兩例天氣雷達(dá)異常回波案例分析

黃宣鈞 師傳宏

摘? ?要：機(jī)場天氣雷達(dá)是民航氣象三大重要技術(shù)裝備之一，是監(jiān)測和預(yù)警強(qiáng)對流天氣的主要工具，通過分析雷達(dá)回波，獲得大氣中的云、降水等氣象目標(biāo)的方位、強(qiáng)度、高度和形狀等信息，對航空氣象服務(wù)和空中交通管理起到重要作用。通過分析一例放射性回波，應(yīng)用故障排除法，得出該現(xiàn)象為外部同頻無線電干擾導(dǎo)致。通過分析一例局部環(huán)形回波，得出該回波為強(qiáng)反射體造成的虛假回波。

關(guān)鍵詞：714C型天氣雷達(dá)? 回波異常? 同頻干擾? 旁瓣回波

中圖分類號：P412.25? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）04（c）-0019-02

1? 機(jī)場714C型天氣雷達(dá)原理及結(jié)構(gòu)

1.1 714C型天氣雷達(dá)簡介

天氣雷達(dá)是監(jiān)測和預(yù)警強(qiáng)對流天氣的主要工具，其工作原理是通過發(fā)射一系列脈沖電磁波，利用云霧、雨、雪等降水粒子對電磁波的散射和吸收，為探測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)。南寧機(jī)場裝備了一部714C型天氣雷達(dá)，是固定式C波段氣象專用雷達(dá)，主要用于探測400km范圍內(nèi)的暴雨、冰雹、大面積降水等;同時(shí)能警戒災(zāi)害性天氣，714C天氣雷達(dá)特別適合航空氣象系統(tǒng)。

1.2 發(fā)射機(jī)原理及結(jié)構(gòu)簡介

發(fā)射機(jī)是雷達(dá)整機(jī)的重要組成部分，它產(chǎn)生高頻大功率脈沖，經(jīng)饋線和天線向空間發(fā)射。發(fā)射機(jī)主要由磁控管振蕩器、軟性調(diào)制器、高壓電源、調(diào)壓裝置、控制保護(hù)系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)組成。

1.3 接收機(jī)原理及結(jié)構(gòu)簡介

天線接收到的微波脈沖信號經(jīng)四端環(huán)流器及饋線接收支路到達(dá)接收機(jī)，由微波場效應(yīng)放大器放大后經(jīng)預(yù)選器送入信號混頻器，在混頻器中與來自本振的高頻信號進(jìn)行混頻得到30MHz中頻信號。該中頻信號經(jīng)前置中頻放大器放大后，分兩路輸出，一路經(jīng)過對數(shù)中頻放大器放大后輸送到信號處理系統(tǒng)，進(jìn)行視頻積分處理;另一路經(jīng)線形中頻放大器放大后送信號處理分機(jī)。

2? 放射狀雷達(dá)回波現(xiàn)象及原因分析

某年一段時(shí)期天氣雷達(dá)出現(xiàn)較強(qiáng)的放射狀回波，通過觀察雷達(dá)回波圖發(fā)現(xiàn)在90°～120°之間尤為嚴(yán)重，無法識別降水云團(tuán)，嚴(yán)重影響航空氣象服務(wù)。雷達(dá)回波圖出現(xiàn)中心射線狀回波，如圖1所示。

2.1 分析及處置

（1）雷達(dá)出現(xiàn)射線狀回波分布具有一定的規(guī)律性，基本處于90°～120°之間。正常情況下天線轉(zhuǎn)動時(shí)，如果設(shè)備自身出現(xiàn)故障，射線狀回波應(yīng)該不會集中出現(xiàn)在某一個位置，應(yīng)該是隨機(jī)的，沒有規(guī)律可循。

（2）做故障測試，斷開從波導(dǎo)進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)的信號、斷開進(jìn)入信號處理器的信號，雷達(dá)回波圖中都沒有任何的射線狀回波，可以進(jìn)一步基本排除是設(shè)備自身故障的原因。

（3）將雷達(dá)天線的仰角進(jìn)行調(diào)整，隨著雷達(dá)仰角的增加射線回波強(qiáng)度有明顯減弱趨勢。

（4）通過查看某年4月19日07：58～08：02采集的雷達(dá)回波圖，可以很明顯的看出有螺旋狀轉(zhuǎn)線條，說明極可能本場天氣雷達(dá)站附近有類似同頻干擾現(xiàn)象。

（5）咨詢駐場部隊(duì)氣象臺，部隊(duì)預(yù)報(bào)員告知他們的天氣雷達(dá)也會有放射狀回波。

2.2 無線電頻率的干擾檢測

懷疑天氣雷達(dá)放射狀回波可能是無線電干擾后，報(bào)南寧市無委，咨詢本地?zé)o委是否有其他設(shè)備使用天氣雷達(dá)頻率范圍的設(shè)備，無委答復(fù)南寧機(jī)場附近沒有登記有該頻段的設(shè)備。某日，天氣雷達(dá)放射狀回波再次出現(xiàn)，南寧市無委到現(xiàn)場進(jìn)行無線電干擾檢測，使用的儀器為高頻頻譜儀、手持式天線、放大器。經(jīng)過無委測量，我天氣雷達(dá)使用的頻率符合報(bào)備頻率范圍，而在頻譜儀上處出現(xiàn)了一個和雷達(dá)中心頻率差2MHz的無線電信號，應(yīng)該是此信號導(dǎo)致放射狀回波，后經(jīng)無委反饋干擾源位于南寧機(jī)場附近某處。

