新一代天气雷达系统功能规格需求书(C波段)(3)

2019-08-29 20:49

发射占空比 速调管寿命

发射机输出端极限改善因子 发射机频谱特性

3.3.5 接收机(含数字中频)

频综短期(1ms)频率稳定度 ADC速率 动态范围 噪声系数 最小可测灵敏度 相位编码 接收机输出

3.3.6 系统相位噪声?0.3°。 3.3.7 接收系统动态范围 ?85dB

?0.002 ?5000小时 优于49dB

符合相关规定中对所占频谱的要求

?10-11 ?48MHz ?95dB

?4dB

?-107dBm (1μs) ?-110dBm (2μs)

频综具有相位编码受控功能 I、Q

3.4 雷达整机应能全天24小时不间断地连续工作。系统的平均无故障工作时间(MTBF)应不小于600小时,平均故障修复时间(MTTR)应不大于0.5小时。具体连续工作时间见新一代天气雷达观测及维护的相关规定。

3.5 雷达工作环境要求

雷达工作环境要求按现行国家标准执行。

雷达各分机进行例行环境实验时其温度、湿度要求如下:

室外装置 室内装置 计算机终端设备

高 温 +50℃ +40℃ +30℃

低 温 -40℃ 0℃ +10℃

湿 度 95~98%(30℃时) 90~96%(30℃时)

80%

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雷达系统在海拔3000米以下的高度上应能正常工作。

雷达系统应尽量使用市电工作,电源电压三相380V(或单相220V),在电源电压变化?10%,频率变化? 5%的情况下,雷达能正常工作。

雷达设备应具有防水、防霉、防盐雾、防风沙的性能,适应在海拔3000米下的高山以及沿海地区和岛屿工作。

雷达系统应具有较强的防雷击能力,天线罩设有避雷器,保护系统安全,应符合新一代天气雷达防雷规范。

雷达系统应具有市电滤波和防电磁干扰、无线电频率干扰的能力,符合电磁容性(EMC),电磁干扰(EMI),无线电频率干扰(RFI)的国际标准。

4 雷达信号处理机功能规格需求

4.1 新一代天气雷达系统的信号处理器应是高集成芯片的智能型信号处理器。它接收到雷达子系统输出的I、Q信号后,进行脉冲对处理(PPP)和傅里叶谱分析(FFT),再将得到的回波功率进行距离订正后得到回波强度(Z)、平均径向速度(V)、速度谱宽(W)的估算值。同时信号处理器也向雷达子系统提供时钟信号,同步整个系统的运行,并向数据处理与显示子系统提供数字化的方位角、仰角、Z、V、W数据和时钟数据。

信号处理系统应按照要求,可输出PPP处理方式的数据和FFT处理的数据。具有相位编码和解码处理能力。

4.2 雷达信号处理器输出的Z、V、W应具有较好的空间分辨力和较高的精度。 logZ I Q

4.3 信号处理器对信号强度的估算,距离上采用分库累积平均,每一个距离库进行4次以上的取样信号累加,方位角上采用滑动累积平均,综合距离平均和方位

库长 125m、150m 125m、150m 125m、150m

库数

对应最大距离3600、3000 对应最大探测距离2000、1700 对应最大探测距离2000、1700

探测距离 450km 250km 250km

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角平均,其有效平均次数超过32次,对信号强度的估算精度不低于1dB,当天线扫描速度不大于3周/分时,数据分辨率不低于1度。信号处理应具有距离订正和标校功能。信号强度估算值经过处理后,输出数字化的回波强度估算值(dBZ)或数字化的信号强度估算值(dBm)。

4.4 信号处理器对径向速度、速度谱宽的估算采用脉冲对处理算法,对数字化的I、Q信号,首先分别在距离库内进行算术平均,平均次数不小于4次,以减少涨落,然后对相同距离上距离库平均的I、Q数据进行处理,处理脉冲对数应不小于32对,以保证真实谱宽为4米/秒的情况下估算径向速度不低于1米/秒。当天线扫描速度不大于3周/分时,V数据分辨率不低于1度。

4.5 信号处理器对径向速度、速度谱宽的估算应具有适应参差重复频率发射时进行处理的能力。

4.6 信号处理器对I、Q信号的处理,应具有全程进行快速傅里叶变换(FFT)处理能力,产生强度、速度和谱宽数据,并能对整个系统相干情况、地物对消能力进行检测。

4.7 信号处理器应具有对回波信号中地物杂波进行对消处理的能力,地物对消处理的方式可以在时域中进行,也可在频域中进行。信号处理器对地物对消的能力应达到46dB以上,对消处理在Z、V、W估算之前进行,带阻槽口半宽度为0~0.2VN,槽口功率抑制深度30~50dB,分4~6级可选。

