CINRAD/CD型雷達(dá)軟件功能和數(shù)據(jù)傳輸分析

摘 要：結(jié)合內(nèi)蒙古地區(qū)當(dāng)前最新的CINRAD/CD型新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)運(yùn)行情況，詳細(xì)介紹了該型天氣雷達(dá)在業(yè)務(wù)應(yīng)用中所使用的雷達(dá)運(yùn)行軟件，包括雷達(dá)數(shù)據(jù)采集軟件、控制軟件、傳輸軟件及產(chǎn)品生成軟件。同時(shí)，對(duì)雷達(dá)站網(wǎng)絡(luò)配置特點(diǎn)進(jìn)行了介紹。此外，針對(duì)該型雷達(dá)，深入探討了從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)產(chǎn)生到產(chǎn)品數(shù)據(jù)生成的傳輸機(jī)制，為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：新一代天氣雷達(dá)；運(yùn)行軟件；數(shù)據(jù)傳輸

中圖分類號(hào)：P412.25 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）05–0-03

我國(guó)正在積極推進(jìn)氣象監(jiān)測(cè)預(yù)警和防災(zāi)減災(zāi)工作，新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)成為中醫(yī)藥利器之一。隨著我國(guó)雷達(dá)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，多個(gè)省份已完成了雷達(dá)技術(shù)的升級(jí)，內(nèi)蒙古地區(qū)也在近年來完成了CINRAD/CD型號(hào)天氣雷達(dá)的更新和技術(shù)升級(jí)。目前，內(nèi)蒙古全區(qū)擁有12部C波段新一代天氣雷達(dá)，其中四部是CINRAD/CD型號(hào)，這種型號(hào)的天氣雷達(dá)由成都錦江電子系統(tǒng)有限公司研制生產(chǎn)，并于2021年完成了全區(qū)范圍內(nèi)的大修和技術(shù)升級(jí)。經(jīng)過大修和技術(shù)升級(jí)后，雷達(dá)在自動(dòng)化程度和硬件穩(wěn)定性方面都有了顯著提高，同時(shí)應(yīng)用軟件和硬件結(jié)構(gòu)也經(jīng)歷了重大變化[1-3]。隨著雷達(dá)設(shè)備自動(dòng)化程度的提高，機(jī)務(wù)保障人員和業(yè)務(wù)值機(jī)人員對(duì)雷達(dá)業(yè)務(wù)的人工操作需求下降了，但是為了提高雷達(dá)的運(yùn)行效率和應(yīng)用效果，業(yè)務(wù)相關(guān)人員需要及時(shí)了解并掌握新型設(shè)備的使用技能[4-5]。因此，對(duì)于業(yè)務(wù)人員來說，掌握設(shè)備運(yùn)行原理和數(shù)據(jù)傳輸流向非常重要。詳細(xì)分析和總結(jié)了CINRAD/CD型號(hào)天氣雷達(dá)運(yùn)行機(jī)制和數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，包括運(yùn)行軟件、基數(shù)據(jù)生成及產(chǎn)品數(shù)據(jù)處理，為同行提供學(xué)習(xí)和研究的方法和經(jīng)驗(yàn)。

1 雷達(dá)應(yīng)用軟件

天氣雷達(dá)運(yùn)行必備的應(yīng)用軟件主要包括雷達(dá)設(shè)備運(yùn)行控制軟件、監(jiān)控軟件、數(shù)據(jù)處理軟件、數(shù)據(jù)產(chǎn)品上傳軟件等。

RDA（Radar Data Acquisition，雷達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）是用戶使用雷達(dá)數(shù)據(jù)的采集單元，包含發(fā)射機(jī)、天線、接收機(jī)、信號(hào)處理器和雷達(dá)監(jiān)控計(jì)算機(jī)。主要功能是產(chǎn)生和發(fā)射射頻脈沖，接收目標(biāo)物對(duì)這些脈沖的散射能量，并通過數(shù)字化形成基本數(shù)據(jù)。

1.1 功能簡(jiǎn)介

RDA主要由硬件設(shè)備和應(yīng)用軟件2個(gè)部分組成，其中硬件由上述各個(gè)分系統(tǒng)、分機(jī)、計(jì)算機(jī)組成。CINRAD/CD型雷達(dá)的RDA單元包含多個(gè)應(yīng)用程序軟件，主要有雷達(dá)數(shù)據(jù)采集/控制軟件（rda_svc）、測(cè)試定標(biāo)軟件（rda_sot）和終端實(shí)時(shí)顯示軟件（rtshow）等。

