新一代天氣雷達(dá)基數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

陳佳智++黃衛(wèi)東

摘要：就新一代CINRAD/SA型天氣雷達(dá)基數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行分析，闡述了配置天氣雷達(dá)觀測(cè)參數(shù)的理論依據(jù)，對(duì)天線轉(zhuǎn)速n、脈沖采樣數(shù)m和脈沖重復(fù)頻率F的合理配置規(guī)律作了系統(tǒng)的分析，并對(duì)所得結(jié)論進(jìn)行討論，以期能為有關(guān)方面的需要提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：天氣雷達(dá)；理論依據(jù)；配置；質(zhì)量分析

中圖分類號(hào)：P413 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095－6835（2014）09－0014－02

所謂“天氣雷達(dá)”，就是一種是利用云、霧、雨、雪等降水粒子對(duì)電磁波的散射和吸收，為探測(cè)降水的空間分布和鉛直結(jié)構(gòu)，并以此為警戒跟蹤降水系統(tǒng)的雷達(dá)。近年來(lái)，國(guó)家加大了對(duì)氣象事業(yè)的投入力度，氣象現(xiàn)代化建設(shè)深入到氣象領(lǐng)域的各方面，探測(cè)手段和探測(cè)能力也有了極大的提高。新一代天氣雷達(dá)作為中小尺度災(zāi)害性天氣的新型監(jiān)測(cè)工具，其數(shù)據(jù)質(zhì)量直接影響了定量氣象業(yè)務(wù)應(yīng)用的精度，因此，對(duì)新一代天氣雷達(dá)基數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行分析尤為重要。

1配置天氣雷達(dá)觀測(cè)參數(shù)的理論依據(jù)

1.1樣本采集時(shí)間跨度對(duì)基數(shù)據(jù)的影響

新一代天氣雷達(dá)獲取的3種基數(shù)據(jù)，即雷達(dá)反射率因子Z、徑向速度V和徑向速度譜寬W，實(shí)際上都是統(tǒng)計(jì)特征量，需要以足夠大的樣本容量為基礎(chǔ)。在數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中，樣本采集時(shí)間跨度長(zhǎng)短不同（即樣本序列的時(shí)間覆蓋長(zhǎng)度等于方向平均時(shí)間），對(duì)這3種基數(shù)據(jù)的數(shù)值均有影響。在反射率因子Z的測(cè)量和徑向速度V的檢測(cè)方面，對(duì)某一距離庫(kù)的樣本采集序列而言，只有當(dāng)其時(shí)間覆蓋長(zhǎng)度滿足一定的要求時(shí)，才能保證有效消除Z中的脈動(dòng)漲落成分，壓低檢測(cè)因子D（又被稱“識(shí)別系數(shù)”“可見(jiàn)度因子”）的數(shù)值。

1.2樣本采集時(shí)間的確定依據(jù)

檢測(cè)因子D的數(shù)值與獨(dú)立樣本容量K之間的函數(shù)關(guān)系：

.（1）

為了保證徑向速度測(cè)量準(zhǔn)確度滿足指標(biāo)要求，徑向速度靈敏度的數(shù)值必須保證不大于速度準(zhǔn)確度指標(biāo)數(shù)值。用Vmin表示雷達(dá)系統(tǒng)的徑向速度靈敏度，則Vmin≤Verr必須得到滿足。脈沖序列時(shí)間覆蓋長(zhǎng)度Tc與徑向速度靈敏度Vmin的關(guān)系是已知的，

設(shè)與速度靈敏度Vmin對(duì)應(yīng)的最低多普勒頻率為fmin，λ0為雷達(dá)射頻波長(zhǎng)，則要求Tc-1≤fmin.

由于fmin=2Vmin?λ0－1，所以有Tc≥λ0（2Vmin）-1≥λ0（2Verr）－1≡t.（2）

由式（2）可知，對(duì)確定的一部天氣雷達(dá)而言，為了保證測(cè)速精度達(dá)到給定的要求，脈沖序列時(shí)間覆蓋長(zhǎng)度Tc不能小于一個(gè)與徑向速度測(cè)量準(zhǔn)確度指標(biāo)數(shù)值Verr成反比、與雷達(dá)射頻波長(zhǎng)λ0成正比的臨界數(shù)值tm.

