高空气象探测

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1、单元标题：第六章GFE （L） 1型测风雷达第一节雷达简介第二节基本工作原理教学时数: （2）学时，其中理论（2）学时，实验（0）学时，上机（0）学时，其他（0） 学时：主要教学内容：GFE（L）1型测风雷达用途、整机组成、特点、基本工作原理。教学重点与难点：整机组成、基本工作原理。课后作业：1、GFE（L）1型高空气象探测雷达的用途、功能、特点、整机组成。2、GFE（L）1型高空气象探测雷达室内与室外连接要求、天线装置的组成、基 本工作原理和测距测角原理。课后体会：通过教学，使学生掌握GFE（L）1型高空气象探测雷达的功能、用途、特 点和基本工作原理，但课后必须进行现场实习，才能对所学知识起

2、到巩固的作用。第六章 GFE （L） 1型测风雷达第节雷达简介一、概述用途：探测地面至高空30公里范围内各层次的风向、风速、温度、气压及 湿度等参数的仪器，为气象部门提供精确的探测资料。基本原理：在探测过程中，由气球携带随风漂移的探空仪、回答器提供信息， 雷达作为一种地面设备，对此信息进行精密的跟踪、测定、解码和译码，并通过 微机的运算和处理，得到各种所需要的高空气象资料。达采用了单通道、单脉冲二次雷达工作体制，实现了角度自动跟踪、自动测 距、自动数据处理、近距离抓球与近距离测距，具有较高的探测精度和自动化程 度。根据用户要求提供备份插板，当用备份插板替代有故障的插板后，雷达可立 即恢复正常工

3、作。配备了一台示波器，既可以观察信号的实时波形，也可以作为测角、测距的显示器来使用。雷达配有不间断电源（1kW的UPS），停点后可维持雷达正 常工作20分钟。二、整机组成由天线装置、主控箱、驱动箱、计算机、示波器、UPS电源等。主控箱：含有一个电源盒和八块电路插板，分别是探空通道板、显示切换板、 测距板、终端板、自检/译码板、天控板、俯仰轴角板和方位轴角板。驱动箱：主要由方位、俯仰驱动器及+24V电源组成。天线装置：由天线阵、俯仰箱、天线座（含发射机）、和差箱及摄像机等组 成。架高在室外的平地或楼顶的平台上，其余部分安放在室内。室内与室外距离 最大不得超过30m，由电缆相连，雷达主控箱、计算机

4、、打印机、内控盒等放置 在工作台上。三、特点1、符合国际电联和我国无线电频率划分规定；中心频率：16756MHz。2、采用比相单通道、单脉冲，角跟踪精度高,体积小，重量轻；约500 kg左 右。3、大量采用大规模集成电路，使得整机耗电量小，配备UPS电源可在雷达断 电后连续工作20分钟以上；耗电量小于1000W。4、大量采用了微电脑及数字处理技术，实现了角度跟踪、距离跟踪、雷达控 制、监控监测及数据接收、处理的全自动化。5、采用近程测距技术,使最近测距距离可达100米以内。6、采用电视监控手段，大大方便了起始抓球，提高了放球成功率。7、采用先进的BIT系统，自动检测故障、报警，并以图形的方式指

5、出故障 位置，提高仪器的可维修性；共有8个单元的电路板。8、雷达终端软件采用C+语言编写，以win98为运行平台，数据接收纠错能 力强，界面新颖，人机界面友好，操作简便。9、雷达终端软件具有气压一高度反算功能，使得雷达具有无线电经纬仪的 功能。10、雷达终端软件的数据处理操作简便，在探测结束后可立即输出符合中国 气象局气象规范的报表、报文。第二节基本工作原理角跟踪：采用了单通道单脉冲体制。即通过从4个天线单元与和差环获得和 信号与差信号。并利用调制环将差信号调制到和信号上，所得的此信号与传统的 圆锥扫描和跳变扫描所产生的信号基本相同。虽然误差的提取采用了单脉冲体 制，但接收机只用一套，故称之为

