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。
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(Φdp)、差 分傳播相位常數(Kdp)、雨強（I）分布等信息。
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。