式（2）是Tc 應(yīng)滿足的第一種關(guān)系式。該關(guān)系式給出了Tc的下限閾值tm.此外，Tc還要滿足另外一個(gè)重要的關(guān)系：

Tc≤θ0ω－1≡TM.（3）

式（3）中：θ0——波束寬度，°；

ω——天線掃描角速度，°/s。

式（3）中給出了脈沖序列時(shí)間覆蓋長(zhǎng)度Tc的上限閾值TM，式（3）中的條件之所以必須得到滿足，是因?yàn)橐ＷC天氣雷達(dá)獲取數(shù)據(jù)資料的方向分辨力與天線設(shè)備實(shí)際具備的高精度方向性相稱。

2合理配置規(guī)律

2.1一般規(guī)律

根據(jù)脈沖采樣數(shù)m（個(gè)）、脈沖重復(fù)頻率F（Hz）的含義和天線掃描的旋轉(zhuǎn)頻率n（r/min，天線掃描轉(zhuǎn)速用“旋轉(zhuǎn)頻率”表示）與天線掃描角速度ω（°/s）之間的關(guān)系，可將式（2）和式（3）合并成復(fù)合關(guān)系式：

（4）

式（4）所給出的即為m，F(xiàn)，n這3個(gè)觀測(cè)參數(shù)合理配置的一般規(guī)律。

床的加工效率和技術(shù)，提高了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的效率，降低了人工生產(chǎn)成本，保證零件的精準(zhǔn)度。PLC技術(shù)能促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)工藝的改革和創(chuàng)新，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)企業(yè)的發(fā)展有極其重要的意義。

參考文獻(xiàn)

［1］劉松.試論基于PLC技術(shù)的機(jī)床電氣改造［J］.黑龍江科技信息，2012（26）.

［2］卜范騫，王明，張洪國(guó).基于PLC的半精鏜機(jī)床電氣改造技術(shù)［J］.科技信息，2013（17）.

［3］張國(guó)平.淺析臺(tái)達(dá)PLC在各企業(yè)機(jī)床電氣改造上的應(yīng)用［J］.科技資訊，2012（15）.

［4］楊漢嵩，劉廣瑞，張凱.基于PLC的M7130磨床電氣控制系統(tǒng)改造［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2012（06）.

［5］夏曉玲.基于PLC輔助的數(shù)控機(jī)床電氣控制分析［J］.電子制作，2013（23）.

〔編輯：李玨〕

Study based on Machine Tool Electric Transformation of PLC Technology

Wen Lili

Abstract: With the rapid economic development and progress of science and technology, electronics and information technology has been widely used in various sectors of social production and development. The PLC technology in machining equipment modification and control is necessary, can effectively improve the level and precision machining technology.

Key words: PLC technology; tools; electrical; transformation

2.2數(shù)學(xué)分析

為了對(duì)復(fù)合關(guān)系式（4）進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，可將m，n和F視為3個(gè)變量，它們可構(gòu)成一個(gè)“三維歐氏空間”，滿足復(fù)合關(guān)系式（4）的“點(diǎn)集”可構(gòu)成一個(gè)“子空間”。圖1為該三維歐氏空間不同性質(zhì)的區(qū)域劃分示意。圖1中界面A上的點(diǎn)滿足“F=2mVerr/λ0”，界面B上的點(diǎn)滿足“F=6mn/θ0”. 在該“m－n－F空間”內(nèi)，位于界面A以上的子空間Ⅰ，對(duì)應(yīng)著脈沖序列時(shí)間覆蓋長(zhǎng)度不足，導(dǎo)致速度和強(qiáng)度測(cè)量精度下降。位于界面B以下的子空間Ⅱ，對(duì)應(yīng)著脈沖序列時(shí)間覆蓋長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致方向分辨力下降。除了上述兩子空間區(qū)域外，剩余的子空間Ⅲ滿足復(fù)合關(guān)系式（4），是一個(gè)連通的三維立體區(qū)域（又被稱為“數(shù)據(jù)保質(zhì)區(qū)域”）。界面A，B的交線是該區(qū)域的一條邊界線，該邊界線上的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的3個(gè)觀測(cè)參數(shù)之間滿足F=2mVerr/λ0=6nm/θ0，因而n=θ0Verr/（3λ0）.