6、单通道、单脉冲体制。当目标在天线轴指向的 方向上时，所接收到的探空信号不受调制，此时角误差信号为零，而目标偏离天 线轴方向时，将产生角误差信号，它将按50Hz的速率被调制在和信号上。显然， 调制度与目标相对天线轴方向的夹角有关，经雷达接收机放大、解调后送到天控 分系统，由天控分系统控制天线完成角自动跟踪的功能。数字式电子探空仪：温度、湿度传感器采用成熟的热敏、湿敏电阻，而气压 传感器则采用进口的半导体压敏材料，精度高，一致性好。由传感器获得的电信 号将被探空仪中的微处理器采样、校正、编码，并按1200Hz的波特率每秒一次 向外发送。探空仪的接收发射公用一只天线，其发射机工作在超再生状态，它产生

7、的载 波频率为1671MHz的信号受调制器产生的800kHz信号的调制，我们称这种信号 为“超杂波”。在不发气象码时，探空仪发射的信号即为这种“超杂波”而在发 码期间800kHz副载波将受到32.7kHz方波调制，而有无32.7MHz方波将取决于 此时气象码是“0”还是“1”。测距原理是：雷达发射的“询问”脉冲被回答器的天线所接收，回答器就发 射一个“回答，脉冲被雷达所接收。由于雷达对探空仪发射与接收采用同一通道， 即询问和回答采用大致相同的频率，所以当雷达发射的询问脉冲被探空仪接收 后，加到高频振荡器，此时在询问脉冲作用下使超再生作用加强，即“超杂波” 的幅度稍稍增大即产生“鼓包”，在询问脉

8、冲作用后的一段很短的时间内超再生 振荡停止即“缺口”，这个“鼓包”与“缺口”就是探空仪对雷达询问脉冲的回 答信号，测定回答信号相对雷达主波的延时，即可测定探空仪与雷达间的斜距。测角原理是：当目标偏离雷达时，接收机将经放大、解调后得到的且受角误 差调制的800KHz副载波送至天线控制分系统，在那里，角误差被解调出来经放 大后去控制驱动电机，使天线对准目标。此时天线的方位俯仰位置通过同步发送 机把位置信息变成电信号送到测角分系统的轴角变换电路，把模拟量变成为数字 量并实时地送到数据终端，从而完成了角度的测量。送给天线控制分系统的信号同时也将送到另一支路，进行窄带滤波提高信噪 比，解出的气象码再用微

9、处理器进行智能判别，进一步去除各种干扰，在很低的 信噪比的情况下，仍能保持很低的误码率。单元标题：第六章GFE （L） 1型测风雷达第二节雷达简介第二节基本工作原理教学时数: （2）学时，其中理论（0）学时，实验（2）学时，上机（0）学时，其他（0） 学时：主要教学内容：参观GFE（L）1型测风雷达，掌握整机组成和基本工作原理。教学重点与难点：整机组成和基本工作原理。课后作业：根据实习过程，填写实习报告。课后体会：通过教学实习，使学生对GFE（L）1型高空气象探测雷达的外观有了一定 的认识，特别是对各分机的外观和主要作用有了进一步的了解。单元标题：第六章GFE （L） 1型测风雷达第三节性能指

10、标教学时数: （2）学时，其中理论（2）学时，实验（0）学时，上机（0）学时，其他（0） 学时：教学目的与要求：通过教学，掌握GFE（L） 1型测风雷达工作频率范围、探测范围、探测精 度（RMS）、测风精度（RMS）的含义和指标内，了解记录处理内容及结果，掌握 架设场地的选择条件。主要教学内容：工作频率范围、探测范围、探测精度（RMS）、测风精度（RMS）、数据处理、 软件操作系统、处理内容及结果、连续工作时间、断电保护、运输方式、电源供 电、环境适应性、架设场地的选择教学重点与难点：工作频率范围、探测范围、探测精度（RMS）、测风精度（RMS）、处理内容及 结果、架设场地的选择条件课后作业：

