丹東雷達(dá)同頻干擾與異?；夭ǚ治?/h1>
2021-01-08 17:37:27楊喆
黑龍江氣象 2021年4期
楊 喆
(丹東市氣象局,遼寧 丹東 118000 )
1 引言
新一代天氣雷達(dá)是現(xiàn)代氣象探測(cè)的主要工具之一，它為氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)提供了豐富的產(chǎn)品。 這些產(chǎn)品對(duì)提高氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)尤其是短時(shí)臨近預(yù)報(bào)的時(shí)效性和準(zhǔn)確率有著非常重要的作用， 而攜帶著氣象信息的雷達(dá)回波是提供這些產(chǎn)品的基礎(chǔ)和依據(jù)。 丹東雷達(dá)在2020年出現(xiàn)過(guò)多次異?；夭?，分別為“畫(huà)餅”現(xiàn)象、同頻同步干擾現(xiàn)象及自身異常現(xiàn)象，這三種情況基本涵蓋了已出現(xiàn)的異?；夭ǚN類(lèi)， 均為典型的非氣象異?；夭ā?這些異?；夭ㄓ械臅?huì)對(duì)雷達(dá)產(chǎn)品應(yīng)用造成影響， 有的則預(yù)示著雷達(dá)自身的運(yùn)行情況和“健康”狀態(tài)，所以，判斷雷達(dá)回波的正常與否對(duì)雷達(dá)的維護(hù)保障和產(chǎn)品應(yīng)用都有著非常重要的意義。
2 異?；夭ǚ治?/h2>
由于雷達(dá)探測(cè)到的氣象信息是由雷達(dá)回波攜帶返回并被雷達(dá)接收到， 因此正常的雷達(dá)回波生成的產(chǎn)品才有實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值 （不在本文討論范圍之內(nèi)），但雷達(dá)異?；夭▍s也有著特殊含義，以下分別就每種情況展開(kāi)分析。
2.1 餅圖現(xiàn)象
2020年4月22日 8-10時(shí)， 丹東雷達(dá)出現(xiàn)回波異?，F(xiàn)象，通常形象地稱(chēng)之為“餅圖”。 此種異常回波現(xiàn)象的特點(diǎn)是：滿(mǎn)屏均出現(xiàn)均勻的“回波”（無(wú)回波部分由于該區(qū)域有遮擋物， 對(duì)雷達(dá)發(fā)射機(jī)做了消隱處理所致），在同次體掃內(nèi)沒(méi)有強(qiáng)度變化，呈現(xiàn)均勻分布狀態(tài)。
實(shí)際上此種現(xiàn)象顯示在屏幕上的并非雷達(dá)回波，而是雷達(dá)故障導(dǎo)致。 除了基本反射率圖像的中心部位似乎有一些固定物回波外， 基本速度圖像只有單一顏色的滿(mǎn)屏的一張餅圖， 此時(shí)的圖像沒(méi)有包含任何氣象信息。 這種狀態(tài)下，雷達(dá)接受到的回波信號(hào)在經(jīng)過(guò)數(shù)字處理后，沒(méi)有檢出任何氣象信息，因而生成了錯(cuò)誤的圖像產(chǎn)品， 預(yù)示了雷達(dá)接收機(jī)或者是雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理單元出現(xiàn)了故障， 需要人工干預(yù)排除故障。
2.2 同頻同步干擾現(xiàn)象
2020年7月1日 14-18時(shí)， 雷達(dá)出現(xiàn)回波異?，F(xiàn)象，表現(xiàn)為強(qiáng)度較大的射線(xiàn)形狀回波，判斷為同頻同步干擾現(xiàn)象。
對(duì)基數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在固定的（方位 249.5°）位置出現(xiàn)強(qiáng)度較大的射線(xiàn)形狀回波。
繼續(xù)查看其他仰角回波數(shù)據(jù)，在1.4°同樣的方位依然存在明顯射線(xiàn)狀回波，在2.4°則出現(xiàn)了典型的同頻干擾帶來(lái)的“螺旋線(xiàn)”回波圖。
續(xù)查看更高仰角回波（6°仰角），在同樣的方位存在較強(qiáng)的射線(xiàn)狀回波，從天氣過(guò)程分析，在此時(shí)的12 km 高度處不應(yīng)有這樣的射線(xiàn)狀回波。