當(dāng)n=N0時(shí)，只有F=2mVerr/λ0，即F，m兩者滿足該線性函數(shù)關(guān)系（互不獨(dú)立），才能使觀測(cè)參數(shù)組合點(diǎn)（m，n，F(xiàn)）屬于“數(shù)據(jù)保質(zhì)區(qū)域”，保證基數(shù)據(jù)在準(zhǔn)確度和方向分辨力兩方面都滿足質(zhì)量要求。

當(dāng)n＜N0時(shí)，只要求F和m之間保持一種“相關(guān)關(guān)系”（即對(duì)于固定m而言，允許F在一定的范圍內(nèi)取不同數(shù)值；對(duì)于固定F而言，允許m在一定的范圍內(nèi)取不同數(shù)值），基數(shù)據(jù)資料質(zhì)量就可滿足要求。顯然N0與n的差值越大，上述F，m之間的“相關(guān)關(guān)系”越“松散”。

當(dāng)n＞N0時(shí)，所獲取的基數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題需要具體分析。

2.3配置方法

先要確定的是脈沖重復(fù)頻率F（包括雙重復(fù)頻率），主要根據(jù)對(duì)最大不模糊速度和最大不模糊距離來(lái)進(jìn)行。然后根據(jù)探測(cè)目的或探測(cè)對(duì)象的不同，確定天線旋轉(zhuǎn)頻率n，之后確定脈沖采樣數(shù)目m.如果探測(cè)目的是跟蹤快速移動(dòng)、迅速演變的氣象目標(biāo)，這時(shí)需要較高的時(shí)間分辨率，需要選擇較高的天線旋轉(zhuǎn)頻率n，但是不能大于其上限閾值N0.

2.3.1確定脈沖重復(fù)頻率F

對(duì)于SA型天氣雷達(dá)來(lái)說(shuō)，由于距離退模糊采用隨機(jī)相位方式獨(dú)立完成，所以，其脈沖重復(fù)頻率數(shù)值的選擇僅依賴于對(duì)最大不模糊速度的要求。在已知雷達(dá)射頻波長(zhǎng)λ0的條件下，單脈沖重復(fù)頻率F與最大不模糊速度Vmax之間的關(guān)系為F=4Vmax/λ0，而雙脈沖重復(fù)頻率F，F(xiàn)/k（2＞k＞1，例如k=3/2）與最大不模糊速度Vmax之間的關(guān)系為F=4（k－1）Vmax/λ0. 顯然，無(wú)論在單重復(fù)頻率還是雙重復(fù)頻率的情況下，利用Vmax/λ0的數(shù)值很容易確定F的數(shù)值。

2.3.2確定天線旋轉(zhuǎn)頻率n和脈沖采樣數(shù)m

確定天線旋轉(zhuǎn)頻率n和脈沖采樣數(shù)m，利用平面圖解的方法方便、直觀。

確定天線旋轉(zhuǎn)頻率n和脈沖采樣數(shù)m，先要配置天線掃描旋轉(zhuǎn)頻率n，就是根據(jù)對(duì)雷達(dá)觀測(cè)資料時(shí)間分辨率的需求（記錄強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程，對(duì)時(shí)間分辨率要求顯然較高）來(lái)選擇、確定其數(shù)值。顯然，n的數(shù)值在其允許的范圍內(nèi)選得越大，時(shí)間分辨率就越高。當(dāng)脈沖重復(fù)頻率和天線掃描頻率都選擇完畢之后，脈沖采樣數(shù)m的選擇將被制約，不能獨(dú)立地任意配置。針對(duì)單重復(fù)頻率和雙重復(fù)頻率，舉出一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明配置方法。