1.2 雷達(dá)數(shù)據(jù)采集/控制軟件（rda_svc）

在RDA監(jiān)控計(jì)算機(jī)上安裝rda_svc，該計(jì)算機(jī)位于雷達(dá)機(jī)房?jī)?nèi)。rda_svc接收實(shí)時(shí)程序的控制命令，主要負(fù)責(zé)RDA系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)采集任務(wù)，并對(duì)雷達(dá)各個(gè)系統(tǒng)包括發(fā)射、接收、伺服、天線等系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲取RDA各個(gè)區(qū)域狀態(tài)和性能數(shù)據(jù)。它管理寬帶通信、計(jì)算標(biāo)定參數(shù)、顯示/保存狀態(tài)信息和產(chǎn)生/發(fā)送報(bào)警信息等。rda_svc軟件是雷達(dá)系統(tǒng)運(yùn)行的核心控制軟件，可對(duì)雷達(dá)電源、天線等各個(gè)分系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及雷達(dá)工作模式進(jìn)行控制，非系統(tǒng)調(diào)試人員和雷達(dá)站機(jī)務(wù)人員不可擅自操作該軟件。

1.3 測(cè)試定標(biāo)軟件（rda_sot）

rda_sot是CD型號(hào)雷達(dá)廠家專門為雷達(dá)保障人員提供的用于雷達(dá)測(cè)試、定標(biāo)的軟件。可以實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)發(fā)射機(jī)功率、噪聲系數(shù)、動(dòng)態(tài)范圍、反射率標(biāo)定、相位噪聲、靈敏度、太陽法測(cè)試等各項(xiàng)性能指標(biāo)的測(cè)試，以及調(diào)試或測(cè)試過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)的基本控制，包括電源、發(fā)射機(jī)等。省級(jí)巡檢人員和雷達(dá)機(jī)務(wù)人員在對(duì)雷達(dá)周維護(hù)、月維護(hù)、年巡檢、年維護(hù)以及雷達(dá)維修調(diào)試時(shí)應(yīng)用該軟件。

1.4 狀態(tài)信息發(fā)報(bào)軟件（ftp2soc）

將ftp2soc安裝在RDA監(jiān)控計(jì)算機(jī)中，實(shí)現(xiàn)將雷達(dá)性能數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息實(shí)時(shí)向天氣雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)輸出控制器發(fā)送的功能，軟件啟動(dòng)后將自動(dòng)上報(bào)雷達(dá)狀態(tài)信息，無需人工干預(yù)。在進(jìn)行雷達(dá)業(yè)務(wù)定標(biāo)測(cè)試的過程中，通過在定標(biāo)軟件界面手動(dòng)點(diǎn)擊上報(bào)，可通過該軟件將定標(biāo)信息上報(bào)至天氣雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)輸出控制器，用戶可通過天氣雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)輸出控制器監(jiān)測(cè)雷達(dá)工作運(yùn)行狀態(tài)和定標(biāo)數(shù)據(jù)。

1.5 實(shí)時(shí)顯示軟件（rtshow）

rtshow是一款集雷達(dá)運(yùn)行控制和數(shù)據(jù)顯示為一體的軟件，專為雷達(dá)業(yè)務(wù)值機(jī)員設(shè)計(jì)。用戶可在不同計(jì)算機(jī)上安裝該軟件，成為值機(jī)人員必備的應(yīng)用軟件之一。

rtshow提供了終端管理和維護(hù)工作臺(tái)，為用戶和程序之間提供了直觀的人機(jī)交互界面。該軟件包括各級(jí)操作菜單和信息顯示區(qū)，可作為 rda_svc 的遠(yuǎn)程操作程序，多用戶可同時(shí)連接到RDA，但只有授權(quán)用戶登錄后才能獲得雷達(dá)的控制權(quán)限，從而配置雷達(dá)工作模式，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示回波強(qiáng)度等信息，以及接收和存儲(chǔ)雷達(dá)基數(shù)據(jù)。

運(yùn)行rtshow以后，用戶可選擇3種不同的登錄狀態(tài)。

（1）在未連接RDA狀態(tài)下，用戶無法控制雷達(dá)，也無法實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前雷達(dá)數(shù)據(jù)圖像，只能通過“顯示控制”進(jìn)行現(xiàn)實(shí)畫面信息的配置。

（2）在已連接RDA但未登錄狀態(tài)下，用戶無法控制雷達(dá)，但可以實(shí)時(shí)查看當(dāng)前雷達(dá)數(shù)據(jù)圖像包括反射率、速度、譜寬等信息。