繼續(xù)對(duì)異常時(shí)刻的多普勒速度產(chǎn)品進(jìn)行分析，異常時(shí)刻前后連續(xù)兩個(gè)體掃中， 在對(duì)應(yīng)方位出現(xiàn)大量紫色區(qū)域，通常為非相干信號(hào)（不是雷達(dá)發(fā)射遇到目標(biāo)的返回信號(hào)）和距離折疊后出現(xiàn)。
繼續(xù)查看更高仰角回波（2.4°仰角），多普勒速度也出現(xiàn)紫色螺旋線(xiàn)， 通常在這個(gè)仰角出現(xiàn)距離折疊的可能性很小， 更大的可能是外界干擾信號(hào)進(jìn)而被雷達(dá)接收到所導(dǎo)致的。
分析雷達(dá)標(biāo)定數(shù)據(jù)雷達(dá)反射率標(biāo)定常數(shù)SYSCAL，變化范圍僅0.18 dBZ，滿(mǎn)足≤1 dBZ 的技術(shù)指標(biāo)要求，說(shuō)明雷達(dá)系統(tǒng)本身沒(méi)有異常，僅外界干擾信號(hào)影響了雷達(dá)的噪聲電平， 進(jìn)一步判斷為干擾信號(hào)所致。
綜上所述， 無(wú)論從基數(shù)據(jù)的反射率和多普勒速度分析，還是從雷達(dá)本身的標(biāo)定信號(hào)分析結(jié)果，均可以判斷此次丹東雷達(dá)的異?；夭▓D為外界同頻干擾所致。
2.3 雷達(dá)自身異常現(xiàn)象
2020年7月3日 14時(shí) 26分， 雷達(dá)出現(xiàn)異常回波現(xiàn)象，表現(xiàn)為較小的條狀射線(xiàn)回波，判斷為雷達(dá)自身異?，F(xiàn)象。 此種異?；夭ìF(xiàn)象表現(xiàn)為較為窄小的扇形輻射狀回波且出現(xiàn)的位置不固定， 在同一體掃周期內(nèi)的不同仰角上隨機(jī)出現(xiàn)，位置也不重合，當(dāng)仰角升到1.5°時(shí)現(xiàn)象已然消失，雖然在速度產(chǎn)品中有紫色螺旋線(xiàn)產(chǎn)生，但因其固定方位上的射線(xiàn)回波較小，所以不能界定為同頻干擾現(xiàn)象， 加之此次異?，F(xiàn)象僅僅持續(xù)在一次體掃內(nèi)（6 min），若為太陽(yáng)信號(hào)干擾所致，會(huì)出現(xiàn)在連續(xù)體掃內(nèi)，或者同次體掃內(nèi)多次出現(xiàn)該現(xiàn)象。 所以更多的可能是由于雷達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（丹東雷達(dá)已連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)十年），減速箱齒輪磨損嚴(yán)重等原因， 致使天線(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻或天線(xiàn)抖動(dòng)產(chǎn)生的自身干擾現(xiàn)象， 也有可能是因?yàn)槔走_(dá)收發(fā)轉(zhuǎn)換器件老化或雷達(dá)各個(gè)功能單元不能完全同步等原因?qū)е?，雖然這一現(xiàn)象不會(huì)嚴(yán)重影響雷達(dá)產(chǎn)品的使用，但也預(yù)示著雷達(dá)的“健康”狀態(tài)堪憂(yōu)。
3 解決措施
當(dāng)干擾發(fā)生頻次較高時(shí)， 可以使用機(jī)外儀表進(jìn)行頻譜測(cè)試， 為進(jìn)一步分析干擾信號(hào)和行政執(zhí)法提供數(shù)據(jù)。 通常解決的方案有兩種，一是查到干擾源并通過(guò)行政執(zhí)法的方式將其關(guān)閉。 二是在無(wú)法關(guān)閉干擾源的情況下，可以采取緊急應(yīng)急措施，找出在上次體掃中出現(xiàn)強(qiáng)干擾回波的方位角和仰角的范圍，做緊急消隱處理避免丹東雷達(dá)受到干擾。 尤其在汛期內(nèi)， 可以有效地避免丹東雷達(dá)受到干擾時(shí)影響全省回波拼圖質(zhì)量。
4 結(jié)論