在F=600 Hz，n=2 r/min（SA型天氣雷達(dá)天線掃描頻率）的情況下，m的配置步驟為：①過(guò)縱坐標(biāo)F=600 Hz作橫軸平行線，該線與圖2中n=N0（r/min），n=2 r/min對(duì)應(yīng)的兩線段依次交于A，C兩點(diǎn)。②以A，C兩點(diǎn)的橫坐標(biāo)作為端點(diǎn)在橫軸上可確定一個(gè)閉區(qū)間。該區(qū)間內(nèi)的整數(shù)構(gòu)成一個(gè)整數(shù)子集{32，33，34，35，…，45}，該集合內(nèi)的元素都可以作為m的數(shù)值來(lái)選擇，一般應(yīng)該取其最大數(shù)值45，以獲得較高質(zhì)量的多普勒處理結(jié)果。

圖1m－n－F空間 圖2F－m－n合理配置圖解

3結(jié)論與討論

3.1合理選擇天線掃描速度

新一代天氣雷達(dá)觀測(cè)參數(shù)的合理配置，會(huì)直接影響到所獲取基數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量。在本文討論的3個(gè)最常用的觀測(cè)參數(shù)中，天線掃描旋轉(zhuǎn)頻率的大小對(duì)基數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響最大。如果該參數(shù)選擇大于其上限數(shù)值，則其他兩個(gè)參數(shù)無(wú)論怎樣選擇，都不能確?；鶖?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量。

3.2 提高CINRAD/SA型雷達(dá)“體掃”數(shù)據(jù)質(zhì)量

在PPI，RHI兩種掃描工作模式下，天氣雷達(dá)用戶可以自行配置F，m，n這3個(gè)觀測(cè)參數(shù)，以保證構(gòu)成比較合理的參數(shù)配置方案。但如果處在“體掃”模式下，則天氣雷達(dá)是按照“實(shí)時(shí)控制軟件”的固定設(shè)置自動(dòng)進(jìn)行工作。雖然用戶只可以通過(guò)雷達(dá)終端和數(shù)據(jù)采集器的操作自行選定n，m這2個(gè)觀測(cè)參數(shù)，但是，在一個(gè)“體掃”過(guò)程中，m這個(gè)觀測(cè)參數(shù)不能自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整來(lái)適應(yīng)F的變化。

通過(guò)本文分析可知，在F，m，n三個(gè)參數(shù)中固定F后，另外兩個(gè)參數(shù)必須相互適應(yīng)，否則基數(shù)據(jù)質(zhì)量必定下降。而在目前CINRAD/SA型天氣雷達(dá)“體掃”模式工作的過(guò)程中，脈沖采樣數(shù)m和天線掃描轉(zhuǎn)速n的數(shù)值由使用者選定后，它們?cè)谡麄€(gè)“體掃”過(guò)程中一直固定不變，而脈沖重復(fù)頻率F卻在400 Hz、600 Hz兩數(shù)值之間不斷改變，導(dǎo)致觀測(cè)參數(shù)組合點(diǎn)規(guī)律性地落在“數(shù)據(jù)保質(zhì)區(qū)域”以外，致使“體掃”基數(shù)據(jù)質(zhì)量下降。因此，建議CINRAD/SA“實(shí)時(shí)控制軟件”的內(nèi)部功能進(jìn)一步完善，以消除觀測(cè)參數(shù)組合點(diǎn)落在“數(shù)據(jù)保質(zhì)區(qū)域”以外。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，SA型雷達(dá)系統(tǒng)是中國(guó)新一代天氣雷達(dá)網(wǎng)的重要組成部分，是我國(guó)目前采用的具有高穩(wěn)定度、高頻譜純度的全相參體制的數(shù)字化天氣雷達(dá)。它可以提供穩(wěn)定、可靠的基數(shù)據(jù)，可保證新一代天氣雷達(dá)不斷滿足氣象業(yè)務(wù)的要求，并在災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警中發(fā)揮其作用。

參考文獻(xiàn)

［1］江源.天氣雷達(dá)觀測(cè)資料質(zhì)量控制方法研究及其應(yīng)用［D］.北京：中國(guó)氣象科學(xué)研究院，2013.