11、1、叙述GFE（L）1型高空气象探测雷达的工作频率范围、探测范围、探测 精度（RMS）、测风精度（RMS）。2、了解GFE（L）1型高空气象探测雷达处理内容及结果。3、简述GFE（L）1型高空气象探测雷达架设场地的选择条件。课后体会：通过教学，学生基本掌握GFE（L）1型测风雷达工作频率范围、探测范围、 探测精度（RMS）、测风精度（RMS）的含义和指标内，了解记录处理内容及结果， 掌握架设场地的选择条件，效果良好。第三节性能指标一、工作频率范围：16756MHz二、探测范围：1、距离：100m200km； 2、方位角：0360 ；仰角：-2+92。三、探测精度（RMS）1、距离：W20m（1

12、00m150km）； 2、方位角：.08（仰角 6 以上）；3、 仰角：W0.08 （仰角6以上）。四、测风精度（RMS）1、风速：1m/s （10m/s 以下）；10% （10m/s 以上）2、风向：5（25m/s 以上）；10（25m/s 以下）。五、数据处理终端1、硬件：CPU： PIII500以上；内存：64MB以上；硬盘：8GB以上；光驱：40X；显示器：17 ；宽行点阵打印机2、软件：操作系统：windows983、处理内容及结果： 特性层自动处理并输出以下结果：零度层、对流层顶、特性点、最大风 层、终止层； 规定标准层自动处理并输出以下结果：位势高度、温度、湿度、露点、 温度露点

13、差、风向、风速； 高空风资料自动处理并输出以下结果：每分钟量得风层风向和风速、规定标准层风向和风速，距天线高度层(300m、600m、900m)风向和风速； 自动编制并输出探空、测风报文。包括TTAA、TTBB、TTCC、TTDD、PPAA、 PPBB、 PPCC、 PPDD； 提供TEMP、PILOT数据； 按中国气象局和WMO要求提供高表13、14，高表1、2，气候月报等报表 编制和输出；软件具有对探空、测风的原始数据进行自动检误和人工纠错的功能以及 遇有特殊情况的处理功能；具有分析、监视用的气球漂移轨迹(动态显示)、T、U、高度、露点、T-Td 及风向、风速廓线和局部放大显示功能。六、连

14、续工作时间：不低于8小时。七、断电保护：雷达具有断电保障系统，确保断电20分钟内探空记录不中断。八、电源供电电压：220V (10% -15%)；频率：50Hz3%；功耗：W1kW。九、环境适应性温度：室外-40C+ 50C ；室内+5C+ 30C湿度：室外9598% (30C)；室内：9096% (30C) 气压：1050500hpa 抗风：正常工作风速020m/s；生存风速30m/s十、架设场地的选择在选择架设地时应注意以下几点：1、场地周围360范围内（特别是高空风的下风方向）不要有仰角高于5 的地物（如山包等）。在半径为500米的场地内无高大的建筑物（如楼房、铁塔、 高压线等）。如在山

15、区难以找到上述架设场地时，则在高空风的主要下风方向最 好能满足上述要求。2、天线应尽可能架设在一高坡上，当雷达的天线架设在地面上时，在半径 30-50米范围内的地面要平坦，天线的位置不应放在工作室的上风方向，架设的 地周围必须有良好的霹雷装置，远离其他微波信号源，有良好的接地措施，天线 装置的金属外壳对地电阻小于5Q。3、在发挥雷达性能的情况下，应照顾生活和工作的方便，如：水源、市电、 通信联络等问题。单元标题：第六章GFE （L） 1型测风雷达第四节雷达的标定第五节雷达的使用教学时数: （2）学时，其中理论（2）学时，实验（0）学时，上机（0）学时，其他（0） 学时：教学目的与要求:通过教学，使学生掌握GFE （L） 1型测风雷达水准器的安装以及天线水 平的检查与校正，仰角零度的标定，方位角零度的标定，距离零点的标定，光轴、 机械轴与电轴一致性的检查和校正。主要教学内容：GFE（L）1型测风雷达水准器的安装以及天线水平的检查与校正，仰角 零度的标定，方位角零度的标定，距离零点的标定，光轴、机械轴与电轴一致性 的检查和校正。教学重点与难点：仰角零度的