（3）在用戶已登錄狀態(tài)下，用戶可遠(yuǎn)程控制雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)開機(jī)、關(guān)機(jī)、工作模式切換等功能，并同時(shí)實(shí)時(shí)顯示雷達(dá)數(shù)據(jù)圖像。如果雷達(dá)正在運(yùn)行，用戶還能查看當(dāng)前的反射率、速度、譜寬等圖像信息。

（4）運(yùn)行實(shí)時(shí)顯示軟件后，首先要“連接RDA”，然后“用戶登錄”以獲得雷達(dá)的遙控權(quán)限。

（5）在“雷達(dá)控制”菜單欄中選擇“控制面板”，進(jìn)入雷達(dá)控制界面，可以進(jìn)行雷達(dá)系統(tǒng)的開關(guān)機(jī)操作。通過“雷達(dá)控制”下拉菜單選擇PPI、RHI、自動(dòng)體掃來改變雷達(dá)工作模式。

（6）在“顯示控制”中，可以設(shè)置顯示界面是否顯示地圖、站點(diǎn)、顏色標(biāo)注等內(nèi)容。

（7）通過“文件”功能，隨時(shí)選擇是否存儲(chǔ)基數(shù)據(jù)或圖像，以便進(jìn)行交流和分析。

（8）rtshow的關(guān)鍵設(shè)置包括對(duì)雷達(dá)天線和信號(hào)處理參數(shù)的調(diào)整，主要包括體掃參數(shù)、天線轉(zhuǎn)速、信號(hào)處理模式及濾波器等，非業(yè)務(wù)需要或特殊情況下，不可擅自修改這些設(shè)置。

1.6 狀態(tài)信息傳輸軟件（ftpstatus）

新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)是硬件與軟件有機(jī)結(jié)合的智能型探測(cè)系統(tǒng)，它不僅可以進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)校還可以將雷達(dá)狀態(tài)信息生成文件予以保存，ftpstatus是雷達(dá)廠家專門為配合實(shí)現(xiàn)新一代天氣雷達(dá)全網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控研發(fā)的雷達(dá)狀態(tài)信息傳輸軟件。

在雷達(dá)業(yè)務(wù)值機(jī)計(jì)算機(jī)中運(yùn)行ftpstatus，啟動(dòng)該軟件后，將在指定目錄監(jiān)控雷達(dá)狀態(tài)信息保存文件，并以ftp傳輸?shù)姆绞綄⒗走_(dá)狀態(tài)信息文件上傳至指定服務(wù)器。現(xiàn)階段，雷達(dá)狀態(tài)文件由省局?jǐn)?shù)據(jù)運(yùn)行監(jiān)控部門接收，并上傳至綜合氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)信息化平臺(tái)，供用戶監(jiān)測(cè)雷達(dá)運(yùn)行狀態(tài)文件傳輸和雷達(dá)運(yùn)行狀態(tài)。ftpstatus的另一個(gè)功能是在運(yùn)行過程中同時(shí)將狀態(tài)文件備份在本地計(jì)算機(jī)上。

需對(duì)ftpstatus進(jìn)行簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，在運(yùn)行軟件后彈出“設(shè)置”菜單界面，設(shè)定FTP服務(wù)器IP地址、端口號(hào)、用戶名、密碼以及上傳FTP目錄，在設(shè)置完成后，點(diǎn)擊確定即完成軟件的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。

1.7 雷達(dá)產(chǎn)品生成軟件（RPG）

RPG（Radar Products Generator）是中國(guó)氣象局布網(wǎng)的新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)中的核心軟件，由北京敏視達(dá)公司在新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)完成架設(shè)、安裝和調(diào)試后，根據(jù)當(dāng)?shù)乩走_(dá)參數(shù)提供給用戶使用。RPG軟件的雷達(dá)產(chǎn)品生成功能由 RPG 計(jì)算機(jī)和運(yùn)行于其中的 RPG 程序組成，該軟件是一個(gè)多功能單元，它由寬帶通信線路從RDA接收數(shù)字化的基本數(shù)據(jù)，并通過各類氣象算法將雷達(dá)生成的基數(shù)據(jù)（包括反射率、徑向速度和譜寬）加工處理成預(yù)報(bào)員需要的產(chǎn)品，然后將這些產(chǎn)品分發(fā)至用戶端查看和顯示軟件。預(yù)報(bào)員通過分析產(chǎn)品加深了對(duì)雷達(dá)回波圖像的理解和天氣系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)。