5 数据处理与显示子系统功能规格需求

5.1 数据处理与显示子系统是新一代天气雷达系统直接面向用户的窗口,它承担了对雷达获取的Z、V、W数据进行实时显示、数据质量控制及数据预处理、二次产品生成和显示及原始数据、产品数据存储等功能。同时,还承担了对整个雷达系统工作参数的预置、观测方式选择等功能。为实现以上功能,数据处理与显示子系统可由商用工作站与微机构成的局域网承担,也可由高档微机组成的局域

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网承担,大体可由产品生成、服务器、显示终端、用户终端等几部分组成,局域网应当和现代业务网络相联接。

5.2 数据处理与显示子系统应具有对新一代天气雷达系统工作参数预置功能,控制雷达的工作状态、扫描方式、信号处理流程、产品生成的种类及数据存档方式等,它应设置的工作参数大体如下:脉冲重复频率、参差重复频率、脉冲宽度、天线扫描速率、库长、累积次数、地物抑制通道选择、噪声电平、SQI阈值、扫描方式(PPI、RHI、立体扫描等)。

5.3 新一代天气雷达系统的探测方式应由数据处理与显示子系统进行选择和控制,进行PPI扫描探测时,可进行探测仰角及显示距离范围的选择;进行RHI探测时,则可选择探测的方位角,显示距离和高度范围;进行体积扫描时,可选择合适的扫描模式(如晴空、大面积降水、对流性降水等)。除系统本身带有缺省的扫描模式外,应当设立至少两种用户可定义的扫描模式。扫描的仰角设定最大为30个,仰角的范围为-0.5°~90°。

5.4 数据处理与显示子系统的主要功能之一是对雷达探测的原始数据进行采集,形成原始数据文件,同时实时显示回波图像,提供给观测人员分析使用和对系统的工作状态进行监测。

5.4.1 数据处理与显示子系统对雷达原始数据以极坐标的形式从雷达信号处理器中进行实时采集,包括强度、径向速度、速度谱宽、仰角、方位、时间以及各种参数数据。强度数据应经过噪声阈值、距离订正、标校等处理,以回波强度(dBZ)数据存档,数据分辨力应不大于0.5dBZ,径向速度数据需经过SQI控制、退模糊、去二次回波等预处理后存档,数据取值的最大范围应与?VN值相一致,速度

1谱宽数据的最大取值范围应与VN值相一致。

25.4.2 原始数据应有四种类型,单强度PPI、三要素PPI、三要素RHI、体积扫描。不同类型原始数据的文件名,应由文件命名格式中的最后一个字符区别。原始数据文件格式应由文件头和记录组成,文件头中应包括雷达站名称、代码、地点、经纬度、海拔高度、开始观测时间及雷达各项参数;记录头中应包括时间、仰角

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和方位角;记录的数据应按距离库的顺序依次排列。每一个库中的数据应包括强度、速度、谱宽等参数,同时应当有雷达数据观测时的系统状态参数和标定的结果。

5.4.3 实时显示应以极坐标方式进行,显示与天线转动同步。显示方式有两种,PPI和RHI。进行三要素观测时,应同时显示强度、径向速度、速度谱宽的分布图像。以伪彩色编码方式表示强度、速度、谱宽的大小,回波强度应采用16种彩色和色调表示,径向速度显示则应用15种彩色和色调,其中要设一种彩色表示零速度区,朝向雷达、离开雷达各用7种等级。速度谱宽显示可采用12个等级编码,也可采用16个等级编码。

5.5 经过质量控制和预处理后的原始数据,按照产品设计需求经过处理形成多种二次产品,提供给各类用户调用,是对数据处理与显示子系统的主要功能要求。在雷达数据处理部分,从信号处理器输出后形成的原始数据,应采取径向数据流传输方式,向第三方编制的应用程序发送数据,其中含有状态信息和标定结果,便于快速的产品处理,提高产品显示的时效。

5.5.1 二次产品按数据形式来划分可分为数据产品和图像产品两类。数据产品以数据方式存储和传输,根据产品的性质选择数据排列方式和数据格式。图像产品以图像形式存储和传输,可使用通用图像数据排列方式和格式。

5.5.2 二次产品的生成应有两种工作方式,全自动方式和人机交互方式。全自动方式时,数据处理与显示子系统根据观测流程和产品生成表,自动生成所有基本产品和选项产品,生成图像产品文件和数据产品文件并存档,同时按产品分发表向用户传输。人机交互方式时,由用户查阅所有原始数据文件、产品数据文件和图像数据文件,选择调用。

5.5.3 二次产品的显示应建立在Windows、Linux操作平台上,其数据产品和图像产品的显示规范应符合有关规定。

5.5.4 新一代天气雷达系统的原始数据和数据产品、图像产品将以文件的形式进行存储,原始数据文件的数据格式参见5.4.2。数据产品和图像产品的文件格式可自行设计,但其显示应适应气象业务平台的规范要求。

5.6 数据处理与显示子系统的硬件结构应具有灵活性,可由一台或多台计算机完

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