L波段雷达观测系统如何降低重放球

 摘要：高空气象探测资料是气象预报所需资料中不可或缺的部分，但是重放球的发生使高空探测资料失去了比较性和代表性，大大降低了使用价值，并且还浪费物力、财力。本文主要针对探空业务中由于雷达性能、频率偏移等因素出现的丢球、旁瓣等异常跟踪现象进行分析，总结出一些应对的方法和措施，减少重放球的发生，提高探测质量。
关键词：高空 规范 重放球
引言 高空气象观测规范规定：记录未达500毫巴或不足十分钟者，应重放球；500毫巴以下探测的各个要素失测或可疑记录超过5分钟的也必须重放球，且最迟不超过正点后75分钟。探空重放球使探空观测时间推迟，导致探测所获得高空气象资料相对失去时间和空间的比较性，降低了使用价值，同时又浪费了人力物力。南阳站是从2005年12月正式运行新一代GFE(L)-l型高空气象探测雷达，该雷达采用了假单脉冲二次雷达技术，实现了角度自动跟踪、自动测距、自动数据处理、近距离抓球与近距离测距，但该雷达天线仰角活动范围被限制在-6°一92°。同时为提高探测精度，天线主波瓣宽度只有6°。天线转动的角速度最快为：方位角≤25°/s，俯仰角≤18°/s，雷达这种自动跟踪机制对仪器信号有较高的要求，在探测过程中探空仪的发射频率的变化、瞬时转动方位或仰角过快、抗电磁干扰的能力等原因，致使在遇到大风放球、低空气球过顶、强干扰、高仰角、频率飘移严重时，雷达对仪器的跟踪就会出现异常，造成雷达跟踪的假定向，由此会导致资料缺测，甚至重放球，严重影响探测质量。本文从几个方面来分析跟踪异常的原因，同时总结出应对的方法，确保在丢球或假定向的情况下以最快的速度在最短的时间内定向正确位置，从而最大限度的降低上述情况对探测的影响，提高了探测的完整性、及时性和准确性[1]。
1.现根据我站的具体情况和现用系统的特点，总结出引起重放球主要有以下几个原因:
1.1环境因素:
⑴放球场地选择不理想，导致施放瞬间过顶雷达跟踪不上而丢球。
⑵电磁干扰。放球场地周围有强的电磁干扰或是金属物体的干扰，造成雷达旁瓣跟踪。
1.2雷达因素
⑴ 雷达 故障，造成高仰角时跟踪不上而丢球。
⑵ 放后发现雷达不能自动跟踪或显示数据不对。
⑶接收机部分有问题引起的接收信号差等放球后发现的雷达故障。
1.3人为因素
⑴ 副班人员没有注意选取合适的放球地点，导致施放瞬间过顶而丢球。
⑵ 主班人员放球时在地面就没有对准仪器，造成气球升空就是旁瓣跟踪。
⑶ 放时主班误操作，雷达没有进入自动跟踪状态造成丢球。
⑷信号接收过程中值班人员没有及时调整接收机的频率，致使信号质量差造成旁瓣或丢球。
⑸ 主班人员操作手动抓球不熟练，出现异常跟踪时不能及时修正。
1.4天气因素
⑴ 雷雨，在雷雨天气时，探空仪器在空中受到雷电强电磁干扰，跟踪信号会出现间断性突失的现象。
⑵ 大风，大风时容易造成施放后风压气球现象，使探空仪摔地损坏或造成雷达在自动跟踪时出现下限卡死。
各种天气因素增加了放球难度和放球后的人工观察难度，加之以上因素的共同合力影响，极易造成雷达跟踪出现异常
2 针对以上情况总结出以下解决办法
2.1 增加辅助班
就是一个班三个人，除正副班外还增加一名辅助值班员，他的职责就是放球时间用经纬仪跟踪抓球。并专门为辅助班配备了对讲机，在放球后，只有辅助班和雷达操作员单方通话。遇有特殊情况雷达不会自动跟踪时雷达操作员可根据辅助人员所报的仰角、方位数据及时修正雷达角度，达到及时跟踪气球的目的。这种方法比较直观也便于操作，效果也比较好；执行起来也比较简单，只用增加一个对讲机，经纬仪设置成固定式即可。
2.2 增设备份放球场