1.8 雷達(dá)產(chǎn)品管理和顯示軟件（PUP）

PUP（Principal User Processor）是用于中國(guó)氣象局新一代天氣雷達(dá)業(yè)務(wù)網(wǎng)中，新一代天氣雷達(dá)的雷達(dá)氣象產(chǎn)品顯示軟件。PUP不僅在本地為雷達(dá)控制用戶方便快捷地顯示雷達(dá)產(chǎn)品，而且通過其強(qiáng)大服務(wù)功能為其他用戶顯示最新最快的雷達(dá)產(chǎn)品，最大限度地發(fā)揮新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)的作用。該軟件的主要功能是接收RPG生成的雷達(dá)產(chǎn)品資料，主要包括產(chǎn)品請(qǐng)求、產(chǎn)品顯示、產(chǎn)品數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理、產(chǎn)品編輯注釋及狀態(tài)監(jiān)控等，它由PUP計(jì)算機(jī)和運(yùn)行于其中的PUP程序組成，PUP軟件接收RPG計(jì)算機(jī)生成的雷達(dá)產(chǎn)品資料，并以圖像和文字形式顯示。

在PUP軟件運(yùn)行的過程中，將實(shí)時(shí)顯示RPG生成的當(dāng)前雷達(dá)產(chǎn)品，也可以通過軟件調(diào)用顯示歷史產(chǎn)品，雷達(dá)數(shù)據(jù)維護(hù)是指定期查看計(jì)算機(jī)磁盤容量，實(shí)時(shí)備份和轉(zhuǎn)移產(chǎn)品數(shù)據(jù)，避免過多產(chǎn)品資料占用業(yè)務(wù)計(jì)算機(jī)磁盤容量，影響軟件的運(yùn)行。

2 雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)連接的配置

新一代天氣雷達(dá)局站布局方式一般分為局站分離和局站一體兩種，不論哪種工作形式，其網(wǎng)絡(luò)連接形式大同小異，即在雷達(dá)站部署雷達(dá)運(yùn)行終端，通過網(wǎng)絡(luò)專線連接至用戶單位的雷達(dá)業(yè)務(wù)運(yùn)行平臺(tái)，從而可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)平臺(tái)對(duì)雷達(dá)站監(jiān)測(cè)、遙控、數(shù)據(jù)傳輸和分發(fā)管理，網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)置如圖1所示。

3 數(shù)據(jù)傳輸流程

3.1 雷達(dá)基數(shù)據(jù)的傳輸

CINRAD/CD型天氣雷達(dá)系統(tǒng)可以生成3種基數(shù)據(jù)

文件：VCP、PPI和RHI數(shù)據(jù)文件，VCP是目前內(nèi)蒙古地區(qū)天氣雷達(dá)業(yè)務(wù)規(guī)定要求的一種雷達(dá)運(yùn)行模式，在天氣雷達(dá)掃描探測(cè)的過程中，每6 min完成一次體掃，并連續(xù)生成VCP模式下的基數(shù)據(jù)文件。基數(shù)據(jù)產(chǎn)品顯示軟件則可以讀取該基數(shù)據(jù)并在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出當(dāng)前雷達(dá)強(qiáng)度回波等圖像。PPI數(shù)據(jù)文件在生成過程中雖然伴有雷達(dá)回波圖像，但PPI數(shù)據(jù)文件是單一仰角掃描信息，不利于后續(xù)對(duì)天氣過程的分析總結(jié)，因此一般在雷達(dá)標(biāo)定、測(cè)試過程中對(duì)比雷達(dá)工作狀態(tài)性能時(shí)使用PPI數(shù)據(jù)文件。至于RHI數(shù)據(jù)文件，是在VCP數(shù)據(jù)文件的基礎(chǔ)上生成的數(shù)據(jù)剖面，分析回波的垂直結(jié)構(gòu)更靈活，日常較少使用。CD型天氣雷達(dá)生成和存儲(chǔ)的基數(shù)據(jù)流程如圖2所示。

3.2 雷達(dá)基數(shù)據(jù)輸入路徑的設(shè)置

雷達(dá)按照設(shè)定的體掃模式運(yùn)行，每完成一個(gè)體掃，將生成一個(gè)完整的雷達(dá)基數(shù)據(jù)文件，該基數(shù)據(jù)應(yīng)存放至指定的文件目錄下，供RPG軟件實(shí)時(shí)使用。