［2］楚志剛，銀燕，顧松山.新一代天氣雷達(dá)基數(shù)據(jù)文件格式自動(dòng)識(shí)別方法研究［J］.計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2013（07）.

〔編輯：白潔〕

A New Generation of Weather Radar Base Data Quality Analysis

Chen Jiazhi, Huang Weidong

Abstract: For a new generation of CINRAD/SA-type weather radar base data quality analysis, elaborated weather radar configuration parameters theoretical basis for the antenna rotation speed n, the number of samples m pulses and pulse repetition frequency F made a reasonable allocation rule system analysis, and conclusions are discussed, in order to provide a reference for requiring the parties concerned.

Key words: weather radar; theory; configuration; quality analysis

當(dāng)n＞N0時(shí)，所獲取的基數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題需要具體分析。

2.3配置方法

先要確定的是脈沖重復(fù)頻率F（包括雙重復(fù)頻率），主要根據(jù)對(duì)最大不模糊速度和最大不模糊距離來(lái)進(jìn)行。然后根據(jù)探測(cè)目的或探測(cè)對(duì)象的不同，確定天線旋轉(zhuǎn)頻率n，之后確定脈沖采樣數(shù)目m.如果探測(cè)目的是跟蹤快速移動(dòng)、迅速演變的氣象目標(biāo)，這時(shí)需要較高的時(shí)間分辨率，需要選擇較高的天線旋轉(zhuǎn)頻率n，但是不能大于其上限閾值N0.

2.3.1確定脈沖重復(fù)頻率F

對(duì)于SA型天氣雷達(dá)來(lái)說(shuō)，由于距離退模糊采用隨機(jī)相位方式獨(dú)立完成，所以，其脈沖重復(fù)頻率數(shù)值的選擇僅依賴于對(duì)最大不模糊速度的要求。在已知雷達(dá)射頻波長(zhǎng)λ0的條件下，單脈沖重復(fù)頻率F與最大不模糊速度Vmax之間的關(guān)系為F=4Vmax/λ0，而雙脈沖重復(fù)頻率F，F(xiàn)/k（2＞k＞1，例如k=3/2）與最大不模糊速度Vmax之間的關(guān)系為F=4（k－1）Vmax/λ0. 顯然，無(wú)論在單重復(fù)頻率還是雙重復(fù)頻率的情況下，利用Vmax/λ0的數(shù)值很容易確定F的數(shù)值。

2.3.2確定天線旋轉(zhuǎn)頻率n和脈沖采樣數(shù)m

確定天線旋轉(zhuǎn)頻率n和脈沖采樣數(shù)m，利用平面圖解的方法方便、直觀。

確定天線旋轉(zhuǎn)頻率n和脈沖采樣數(shù)m，先要配置天線掃描旋轉(zhuǎn)頻率n，就是根據(jù)對(duì)雷達(dá)觀測(cè)資料時(shí)間分辨率的需求（記錄強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程，對(duì)時(shí)間分辨率要求顯然較高）來(lái)選擇、確定其數(shù)值。顯然，n的數(shù)值在其允許的范圍內(nèi)選得越大，時(shí)間分辨率就越高。當(dāng)脈沖重復(fù)頻率和天線掃描頻率都選擇完畢之后，脈沖采樣數(shù)m的選擇將被制約，不能獨(dú)立地任意配置。針對(duì)單重復(fù)頻率和雙重復(fù)頻率，舉出一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明配置方法。