對(duì)于雷達(dá)畫(huà)餅現(xiàn)象， 多為雷達(dá)接收機(jī)或者是雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理單元出現(xiàn)了故障， 需要人工干預(yù)排除故障，對(duì)雷達(dá)進(jìn)行停機(jī)檢修；雷達(dá)出現(xiàn)同頻干擾現(xiàn)象，應(yīng)迅速采取應(yīng)急措施，迅速判斷并消隱該固定方位和仰角的所有回波， 查找干擾源或待干擾消失后再做相關(guān)處理工作； 若雷達(dá)出現(xiàn)自身異常導(dǎo)致回波短暫出現(xiàn)紊亂現(xiàn)象， 應(yīng)對(duì)雷達(dá)本身狀態(tài)加強(qiáng)觀察和檢查，保證雷達(dá)自身處于“健康”狀態(tài)。 無(wú)論出現(xiàn)何種回波異?，F(xiàn)象， 都要在不影響雷達(dá)指標(biāo)功能的前提下采取應(yīng)對(duì)措施，以達(dá)到最佳效果。
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2 異?；夭ǚ治?/h2>
由于雷達(dá)探測(cè)到的氣象信息是由雷達(dá)回波攜帶返回并被雷達(dá)接收到， 因此正常的雷達(dá)回波生成的產(chǎn)品才有實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值 （不在本文討論范圍之內(nèi)），但雷達(dá)異?；夭▍s也有著特殊含義，以下分別就每種情況展開(kāi)分析。
2.1 餅圖現(xiàn)象
2020年4月22日 8-10時(shí)， 丹東雷達(dá)出現(xiàn)回波異?，F(xiàn)象，通常形象地稱(chēng)之為“餅圖”。 此種異常回波現(xiàn)象的特點(diǎn)是：滿(mǎn)屏均出現(xiàn)均勻的“回波”（無(wú)回波部分由于該區(qū)域有遮擋物， 對(duì)雷達(dá)發(fā)射機(jī)做了消隱處理所致），在同次體掃內(nèi)沒(méi)有強(qiáng)度變化，呈現(xiàn)均勻分布狀態(tài)。
實(shí)際上此種現(xiàn)象顯示在屏幕上的并非雷達(dá)回波，而是雷達(dá)故障導(dǎo)致。 除了基本反射率圖像的中心部位似乎有一些固定物回波外， 基本速度圖像只有單一顏色的滿(mǎn)屏的一張餅圖， 此時(shí)的圖像沒(méi)有包含任何氣象信息。 這種狀態(tài)下，雷達(dá)接受到的回波信號(hào)在經(jīng)過(guò)數(shù)字處理后，沒(méi)有檢出任何氣象信息，因而生成了錯(cuò)誤的圖像產(chǎn)品， 預(yù)示了雷達(dá)接收機(jī)或者是雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理單元出現(xiàn)了故障， 需要人工干預(yù)排除故障。
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對(duì)基數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在固定的（方位 249.5°）位置出現(xiàn)強(qiáng)度較大的射線(xiàn)形狀回波。
繼續(xù)查看其他仰角回波數(shù)據(jù)，在1.4°同樣的方位依然存在明顯射線(xiàn)狀回波，在2.4°則出現(xiàn)了典型的同頻干擾帶來(lái)的“螺旋線(xiàn)”回波圖。
續(xù)查看更高仰角回波（6°仰角），在同樣的方位存在較強(qiáng)的射線(xiàn)狀回波，從天氣過(guò)程分析，在此時(shí)的12 km 高度處不應(yīng)有這樣的射線(xiàn)狀回波。
繼續(xù)對(duì)異常時(shí)刻的多普勒速度產(chǎn)品進(jìn)行分析，異常時(shí)刻前后連續(xù)兩個(gè)體掃中， 在對(duì)應(yīng)方位出現(xiàn)大量紫色區(qū)域，通常為非相干信號(hào)（不是雷達(dá)發(fā)射遇到目標(biāo)的返回信號(hào)）和距離折疊后出現(xiàn)。
繼續(xù)查看更高仰角回波（2.4°仰角），多普勒速度也出現(xiàn)紫色螺旋線(xiàn)， 通常在這個(gè)仰角出現(xiàn)距離折疊的可能性很小， 更大的可能是外界干擾信號(hào)進(jìn)而被雷達(dá)接收到所導(dǎo)致的。
