天氣雷達(dá)電磁干擾分析及排除方法

唐承乾

(安康市氣象局，陜西安康 725000)

天氣雷達(dá)對(duì)中小尺度風(fēng)暴、冰雹、暴雨、強(qiáng)對(duì)流等災(zāi)害性天氣具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力，在短時(shí)臨近天氣的監(jiān)測(cè)和預(yù)警中發(fā)揮著重要作用[1]。由于城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各地氣象探測(cè)環(huán)境總體狀況不容樂(lè)觀，各級(jí)氣象部門應(yīng)高度重視氣象探測(cè)環(huán)境的保護(hù)工作，建立氣象探測(cè)環(huán)境的分類保護(hù)措施[2-4]。近年來(lái)許多新一代天氣雷達(dá)也受到徑向電磁干擾[5]，影響探測(cè)質(zhì)量和雷達(dá)資料的深入應(yīng)用。自2016年9月以來(lái)，安康天氣雷達(dá)受到同頻徑向電磁干擾后，造成雷達(dá)回波圖失真，嚴(yán)重影響了氣象服務(wù)工作。雷達(dá)技術(shù)保障人員積極聯(lián)系安康市無(wú)線電管理處技術(shù)人員，進(jìn)行排查，經(jīng)過(guò)雙方技術(shù)人員的不懈努力，最終找到干擾源并徹底排除，使安康雷達(dá)恢復(fù)正常工作，確保了探測(cè)數(shù)據(jù)的正確性和真實(shí)性，對(duì)安康短時(shí)臨近天氣現(xiàn)象的監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)起到了至關(guān)重要的作用。

1 安康天氣雷達(dá)所處地理位置及工作頻率

安康天氣雷達(dá)位于安康市漢濱區(qū)巴山東路31號(hào)，安康市氣象局院內(nèi)，海拔高度為289.42 m，經(jīng)、緯度為109.04°E，32.69°N，雷達(dá)工作頻率為5.33 GHz，雷達(dá)接收機(jī)工作帶寬為±20 MHz。

2 雷達(dá)電磁干擾分析

雷達(dá)工作時(shí)，當(dāng)天線轉(zhuǎn)至低仰角(0.5°及以下)時(shí)，雷達(dá)回波會(huì)出現(xiàn)很強(qiáng)的同頻徑向電磁干擾信號(hào)，且來(lái)自多個(gè)方向。觀察雷達(dá)回波有數(shù)條粗細(xì)不一呈輻射狀的干擾帶，其長(zhǎng)度貫穿整個(gè)回波畫面，且強(qiáng)度層次非常高，最強(qiáng)時(shí)信噪比可達(dá)20～30 dB，嚴(yán)重影響雷達(dá)探測(cè)質(zhì)量。當(dāng)天線仰角超過(guò)0.5°后，干擾現(xiàn)象在回波圖上全部消失。此干擾現(xiàn)象24小時(shí)均可出現(xiàn)，且非常有規(guī)律。

監(jiān)控雷達(dá)掃描至低仰角時(shí)，確定回波受到干擾時(shí)所對(duì)應(yīng)的雷達(dá)仰角和方位角，進(jìn)而找到干擾源方位角約為20°、290°、320°、340°。關(guān)閉雷達(dá)發(fā)射機(jī)，做體積掃描，在接收機(jī)輸出端用示波器檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)雷達(dá)天線轉(zhuǎn)至低仰角0.5°及以下時(shí)，示波器上出現(xiàn)強(qiáng)的干擾信號(hào)且基線明顯上跳。

干擾出現(xiàn)后，首先判斷此干擾是來(lái)自雷達(dá)系統(tǒng)內(nèi)部還是外部。在排除接收機(jī)自激和發(fā)射機(jī)故障后，轉(zhuǎn)而懷疑收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及接收機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，排除這些部件后，重點(diǎn)懷疑雷達(dá)系統(tǒng)外部，由于干擾信號(hào)強(qiáng)度較大，干擾仰角較低，判斷可能是近場(chǎng)同頻信號(hào)干擾[6]。停機(jī)狀態(tài)下，雷達(dá)技術(shù)保障人員將頻譜分析儀連接到雷達(dá)天線上，在雷達(dá)工作的頻段上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)異常信號(hào)，該信號(hào)頻率范圍為5.315～5.353 GHz，強(qiáng)度為-63.03 dBZ，仰角0.5°時(shí)干擾信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)值最大。此時(shí)雷達(dá)的工作頻點(diǎn)為5.33 GHz，恰好處在干擾頻段內(nèi)。