在F=600 Hz，n=2 r/min（SA型天氣雷達(dá)天線掃描頻率）的情況下，m的配置步驟為：①過(guò)縱坐標(biāo)F=600 Hz作橫軸平行線，該線與圖2中n=N0（r/min），n=2 r/min對(duì)應(yīng)的兩線段依次交于A，C兩點(diǎn)。②以A，C兩點(diǎn)的橫坐標(biāo)作為端點(diǎn)在橫軸上可確定一個(gè)閉區(qū)間。該區(qū)間內(nèi)的整數(shù)構(gòu)成一個(gè)整數(shù)子集{32，33，34，35，…，45}，該集合內(nèi)的元素都可以作為m的數(shù)值來(lái)選擇，一般應(yīng)該取其最大數(shù)值45，以獲得較高質(zhì)量的多普勒處理結(jié)果。

圖1m－n－F空間 圖2F－m－n合理配置圖解

3結(jié)論與討論

3.1合理選擇天線掃描速度

新一代天氣雷達(dá)觀測(cè)參數(shù)的合理配置，會(huì)直接影響到所獲取基數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量。在本文討論的3個(gè)最常用的觀測(cè)參數(shù)中，天線掃描旋轉(zhuǎn)頻率的大小對(duì)基數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響最大。如果該參數(shù)選擇大于其上限數(shù)值，則其他兩個(gè)參數(shù)無(wú)論怎樣選擇，都不能確保基數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量。

3.2 提高CINRAD/SA型雷達(dá)“體掃”數(shù)據(jù)質(zhì)量

在PPI，RHI兩種掃描工作模式下，天氣雷達(dá)用戶可以自行配置F，m，n這3個(gè)觀測(cè)參數(shù)，以保證構(gòu)成比較合理的參數(shù)配置方案。但如果處在“體掃”模式下，則天氣雷達(dá)是按照“實(shí)時(shí)控制軟件”的固定設(shè)置自動(dòng)進(jìn)行工作。雖然用戶只可以通過(guò)雷達(dá)終端和數(shù)據(jù)采集器的操作自行選定n，m這2個(gè)觀測(cè)參數(shù)，但是，在一個(gè)“體掃”過(guò)程中，m這個(gè)觀測(cè)參數(shù)不能自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整來(lái)適應(yīng)F的變化。

通過(guò)本文分析可知，在F，m，n三個(gè)參數(shù)中固定F后，另外兩個(gè)參數(shù)必須相互適應(yīng)，否則基數(shù)據(jù)質(zhì)量必定下降。而在目前CINRAD/SA型天氣雷達(dá)“體掃”模式工作的過(guò)程中，脈沖采樣數(shù)m和天線掃描轉(zhuǎn)速n的數(shù)值由使用者選定后，它們?cè)谡麄€(gè)“體掃”過(guò)程中一直固定不變，而脈沖重復(fù)頻率F卻在400 Hz、600 Hz兩數(shù)值之間不斷改變，導(dǎo)致觀測(cè)參數(shù)組合點(diǎn)規(guī)律性地落在“數(shù)據(jù)保質(zhì)區(qū)域”以外，致使“體掃”基數(shù)據(jù)質(zhì)量下降。因此，建議CINRAD/SA“實(shí)時(shí)控制軟件”的內(nèi)部功能進(jìn)一步完善，以消除觀測(cè)參數(shù)組合點(diǎn)落在“數(shù)據(jù)保質(zhì)區(qū)域”以外。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，SA型雷達(dá)系統(tǒng)是中國(guó)新一代天氣雷達(dá)網(wǎng)的重要組成部分，是我國(guó)目前采用的具有高穩(wěn)定度、高頻譜純度的全相參體制的數(shù)字化天氣雷達(dá)。它可以提供穩(wěn)定、可靠的基數(shù)據(jù)，可保證新一代天氣雷達(dá)不斷滿足氣象業(yè)務(wù)的要求，并在災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警中發(fā)揮其作用。

參考文獻(xiàn)

［1］江源.天氣雷達(dá)觀測(cè)資料質(zhì)量控制方法研究及其應(yīng)用［D］.北京：中國(guó)氣象科學(xué)研究院，2013.

［2］楚志剛，銀燕，顧松山.新一代天氣雷達(dá)基數(shù)據(jù)文件格式自動(dòng)識(shí)別方法研究［J］.計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2013（07）.

