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          微多普勒泛探直測面雨量雷達監測系統簡(jiǎn)介

          發(fā)布時(shí)間:2024/2/5 16:53:55人氣:

          1 概述 

            微多普勒泛探直測面雨量雷達是一種應用于水文行業(yè)面雨量實(shí) 時(shí)監測的新體制雷達,將五面相控陣雷達方位波束交疊形成盤(pán)狀泛 探平面波束,利用泛探凝視及微多普勒技術(shù)沿落雨線(xiàn)垂直面進(jìn)行面 雨量直接測量,克服現有天氣雷達體制雷達波束與落雨線(xiàn)垂直相交 區間雷達徑向多普勒速度分量極低,回波信號在雷達多普勒濾波器 零點(diǎn)凹口近端,極端靠近地雜波使地雜波無(wú)法抑制,回波信號被雷 達多普勒濾波器濾除無(wú)法檢測的天氣雷達面雨量直接測量的世界性難題,打破現有天氣雷達體制降雨云 Z-I(反射率系數-雨強)反演 面雨量間距測量的低水平螺旋發(fā)展現狀,實(shí)現基于微多普勒、泛探 凝視、五面相控陣技術(shù)的 Z-I、Zdr-I、Φdp-I 等綜合直測的新體制面 雨量雷達,并建立基于反射率系數(強度)Z、差分反射率 Zdr、差分相移Φdp的面雨量直接測量方程組,實(shí)現面雨量實(shí)時(shí)直接精確測 量。 

          2. 系統組成 

            面雨量雷達測量系統由面雨量監測雷達基站、系統大數據處理平臺、網(wǎng)絡(luò )通訊設備等組成。

          圖片 1.png 

          3. 主要功能

            雷達基站以交疊盤(pán)狀泛探平面波束凝視探測,微多普勒檢測, 直接測量直徑 40km 范圍內落雨目標的回波強度(dBZ)、徑向速度 (V)、速度譜寬(W)、差分反射率因子(ZDR)、差示傳播相移dp)、差 分傳播相位常數(Kdp)、雨強(I)分布等信息。

          圖片 2.png圖片 3.png圖片 4.png

          主要功能如下: 

               1. 具有雷達方位盤(pán)狀泛探平面波束形成功能,能利用泛探平面波束與落雨線(xiàn)垂直相交,利用落雨線(xiàn)隨氣流傾斜產(chǎn)生的徑向微多普勒分量檢測雨滴目標,覆蓋范圍寬,無(wú)監測盲區; 

               2. 具有泛探凝視及微多普勒檢測功能,通過(guò)最高達 0.6Hz 的微 多普勒濾波帶寬濾除地雜波,檢測速度最低±0.01m/s 的微多普勒 回波,直接測量直徑 40Km、方位 360°區域落雨目標高時(shí)空精度回波強度、差分反射率、差分相移等參數; 

              3. 具有雨強及面雨量直接測量功能,通過(guò)大量試驗研究構建 ZI、Zdr-I、Φdp-I 面雨量直測新算法,利用高時(shí)空精度回波強度、差 分反射率、差分相移等參數聯(lián)合測量雨強,并根據雨強數值積分精 確測量面雨量,提供精確的水文模型初值; 4. 具有雨強及面雨量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)標定功能,能夠協(xié)同遠場(chǎng)外回路 非接觸標定儀對雷達強度、差分反射率、差分相移、距離、速度、 速度譜寬等系統指標標定,并能夠和雨量站點(diǎn)協(xié)同實(shí)時(shí)讀取點(diǎn)雨量 信息,實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)校準雨強。

          4. 主要技術(shù)特點(diǎn) 

              1.低成本五面相控陣技術(shù),采用數字化相頻掃五面相控陣,以高度集成和模塊化降低成本,滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )化大范圍布設的低成本要求; 

              2.泛探凝視技術(shù),方位 360°波束交疊與俯仰頻率分集雙層波束覆蓋,使雷達無(wú)需掃描實(shí)現凝視泛探,確保微多普勒檢功能實(shí)現; 

              3.微多普勒檢測技術(shù),利用公司長(cháng)期積累的分辨率達 0.6Hz 微多普勒檢測技術(shù),實(shí)現雨線(xiàn)波束垂直狀態(tài)微多普勒回波的可靠檢測; 

              4.大點(diǎn)數 FFT 多普勒濾波技術(shù),最高達16384 點(diǎn) FFT 的多普勒濾波,地雜波抑制 53dB 以上,消除地雜波虛警; 