分析雷達(dá)標(biāo)定數(shù)據(jù)雷達(dá)反射率標(biāo)定常數(shù)SYSCAL，變化范圍僅0.18 dBZ，滿(mǎn)足≤1 dBZ 的技術(shù)指標(biāo)要求，說(shuō)明雷達(dá)系統(tǒng)本身沒(méi)有異常，僅外界干擾信號(hào)影響了雷達(dá)的噪聲電平， 進(jìn)一步判斷為干擾信號(hào)所致。
綜上所述， 無(wú)論從基數(shù)據(jù)的反射率和多普勒速度分析，還是從雷達(dá)本身的標(biāo)定信號(hào)分析結(jié)果，均可以判斷此次丹東雷達(dá)的異?；夭▓D為外界同頻干擾所致。
2.3 雷達(dá)自身異常現(xiàn)象
2020年7月3日 14時(shí) 26分， 雷達(dá)出現(xiàn)異常回波現(xiàn)象，表現(xiàn)為較小的條狀射線(xiàn)回波，判斷為雷達(dá)自身異?，F(xiàn)象。 此種異?；夭ìF(xiàn)象表現(xiàn)為較為窄小的扇形輻射狀回波且出現(xiàn)的位置不固定， 在同一體掃周期內(nèi)的不同仰角上隨機(jī)出現(xiàn)，位置也不重合，當(dāng)仰角升到1.5°時(shí)現(xiàn)象已然消失，雖然在速度產(chǎn)品中有紫色螺旋線(xiàn)產(chǎn)生，但因其固定方位上的射線(xiàn)回波較小，所以不能界定為同頻干擾現(xiàn)象， 加之此次異?，F(xiàn)象僅僅持續(xù)在一次體掃內(nèi)（6 min），若為太陽(yáng)信號(hào)干擾所致，會(huì)出現(xiàn)在連續(xù)體掃內(nèi)，或者同次體掃內(nèi)多次出現(xiàn)該現(xiàn)象。 所以更多的可能是由于雷達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（丹東雷達(dá)已連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)十年），減速箱齒輪磨損嚴(yán)重等原因， 致使天線(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻或天線(xiàn)抖動(dòng)產(chǎn)生的自身干擾現(xiàn)象， 也有可能是因?yàn)槔走_(dá)收發(fā)轉(zhuǎn)換器件老化或雷達(dá)各個(gè)功能單元不能完全同步等原因?qū)е?，雖然這一現(xiàn)象不會(huì)嚴(yán)重影響雷達(dá)產(chǎn)品的使用，但也預(yù)示著雷達(dá)的“健康”狀態(tài)堪憂(yōu)。
3 解決措施
當(dāng)干擾發(fā)生頻次較高時(shí)， 可以使用機(jī)外儀表進(jìn)行頻譜測(cè)試， 為進(jìn)一步分析干擾信號(hào)和行政執(zhí)法提供數(shù)據(jù)。 通常解決的方案有兩種，一是查到干擾源并通過(guò)行政執(zhí)法的方式將其關(guān)閉。 二是在無(wú)法關(guān)閉干擾源的情況下，可以采取緊急應(yīng)急措施，找出在上次體掃中出現(xiàn)強(qiáng)干擾回波的方位角和仰角的范圍，做緊急消隱處理避免丹東雷達(dá)受到干擾。 尤其在汛期內(nèi)， 可以有效地避免丹東雷達(dá)受到干擾時(shí)影響全省回波拼圖質(zhì)量。
4 結(jié)論
對(duì)于雷達(dá)畫(huà)餅現(xiàn)象， 多為雷達(dá)接收機(jī)或者是雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理單元出現(xiàn)了故障， 需要人工干預(yù)排除故障，對(duì)雷達(dá)進(jìn)行停機(jī)檢修；雷達(dá)出現(xiàn)同頻干擾現(xiàn)象，應(yīng)迅速采取應(yīng)急措施，迅速判斷并消隱該固定方位和仰角的所有回波， 查找干擾源或待干擾消失后再做相關(guān)處理工作； 若雷達(dá)出現(xiàn)自身異常導(dǎo)致回波短暫出現(xiàn)紊亂現(xiàn)象， 應(yīng)對(duì)雷達(dá)本身狀態(tài)加強(qiáng)觀察和檢查，保證雷達(dá)自身處于“健康”狀態(tài)。 無(wú)論出現(xiàn)何種回波異?，F(xiàn)象， 都要在不影響雷達(dá)指標(biāo)功能的前提下采取應(yīng)對(duì)措施，以達(dá)到最佳效果。
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