根据规范要求放球点应放在当地盛行风的下风方，便于雷达自动跟踪。以南阳站为例，南阳站地处豫西南小盆地大风天不多，全年盛行东北风，所以放球场设在雷达天线的西南向，但是遇有西南风或静风时气球会很快直接从雷达顶部经过，由于L波段雷达的转速有限，往往造成过顶丢球，再由于雷达波瓣窄，手动抓球难度比较大，常常在规定时间内没能抓到球而重放球。为此增加了辅助班的经纬仪观测，在正常的天气条件下可以应对特殊情况，但遇有雨、雪、雾，又有西南气流时还是有丢球的危险；所以针对这一情况就需要有一个备份的放球场地。备份放球场地的选择应考虑避免特殊风向时气球施放瞬间的过顶，比如说避免西南风过顶那备份放球场最好设在东北向。
2.3 施放场地条件的改善的确大大减少了重放球的次数，但还是不能做到了万无一失，因为这只是硬件上的完备，要避免重放还需要球在系统操作上注意很多问题。
2.3.1 放球前做好准备工作。
⑴首先探空仪的准备一定要认真仔细，检查各接头有无脱焊、虚焊现象，如有及早处理或更换探空仪；
⑵探空仪接上电源后在频率和增益调节到合适位置后要注意探空讯号是否正常，有无长时间的中断或译码错误，以便于及时发现及时更换，避免仪器升空后造成重放球。
⑶电池的准备，电池电压的高低直接影响到升空仪器的工作状态，所以一定要认真准备。一般在施放前25分钟开始浸泡。可以浸入浓度为3%，温度为35℃±3℃的NaCl溶液中3——5分钟；也可以浸入35℃±3℃的清水中，但时间要适当长一点，当水中出现少量气泡即可取出；用这两种方法浸泡后的电池都需要取出后插入检测箱上的赋能插口进行赋能，一般情况下，GTS1型探空仪在施放环境温度大于20℃时，电池赋能后在检测箱上的电压为18～19v即可，施放环境温度低于20℃时，在检测箱上的电压为20v左右较好。
⑷做好雷达开机后的检查工作。首先查看开机后雷达的各项指示是否正常，包括仰角、方位、频率、增益。摇动天线检查天线转动是否正常，
3.2 制作仰角查算图，便于快速抓球
施放后，如果出现特殊情况雷达不能自动跟踪，又是雨雪的特殊天气，这时雷达操作人员也应保持镇定，快速将“天控”切换到手动状态，根据地面风向判断气球的大致运行轨迹，确定大致方位，然后跟踪上斜距，根据斜距和气高（确保没有飞点）反算仰角，将天线摇到大致位置，在附近搜索一下即可快速抓住球。但切记在使用雷达的“扇扫”功能进行搜索时一定要保证斜距跟踪正确，否则系统会根据错误的斜距计算结果进行搜索，容易造成误判断，延误抓球时间，有时在仰角方位跟踪正确但斜距错误时使用“扇扫”功能反倒会造成丢球，而重放球。在抓球时，如觉得时间紧，来不及计算大致仰角，可以事先利用EXCEL表的功能制一张表，一列输入气高，一列输入斜距，一列设置公式：arcsin(气高/斜距)，一列再把算得的弧度转化为角度，保存。这样在需要时直接打开表格输气高和斜距即可得到仰角值，可节省时间。
3.3 雷达简单故障处理
施放后跟踪正常也应密切关注雷达的工作状态。以便出现特殊情况后及时处理。一般常遇到的就是雷达天线的“死位”现象。死位现象分两种情况：
3.3.1雷达天线仰角、方位都不动，驱动箱出现故障报警；
遇到这一情况时应及时关闭雷达驱动箱开关，再迅速开启；
3.3.2放球软件界面的仰角方位角显示数字不动，而雷达天线还在转动。
遇到这一情况应迅速关闭放球软件界面上的“发射机”开关，“天控”开关置于手动（界面的其他开关保持原位），再按关机步骤关闭雷达主控箱的发射机、驱动箱、主控箱，并迅速按照相反的顺序开启，以激活雷达与终端间的通讯传递，快速将“天控”打到自动状态，打开界面上的发射机开关即可。所以在值班中要集中精力，出现故障可以及时发现及时排除，避免数据采集的连续错误而造成重放球。同时也要不断总结工作经验，不断提高应对特殊情况的能力。另外雷达要及时维护，保持良好的工作状态。
总之，减少重放球需要注意各方面因素，在做好硬件的准备同时不断提高业务技能这一软件也很重要，熟练掌握各种操作的原理及方法，灵活应对各种突发情况，才可以从根本上避免重放球事件的发生。

参考文献：
1.中国气象局 L波段1型高空气象探测系统业务观测手册[M] 气象出版社
2.中国气象局. 常规高空气象观测业务规范[M]. 气象出版社.