〔編輯：白潔〕

A New Generation of Weather Radar Base Data Quality Analysis

Chen Jiazhi, Huang Weidong

Abstract: For a new generation of CINRAD/SA-type weather radar base data quality analysis, elaborated weather radar configuration parameters theoretical basis for the antenna rotation speed n, the number of samples m pulses and pulse repetition frequency F made a reasonable allocation rule system analysis, and conclusions are discussed, in order to provide a reference for requiring the parties concerned.

Key words: weather radar; theory; configuration; quality analysis

當(dāng)n＞N0時(shí)，所獲取的基數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題需要具體分析。

2.3配置方法

先要確定的是脈沖重復(fù)頻率F（包括雙重復(fù)頻率），主要根據(jù)對(duì)最大不模糊速度和最大不模糊距離來(lái)進(jìn)行。然后根據(jù)探測(cè)目的或探測(cè)對(duì)象的不同，確定天線旋轉(zhuǎn)頻率n，之后確定脈沖采樣數(shù)目m.如果探測(cè)目的是跟蹤快速移動(dòng)、迅速演變的氣象目標(biāo)，這時(shí)需要較高的時(shí)間分辨率，需要選擇較高的天線旋轉(zhuǎn)頻率n，但是不能大于其上限閾值N0.

2.3.1確定脈沖重復(fù)頻率F

對(duì)于SA型天氣雷達(dá)來(lái)說(shuō)，由于距離退模糊采用隨機(jī)相位方式獨(dú)立完成，所以，其脈沖重復(fù)頻率數(shù)值的選擇僅依賴于對(duì)最大不模糊速度的要求。在已知雷達(dá)射頻波長(zhǎng)λ0的條件下，單脈沖重復(fù)頻率F與最大不模糊速度Vmax之間的關(guān)系為F=4Vmax/λ0，而雙脈沖重復(fù)頻率F，F(xiàn)/k（2＞k＞1，例如k=3/2）與最大不模糊速度Vmax之間的關(guān)系為F=4（k－1）Vmax/λ0. 顯然，無(wú)論在單重復(fù)頻率還是雙重復(fù)頻率的情況下，利用Vmax/λ0的數(shù)值很容易確定F的數(shù)值。

2.3.2確定天線旋轉(zhuǎn)頻率n和脈沖采樣數(shù)m

確定天線旋轉(zhuǎn)頻率n和脈沖采樣數(shù)m，利用平面圖解的方法方便、直觀。

確定天線旋轉(zhuǎn)頻率n和脈沖采樣數(shù)m，先要配置天線掃描旋轉(zhuǎn)頻率n，就是根據(jù)對(duì)雷達(dá)觀測(cè)資料時(shí)間分辨率的需求（記錄強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程，對(duì)時(shí)間分辨率要求顯然較高）來(lái)選擇、確定其數(shù)值。顯然，n的數(shù)值在其允許的范圍內(nèi)選得越大，時(shí)間分辨率就越高。當(dāng)脈沖重復(fù)頻率和天線掃描頻率都選擇完畢之后，脈沖采樣數(shù)m的選擇將被制約，不能獨(dú)立地任意配置。針對(duì)單重復(fù)頻率和雙重復(fù)頻率，舉出一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明配置方法。

在F=600 Hz，n=2 r/min（SA型天氣雷達(dá)天線掃描頻率）的情況下，m的配置步驟為：①過(guò)縱坐標(biāo)F=600 Hz作橫軸平行線，該線與圖2中n=N0（r/min），n=2 r/min對(duì)應(yīng)的兩線段依次交于A，C兩點(diǎn)。②以A，C兩點(diǎn)的橫坐標(biāo)作為端點(diǎn)在橫軸上可確定一個(gè)閉區(qū)間。該區(qū)間內(nèi)的整數(shù)構(gòu)成一個(gè)整數(shù)子集{32，33，34，35，…，45}，該集合內(nèi)的元素都可以作為m的數(shù)值來(lái)選擇，一般應(yīng)該取其最大數(shù)值45，以獲得較高質(zhì)量的多普勒處理結(jié)果。