3 電磁干擾源排查過(guò)程及方法

雷達(dá)站技術(shù)保障人員攜手安康市無(wú)線電管理處技術(shù)人員駕駛新一代移動(dòng)監(jiān)測(cè)車沿著干擾源的方位進(jìn)行干擾排查。由于城區(qū)電磁環(huán)境復(fù)雜，監(jiān)測(cè)交匯定位的疑似干擾區(qū)域人流密集，環(huán)境也較復(fù)雜，車輛無(wú)法靠近。鎖定干擾區(qū)域，只能用手持定向設(shè)備徒步查找疑似干擾源。在干擾嚴(yán)重的約20°方位角，鎖定了一個(gè)無(wú)線圖像傳輸設(shè)備，聯(lián)系設(shè)備架設(shè)方做關(guān)停設(shè)備實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)天氣雷達(dá)回波干擾信號(hào)依然存在。為了進(jìn)一步確定干擾源的方位，雷達(dá)站技術(shù)保障人員和安康市無(wú)線電管理處技術(shù)人員攜帶監(jiān)測(cè)設(shè)備爬到天氣雷達(dá)天線罩外部的平臺(tái)上，利用寬頻帶標(biāo)準(zhǔn)喇叭天線、高頻衰減器、微波低噪聲高增益放大器、微波低損耗電纜和12 V直流電源等組成的檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)[6]。

觀察發(fā)現(xiàn)，氣象站外部環(huán)境比較復(fù)雜，周邊高樓林立，為判斷干擾源方位帶來(lái)困難。技術(shù)人員只能緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)天線方位，在測(cè)試點(diǎn)監(jiān)測(cè)到方位角為12°時(shí)干擾信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)值最大，于是決定先沿此方位方向查找干擾源。在查找過(guò)程中，不斷通過(guò)微波鏈路通信方位的計(jì)算，確保監(jiān)測(cè)路線始終處于方位角12°的沿線上。當(dāng)監(jiān)測(cè)車行駛到金星社區(qū)時(shí)，干擾信號(hào)逐步增強(qiáng)。技術(shù)人員使用逼近式查找法逐步接近干擾源，終于發(fā)現(xiàn)在一通訊基站上架設(shè)著多個(gè)正方形板狀微波發(fā)射天線，此地干擾信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到最大值。經(jīng)數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)，并與運(yùn)營(yíng)商聯(lián)系，此基站系聯(lián)通公司架設(shè)的基站。

2018年2月8日，安康市無(wú)線電管理處技術(shù)人員聯(lián)系安康市聯(lián)通公司對(duì)其設(shè)備進(jìn)行了關(guān)停實(shí)驗(yàn)，當(dāng)關(guān)閉其基站上架設(shè)的無(wú)線寬帶設(shè)備后，天氣雷達(dá)電磁干擾現(xiàn)象全部消失，頻譜分析儀上該信號(hào)也不再出現(xiàn)?；旧习惭b的正方形板狀天線正是無(wú)線寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)射天線，該業(yè)務(wù)使用頻段未經(jīng)過(guò)無(wú)線電管理部門的審批。聯(lián)通公司違反無(wú)線電管理?xiàng)l例，擅自架設(shè)未經(jīng)許可的無(wú)線寬帶設(shè)備，按有關(guān)規(guī)定予以關(guān)閉。至此，安康市天氣雷達(dá)無(wú)線電干擾排查圓滿成功。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著電子化水平和通信技術(shù)的快速發(fā)展，雷達(dá)受到電磁干擾的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。一旦雷達(dá)受到電磁干擾，應(yīng)立即聯(lián)系當(dāng)?shù)責(zé)o線電管理部門及時(shí)對(duì)雷達(dá)電磁干擾進(jìn)行排除，以確保雷達(dá)正常工作。