用探空气球携带探空仪对高空中大气温湿度、气压值数据测量。探空仪器主要由气压、温度、湿度反应灵敏感应元件和转换电路组成，随着大气温湿度、气压变化电参量数据也会发生变化，在对变换电参量采样时，应结合转换电路，并利用探空码控制回答器。在回答器作用下，向地面发送探空码被雷达接收机接收，在相关软件作用下破解探空仪，此时就能获取高空温湿度、气压气象要素数据。

2L波段高空探测雷达丢球现象

2.1频率漂移引发的丢球

L波段高空探测雷达运行时频率1669~1981MHz，运行频率范围广泛，但却不能控制自身工作频率。探空气球从地面到高空，随后在预定位置处爆炸，气层中温度变化超过120℃。剧烈温度变化会造成回答器频率漂移，一旦该变化频率高出L波段雷达可接收范围，易影响雷达接收信息，甚至失去信号响应，使得L波段雷达接收频率同探空气球发生频率出现漂移，造成L波段高空探测雷达丢球。

2.2旁瓣抓球

高空气象探测中，目标将主瓣定义为真定向、将旁瓣定义为假定向。旁瓣抓球时，雷达探测距离会大幅缩短，而接收信号范围也随之减少，在测试中，监测到角度会有≥8°误差。L波段高空气象探测雷达天线波瓣宽度不能超过6°，夜间或大雾等水平能见度较差条件下手动抓球，一旦指挥操作失误，出现旁瓣抓球。L波段雷达天线仰角在规定范围内工作时，台站低空处以静风或微风天气为主，结合GTS1型探空仪特征，判定在该时刻L波段信号最弱，易旁瓣抓球。

2.3信号干扰引发丢球

除主信号外其他信号对L波段雷达数据接收产生干扰，严重阻碍L波段雷达信号接收工作正常开展。轻则会导致气象要素数据异常，重则需重放球操作。雷雨天气，强电磁会对探空气球信号造成干扰，跟踪信号和探空信号易失去响应，在强电磁干扰影响下L波段高空探测雷达丢球。

2.4过顶丢球

在地面或气球升空一段时间后易出现过顶丢球。L波段雷达在跟踪目标探空气球时，若探空气球从雷达正上空且距离天线较近时，在方位角转速和仰角活动范围共同限制下，雷达将不能自动跟踪识别路径，造成探空气球丢失。根据相关实验检验结果表明，若施放探空气球位置同L波段雷达距离较近，此时信号处于饱和状态，易出现丢球。若L波段雷达天线出现监控死角，也会出现丢球。

3不同丢球现象应对措施

3.1频率漂移引发丢球应对

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，并确保L波段雷达工作频率在1673~1675MHz。将“天控”开关调节为手动状态，并结合丢球前仰角和方位角读数，将雷达天线转动到合适位置，并将天控按钮设置成“自动”状态，查看雷达自动跟踪是否异常。若雷达未恢复自动跟踪状态，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”，保证雷达对探空仪自动跟踪。

3.2旁瓣抓球应对

出现旁瓣抓球后，应及时点击接收设置中“L波段雷达扇形扫描天线设置”按钮，根据之前设置好程序，天线雷达会自动搜索。若出现假定向，在L波段雷达天线自动搜索中自行回归到主瓣，若天线回归到初始位置，说明是真定向；若在扇形扫描完成后，发现L波段雷达天线仰角和位置发生较大变化，需重新启用扇形扫描功能；若在扇形扫描前后，天线仰角和方位无明显变化，说明正定向抓球；若仍未抓到球，需手动抓球。

3.3信号干扰引发丢球应对

若因信号干扰引发L波段雷达丢球，可将天控开关调节为手动状态，同时确保雷达频率在1678MHz左右，有效避免频率自动跟踪时对信号干扰。随后结合丢球前仰角和方位角读数对L波段雷达天线位置调节，之后将天控开关调节到自动状态，根据“扇形扫描的方式”，探空气球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，重复上面操作直到找出探空气球为止。

3.4过顶丢球应对

在高空探测中，若出现过顶丢球，需结合正常跟踪时仰角放位置，手动操纵雷达在该区域内扫描，时刻注意示波器中四根亮线运动情况和数据量增益变化。若示波器上四根亮线在合适位置处且增益值变化幅度较小，应将天控开关调整到手动位置，启用雷达扇形扫描功能；若在过顶丢球后，探空气球与雷达间直线距离还能显示，结合反三角函数，根据探空气球高度计算探空气球与天线雷达间仰角；丢球时间过长或不能计算仰角数值，可预估仰角数值，并对方位角全方位扫描；若抓球失败，可将仰角数值修改为10°，并在左右方向上扫描，直到示波器低层四根亮线处于相互平行状态。抓球完成后，应查看示波器底部四根亮线稳定度、跳跃整齐度。雷达高度、气压高度数值是否保持一致。若同上述条件吻合则说明抓球成功。

参考文献

[1]盖晓东,高军,兰朝生.L波段高空气象探测雷达丢球现象的探讨及应对措施[J].黑龙江科技信息,2010(22).

[2]张阳,高玉岩,刘俊昌.高空探测L波段雷达丢球原因及应对方法[J].现代农业科技,2014(20).

作者简介：汤东（1983-），男，汉族，河南省平舆县人，本科学历，助理工程师，从事地面测报工作。