              5.時(shí)頻矩陣體積積分插值距離速度聯(lián)合檢測技術(shù),該技術(shù)為公司發(fā)明專(zhuān)利技術(shù),通過(guò)時(shí)頻矩陣體積積分插值解算將距離精度和速度精度提高 10 倍以上,奠定高時(shí)空精度基礎; 

              6.雨強、面雨量直接測量技術(shù),通過(guò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)標定 Z-I、ZdrI、Φdp-I 關(guān)系式,實(shí)現面雨量直測新算法,獲得高時(shí)空精度面雨量參數。  

              7. DBF 凝視單脈沖測角技術(shù),方位、俯仰兩維單脈沖測角剔 除了延續至今的新一代天氣雷達碼盤(pán)測角旁瓣虛警,大幅度通過(guò)雷達測角精度,為高時(shí)空精度奠定基礎; 

              8.多基地時(shí)空同步技術(shù),利用網(wǎng)絡(luò )化基站三三交錯,測量速度矢量,結合差分反射率和差分相移等精確推算雨滴譜;

           5. 五面相控陣天氣雷達及雷達組網(wǎng) 順應面雨量監測向綜合、高時(shí)空分辨、多功能、小型化、智能化、 網(wǎng)絡(luò )化方向發(fā)展趨勢,基于三基站交錯多基地兩維多波束低空泛探技術(shù)、DBF 凝視單脈沖測角技術(shù)、微多普勒檢測技術(shù)、時(shí)頻矩陣體積 積分插值測距測速技術(shù)、多基地時(shí)空同步技術(shù)、空間柵格矢量測量技術(shù)等,構建基于五面相控陣基站的天氣雷達蜂窩網(wǎng),結合低空泛探矢量監測等,使全空域體掃周期縮短到秒級,低空泛探體掃周期達毫秒級,波束駐留時(shí)間大大加長(cháng),距離、速度分辨率大幅度提高,雜波改善因子達53dB 以上,有源干擾改善因子達 45dB 以上,基本沒(méi)有地 雜波虛警和有源干擾虛警,基本沒(méi)有強目標幅度-碼盤(pán)測角的角度虛警,消除脈沖壓縮旁瓣基臺距離虛警,消除 150m/s 以?xún)人俣忍摼?并能改善提高強度、差分反射率、差分相移等參數的時(shí)空分辨及測量精度。 5.1. 面雨量直接測量研究 

            面雨量流場(chǎng)演變特征直接測量研究對洪澇災害預警預報意義重 大,泛探凝視探測模式為雨強及面雨量高時(shí)空精度測量奠定基礎,為洪澇災害精確數值預報提供了精確的高分辨矢量基數據,貢獻了高質(zhì) 量的流媒體實(shí)時(shí)空間柵格矢量初值,使災害天氣短臨預報及洪澇泥石 流預報預警更精準,漏警率更低,虛警率更低,防災減災救災效率更 高。 

            構建低空泛探面雨量蜂窩網(wǎng)與水文探測雷達系統智慧水利大數 據平臺,以多基地 5 面相控陣多波束雷達為主體,結合 GNSS/MET、 閃電定位儀及標定儀等,構建區域大氣循環(huán)觀(guān)測系統,數值預報系統, 面雨量測量系統,在此基礎上,實(shí)現智能化短臨數值預報蜂窩網(wǎng),面 雨量監測及洪澇災害預警預報蜂窩網(wǎng),提升區域探測、強對流預警、洪水預警、臺風(fēng)災害預警等防災減災救災能力。 

            以 WGS84 直角坐標為基礎,構建東坐標、北坐標、高度三維空間柵格坐標系,以 5s 時(shí)間尺度為基準,結合北斗時(shí)間戳,實(shí)現全空域氣象目標蜂窩網(wǎng)空間柵格拼圖及動(dòng)態(tài)更新。 

            建立大數據中心,控制、存儲、處理、分發(fā)精細化氣象大數據, 形成精細化數值預報產(chǎn)品,除提供數值預報外,提供動(dòng)態(tài)外推柵格圖; 

            通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)及手持終端 APP 軟件向大眾提供氣象預報服務(wù),向有關(guān)部門(mén)、單位提供專(zhuān)業(yè)化、個(gè)性化災害氣象大數據產(chǎn)品服務(wù),與地 理信息系統結合,可點(diǎn)擊查看街道、社區等小地理單元動(dòng)態(tài)十二小時(shí) 內分鐘級連續時(shí)間災害天氣預報。 

            在提供氣象大數據的同時(shí),提供在空目標信息,包括飛行目標信息、低小慢目標信息等。

          圖片 5.png圖片 6.png

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