2.3 放射狀回波的分析結(jié)論

以往出現(xiàn)放射狀回波，認(rèn)真檢查了雷達(dá)系統(tǒng)，推斷是外部無線電干擾導(dǎo)致，因沒有高頻段的無線電偵測設(shè)備，無法證實(shí)是外部無線電干擾。此次地方無線電管理人員找到了無線電干擾源，證實(shí)了本機(jī)場714C型天氣雷達(dá)出現(xiàn)的放射狀回波是由無線電同頻干擾導(dǎo)致的。

3? 環(huán)狀回波現(xiàn)象及原因分析

某時(shí)期內(nèi)，天氣雷達(dá)在雷達(dá)開機(jī)探測時(shí)，發(fā)現(xiàn)在方位20～60°，距離本場雷達(dá)站32km處出現(xiàn)環(huán)狀回波，且該回波僅出現(xiàn)在圖2所示的方位上，其余方位均沒有出現(xiàn)，如圖2所示。

3.1 回波異常分析及處置

雷達(dá)在高壓開啟狀態(tài)下，才會出現(xiàn)環(huán)狀回波;雷達(dá)高壓關(guān)閉狀態(tài)下，沒有出現(xiàn)上圖環(huán)狀回波。如果有外部無線電干擾情況，高壓關(guān)閉時(shí)，轉(zhuǎn)動天線理論上該方位應(yīng)該出現(xiàn)相應(yīng)的回波，而目前高壓關(guān)閉時(shí)轉(zhuǎn)動天線沒有出現(xiàn)此問題，由此判斷可能不是來自外部無線電干擾。

雷達(dá)設(shè)備整機(jī)檢查：（1）檢查設(shè)備各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)均正常。（2）檢查雷達(dá)發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信號處理器均正常。（3）檢查雷達(dá)天線罩及饋線系統(tǒng)均沒有發(fā)現(xiàn)異常情況。

雷達(dá)回波分析：（1）通過雷達(dá)軟件在俯仰為0度采集的雷達(dá)回波圖中發(fā)現(xiàn)，此環(huán)狀回波圖最強(qiáng)點(diǎn)有85dBm，超過雷達(dá)色標(biāo)設(shè)定的75dBm最大值，對比雷達(dá)附近地物產(chǎn)生反射回波差不多都在60～70dBm，由此說明環(huán)狀回波最強(qiáng)點(diǎn)處有非常強(qiáng)的反射。通過雷達(dá)軟件定標(biāo)功能大致確定了最強(qiáng)點(diǎn)的經(jīng)度、緯度分別為22.82°、108.38°。查閱地圖上經(jīng)緯度網(wǎng)絡(luò)定位在南寧鳳嶺兒童公園附近，判斷可能為強(qiáng)反射體地物。

（2）經(jīng)過測試，對環(huán)狀回波方位做高度掃描，隨著天線仰角增加，此環(huán)狀回波有減弱的趨勢，但直到天線仰角調(diào)整到30°此環(huán)狀回波仍然有部分存在，現(xiàn)實(shí)中不可能有這么高的地物。

3.2 環(huán)狀回波分析結(jié)論

從以上的分析來看，環(huán)狀回波很可能是強(qiáng)反射體的地物回波引起的，通過地圖比對，強(qiáng)回波處有一個摩天輪，和幾棟摩天大樓，摩天輪是金屬結(jié)構(gòu)，是良好的電磁波反射體。因714C型天氣雷達(dá)是舊型號雷達(dá)，旁瓣抑制能力不強(qiáng)，雷達(dá)天線掃描過強(qiáng)反射體后，強(qiáng)反射體仍然被雷達(dá)探測電磁波的旁瓣掃描到，將電磁波又反射回雷達(dá)，雷達(dá)將旁瓣反射也認(rèn)為是正常的回波，導(dǎo)致了環(huán)形回波。

3.3 結(jié)論的論證

可以通過比對其他天氣雷達(dá)站的回波圖是否在該處存在環(huán)狀回波論證分析是否正確。和駐場部隊(duì)聯(lián)系，使用他們的天氣雷達(dá)進(jìn)行掃描，在同樣位置也存在環(huán)形回波，對該位置做高度掃描，回波圖和本雷達(dá)高度掃描圖非常相似。

咨詢南寧市氣象局的天氣雷達(dá)站，告知在南寧兒童公園附近確實(shí)有較強(qiáng)的地物影響。

通過以上兩點(diǎn)證實(shí)，714C型天氣雷達(dá)回波圖東北方位的環(huán)形回波，是強(qiáng)地物反射體引起的虛假旁瓣回波。

4? 結(jié)語

隨著近年來民航事業(yè)的高速發(fā)展，航班量的迅速增加，機(jī)場天氣雷達(dá)對于航空服務(wù)的作用越來越大。在使用中，碰到了一些異常的回波，這些回波有時(shí)會嚴(yán)重影響天氣雷達(dá)的正常使用。文中遇到了兩期典型的異常回波，放射狀回波是同頻無線電干擾導(dǎo)致，局部環(huán)狀回波是外部強(qiáng)反射體導(dǎo)致。我們從雷達(dá)原理出發(fā)，由整體到局部，從設(shè)備內(nèi)部到外部環(huán)境，深入分析，適當(dāng)應(yīng)用排除法，就能找到回波異常的原因，更好地應(yīng)對及處理。

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