氣象風廓線雷達的裝備指揮車的設計與應用

摘要：本文圍繞著一款氣象風廓線雷達，進行該裝備指揮車的設計與應用。根據某氣象部門的實際要求，分析了該風廓線雷達的探測特點后，利用某中型客車底盤，進行指揮車的結構布局與安裝，并對該風廓線雷達的抗風載能力進行了計算，并得出計算結果。風廓線雷達的裝備指揮車，在氣象部門的廣泛應用，將極大地提高氣象部門的移動應急能力，有效地保障氣象部門的雷達探測任務。

關鍵詞：風廓線雷達；裝備車；指揮車；氣象雷達；結構設計

中圖分類號：P412 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

1 引言

風廓線雷達是一種新型大氣遙感設備，它的應用是對傳統氣球測風方法的一次革命。與有球測風相比，風廓線雷達除了具有可連續探測優點外，還具有探測數據代表性好、時空分辨率高、無需施放探空氣球等特點。為了滿足氣象部門的要求，氣象雷達的應用可以劃分為地面站式和移動車載式，本就針對氣象風廓線雷達的裝備指揮車，研究該指揮車的結構布局以及雷達的安裝與工作內容。

2 風廓線雷達探測原理

風廓線雷達的主要目標是晴空大氣湍流，利用布拉格散射原理探測，隨風飄動的湍團中大氣折射率指數結構參數Cn2的變化，進而導出大氣中風向風速的真實情況。大氣折射率取決于空氣中溫度、濕度和氣壓等因數的變化，而折射率的分布則決定于各種尺度的大氣運動。由于折射率的不均勻性，當雷達發射出的電磁波照射到這樣的運動介質時，就會產生散射。雷達接收機接收到已有多普勒頻移的后向散射信號，只不過這種信號極其微弱，單脈沖信噪比在-40dB～-50dB以下。通過天頂、偏東15°、偏西15°、偏南15°、偏北15°五個波束位置，在不同高度層的散射信號的積累和數據處理，可得到不同時刻的各高度層上的風廓線數據，如圖1所示。

3 雷達系統結構設計

3.1 風廓線雷達組成

風廓線雷達一般由相控陣列天線、天線控制單元、收發組件、數據存儲處理單元四部分

組成。其中，1）相控陣列天線用于向天空發射無線電波和接收回波信號。2）天線控制單元接收來自收發組件的信號，分配到各路天線控制模塊，將信號功率放大后，經過天線發射出去；接收來自天線陣列的回波信號；偵測天線陣列的溫度、功率狀況，對異常情況發出報警信號，以實現天線系統的自檢。3）收發組件主要向天線控制單元中的激勵裝置傳送發射信號，對各波束進行控制，從天線控制單元接收觀測信號，檢測信號的相位，對相位信號進行模數轉換、脈沖壓縮、相干累積、FFT變換、非相干累積等處理后，得到多普勒系數，通過多普勒系數計算出風速和風向系數。4）數據處理單元接收、保存收發組件送來的數據，提供用戶與系統交互的界面，用戶可能通過該單元，設置風廓線雷達工作參數等。

3.2 雷達系統總體結構

風廓線雷達的裝備指揮，系統組成如下圖2所示。它由固態有源相控陣列天線、發射前級、波束控制器、接收機、可編程定時器，雷達控制系統校準與監控、信號處理機、數據處理與顯示、打印、配電箱、通信接口等組成。

4 雷達指揮車結構設計

4.1 指揮車布局

氣象風廓線雷達的指揮車，其布局如圖3所示，該氣象雷達系統的載車采用底盤軸距為3310mm的中型客車，設計后該車的總體尺寸為：長度5990mm×寬度2100mm×高度（雷達天線收起狀態）3100mm，具體的結構布局設計分為以下幾個部分。

（1）車頂布局：從前向后加裝一臺頂置空調，以保障車艙內環境溫度；車頂中后部安裝雷達的天線單元，天線單位的下面通過一套舉升機構連接到車底盤，該舉升機構可以將雷達天線舉升至5m左右的高度。

（2）車身外部布局：車外底盤下安裝4個支撐腿，根據地面平整度選擇適合數量的墊木墊在調平支撐腿下方，調節位居雷達載車中間部位的左右兩個支撐腿，直到車輛前后方向的水泡居中間位置，調節車尾部左右兩側的兩個支撐腿至有效支撐狀態。此外，車身兩側按照氣象部門的標準進行噴涂，噴字為“氣象局應急中心”。

（3）車艙內部布局：車艙內部主要為指揮桌、指揮椅、設備機柜、操作端與顯示端、供電設備、保障設備等組成，如圖4所示，通過機柜中的設備，對雷達裝備進行操作。

4.2 雷達抗風載計算

本系統是一臺機動式的雷達。雷達工作時，天線轉臺豎起，天線轉臺與雷達車固定在一起，因此雷達車和天線倒伏機構是天線座的基礎。有必要增大雷達車和天線轉臺的剛度，減小變形，保持測角精度的穩定性。同時天線升高，受風負荷的作用，有必要對系統抗傾覆能力和抗平移能力進行計算。計算風速為10級風速。該雷達可以簡化成雷達艙與汽車為一個整體進行系統抗傾覆能力計算。

（1）雷達抗傾覆能力計算

雷達天線的迎風投影面積S雷達天線：1.12m2

光電設備的迎風投影面積S光電：0.57m2

雷達車迎風投影面積S雷達艙：6 m2

汽車的迎風面積S汽車：3.4 m2

雷達天線受力中心高h雷達天線：4.5m

光電設備受力中心高h光電：4.5m

雷達艙受力中心高雷達艙：2.45m

汽車受力中心高h汽車：1.4m

（2）雷達抗風載平移能力計算

本雷達在8級風有足夠的穩定性，10級風也不會傾覆，現校核在10級風時，雷達會不會發生平移。由上述分析可只在側向時受到力較大，因此只需校核在側向時是否會發生移動。雷達受到的平移風力是天線受到風力、汽車受到風力的合力，即：P合= 9768.1N雷達支撐腿與枕木靜摩擦系數f=0.3即靜摩擦力F=G·f=88984N 0.3= 26695.2 N合，因此雷達在10級風時不會移動。

4.3 安裝效果與應用

通過以上的設計，將該寬風廓線氣象雷達安裝在某載車上，實際應用的圖片如圖5所表示，為雷達指揮車的外部與內部圖片。雷達載車系統由載車、空調、通信接口等組成，全機雷達（包括載車）重為3.6噸。

5 結束語

總之，本文設計與研究的氣象風廓線雷達指揮車，根據某氣象部門的實際要求，分析了該風廓線雷達的探測特點后，利用某中型客車底盤，進行指揮車的結構布局與安裝，并對該風廓線雷達的抗風載能力進行了計算，計算結果表面該雷達安裝方式，可抗風的最大級別為10級。風廓線雷達的裝備指揮車，在氣象部門的廣泛應用，將極大地提高氣象部門的移動應急能力，有效地保障了氣象部門的雷達探測任務要求。

參考文獻

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