圖1m－n－F空間 圖2F－m－n合理配置圖解

3結(jié)論與討論

3.1合理選擇天線掃描速度

新一代天氣雷達(dá)觀測(cè)參數(shù)的合理配置，會(huì)直接影響到所獲取基數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量。在本文討論的3個(gè)最常用的觀測(cè)參數(shù)中，天線掃描旋轉(zhuǎn)頻率的大小對(duì)基數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響最大。如果該參數(shù)選擇大于其上限數(shù)值，則其他兩個(gè)參數(shù)無(wú)論怎樣選擇，都不能確?；鶖?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量。

3.2 提高CINRAD/SA型雷達(dá)“體掃”數(shù)據(jù)質(zhì)量

在PPI，RHI兩種掃描工作模式下，天氣雷達(dá)用戶可以自行配置F，m，n這3個(gè)觀測(cè)參數(shù)，以保證構(gòu)成比較合理的參數(shù)配置方案。但如果處在“體掃”模式下，則天氣雷達(dá)是按照“實(shí)時(shí)控制軟件”的固定設(shè)置自動(dòng)進(jìn)行工作。雖然用戶只可以通過(guò)雷達(dá)終端和數(shù)據(jù)采集器的操作自行選定n，m這2個(gè)觀測(cè)參數(shù)，但是，在一個(gè)“體掃”過(guò)程中，m這個(gè)觀測(cè)參數(shù)不能自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整來(lái)適應(yīng)F的變化。

通過(guò)本文分析可知，在F，m，n三個(gè)參數(shù)中固定F后，另外兩個(gè)參數(shù)必須相互適應(yīng)，否則基數(shù)據(jù)質(zhì)量必定下降。而在目前CINRAD/SA型天氣雷達(dá)“體掃”模式工作的過(guò)程中，脈沖采樣數(shù)m和天線掃描轉(zhuǎn)速n的數(shù)值由使用者選定后，它們?cè)谡麄€(gè)“體掃”過(guò)程中一直固定不變，而脈沖重復(fù)頻率F卻在400 Hz、600 Hz兩數(shù)值之間不斷改變，導(dǎo)致觀測(cè)參數(shù)組合點(diǎn)規(guī)律性地落在“數(shù)據(jù)保質(zhì)區(qū)域”以外，致使“體掃”基數(shù)據(jù)質(zhì)量下降。因此，建議CINRAD/SA“實(shí)時(shí)控制軟件”的內(nèi)部功能進(jìn)一步完善，以消除觀測(cè)參數(shù)組合點(diǎn)落在“數(shù)據(jù)保質(zhì)區(qū)域”以外。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，SA型雷達(dá)系統(tǒng)是中國(guó)新一代天氣雷達(dá)網(wǎng)的重要組成部分，是我國(guó)目前采用的具有高穩(wěn)定度、高頻譜純度的全相參體制的數(shù)字化天氣雷達(dá)。它可以提供穩(wěn)定、可靠的基數(shù)據(jù)，可保證新一代天氣雷達(dá)不斷滿足氣象業(yè)務(wù)的要求，并在災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警中發(fā)揮其作用。

參考文獻(xiàn)

［1］江源.天氣雷達(dá)觀測(cè)資料質(zhì)量控制方法研究及其應(yīng)用［D］.北京：中國(guó)氣象科學(xué)研究院，2013.

［2］楚志剛，銀燕，顧松山.新一代天氣雷達(dá)基數(shù)據(jù)文件格式自動(dòng)識(shí)別方法研究［J］.計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2013（07）.

〔編輯：白潔〕

A New Generation of Weather Radar Base Data Quality Analysis

Chen Jiazhi, Huang Weidong

Abstract: For a new generation of CINRAD/SA-type weather radar base data quality analysis, elaborated weather radar configuration parameters theoretical basis for the antenna rotation speed n, the number of samples m pulses and pulse repetition frequency F made a reasonable allocation rule system analysis, and conclusions are discussed, in order to provide a reference for requiring the parties concerned.

Key words: weather radar; theory; configuration; quality analysis