（1）RPG在指定的目錄下搜索最近采集的雷達(dá)基數(shù)據(jù)，該目錄為根目錄下的RAWDATA文件夾，如D：＼rawdata＼。在安裝時(shí)可以指定盤符，但不可更改目錄名“rawdata”。如果安裝完成后需要更改盤符，則可以打開RPG程序安裝目錄下的addedcfg.txt文件，按需要修改其中rawdata目錄前的盤符即可。例如，指定路徑為d：＼rawdata＼， 則要求雷達(dá)采集的實(shí)時(shí)基數(shù)據(jù)保存在d：＼rawdata＼目錄下。如果基數(shù)據(jù)保存的計(jì)算機(jī)和RPG計(jì)算機(jī)不是同一臺(tái)計(jì)算機(jī)，可以通過網(wǎng)絡(luò)映射的方式實(shí)現(xiàn)。

（2）RPG軟件在rawdata目錄下自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)SAV-EDATA子目錄，當(dāng)找到最新采集的基數(shù)據(jù)并處理后，會(huì)自動(dòng)將這個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移至SAVEDATA保存。

（3）在選擇處理非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的命令時(shí)，RPG軟件會(huì)在SAVEDATA目錄中搜索并處理以前保存的數(shù)據(jù)。

3.3 雷達(dá)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的傳輸

在雷達(dá)終端軟件完成基數(shù)據(jù)的生成后，將由產(chǎn)品生成軟件按照雷達(dá)產(chǎn)品算法對(duì)基數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。目前，中國(guó)氣象局布網(wǎng)的新一代天氣雷達(dá)，其產(chǎn)品生成軟件是由北京敏視達(dá)公司研發(fā)的，并在新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)完成架設(shè)、安裝和調(diào)試后，根據(jù)當(dāng)?shù)乩走_(dá)參數(shù)提供給用戶使用。該軟件通過各類氣象算法將雷達(dá)生成的基數(shù)據(jù)（包括反射率、徑向速度和譜寬）加工處理成預(yù)報(bào)員所需的產(chǎn)品，并將這些產(chǎn)品分發(fā)至用戶端查看和顯示軟件。由雷達(dá)生成基數(shù)據(jù)，并用于產(chǎn)品生成軟件進(jìn)行處理的傳輸過程如圖3所示。

雷達(dá)系統(tǒng)按照規(guī)定的體掃模式不間斷運(yùn)行，每個(gè)體掃完成后將生成一個(gè)完整的雷達(dá)基數(shù)據(jù)，該基數(shù)據(jù)為.05 V格式，也稱為原始基數(shù)據(jù)。原始基數(shù)據(jù)按照軟件配置要求被存儲(chǔ)至指定目錄rawdata下，產(chǎn)品生成軟件（RPG）實(shí)時(shí)訪問該目錄下生成的最新基數(shù)據(jù)，該基數(shù)據(jù)首先由RPG軟件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，然后將格式轉(zhuǎn)換后的基數(shù)據(jù)經(jīng)過氣象算法進(jìn)一步處理，生成產(chǎn)品供產(chǎn)品顯示軟件（PUP）顯示和使用。RPG將格式轉(zhuǎn)換后的基數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至Archive2目錄下，同時(shí)將使用后的原始基數(shù)據(jù)備份至rawdata＼SAVEDATA下。

4 結(jié)束語

天氣雷達(dá)系統(tǒng)具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，各種不同型號(hào)的雷達(dá)擁有各自獨(dú)特的硬件和軟件配置，以及更豐富的告警信息內(nèi)容和數(shù)量。通過深入分析CD型天氣雷達(dá)的業(yè)務(wù)軟件，新手可更快熟悉和掌握雷達(dá)業(yè)務(wù)的運(yùn)行機(jī)制，同時(shí)有助于機(jī)務(wù)人員在發(fā)現(xiàn)雷達(dá)故障時(shí)，可以根據(jù)軟件特點(diǎn)對(duì)故障快速地排查和修復(fù)。研究對(duì)雷達(dá)基數(shù)據(jù)的生成、傳輸以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)的獲取和處理流程，可以更全面地了解雷達(dá)系統(tǒng)從數(shù)據(jù)源頭到產(chǎn)品應(yīng)用的全過程，為科研人員提供更便捷的雷達(dá)數(shù)據(jù)處理和分析手段。

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作者簡(jiǎn)介：王志偉（1990—），男，內(nèi)蒙古寧城人，工程師，主要從事氣象雷達(dá)技術(shù)保障和數(shù)據(jù)研究。