1 概述 

  微多普勒泛探直測(cè)面雨量雷達(dá)是一種應(yīng)用于水文行業(yè)面雨量實(shí) 時(shí)監(jiān)測(cè)的新體制雷達(dá)，將五面相控陣?yán)走_(dá)方位波束交疊形成盤狀泛 探平面波束，利用泛探凝視及微多普勒技術(shù)沿落雨線垂直面進(jìn)行面 雨量直接測(cè)量，克服現(xiàn)有天氣雷達(dá)體制雷達(dá)波束與落雨線垂直相交 區(qū)間雷達(dá)徑向多普勒速度分量極低，回波信號(hào)在雷達(dá)多普勒濾波器 零點(diǎn)凹口近端，極端靠近地雜波使地雜波無法抑制，回波信號(hào)被雷 達(dá)多普勒濾波器濾除無法檢測(cè)的天氣雷達(dá)面雨量直接測(cè)量的世界性難題，打破現(xiàn)有天氣雷達(dá)體制降雨云 Z-I（反射率系數(shù)-雨強(qiáng)）反演 面雨量間距測(cè)量的低水平螺旋發(fā)展現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)基于微多普勒、泛探 凝視、五面相控陣技術(shù)的 Z-I、Zdr-I、Φdp-I 等綜合直測(cè)的新體制面 雨量雷達(dá)，并建立基于反射率系數(shù)（強(qiáng)度）Z、差分反射率 Zdr、差分相移Φdp的面雨量直接測(cè)量方程組，實(shí)現(xiàn)面雨量實(shí)時(shí)直接精確測(cè) 量。 

2. 系統(tǒng)組成 

  面雨量雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)由面雨量監(jiān)測(cè)雷達(dá)基站、系統(tǒng)大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備等組成。

3. 主要功能

  雷達(dá)基站以交疊盤狀泛探平面波束凝視探測(cè)，微多普勒檢測(cè)， 直接測(cè)量直徑 40km 范圍內(nèi)落雨目標(biāo)的回波強(qiáng)度(dBZ)、徑向速度 (V)、速度譜寬(W)、差分反射率因子(ZDR)、差示傳播相移(Φdp)、差 分傳播相位常數(shù)(Kdp)、雨強(qiáng)（I）分布等信息。

主要功能如下： 

     1. 具有雷達(dá)方位盤狀泛探平面波束形成功能，能利用泛探平面波束與落雨線垂直相交，利用落雨線隨氣流傾斜產(chǎn)生的徑向微多普勒分量檢測(cè)雨滴目標(biāo)，覆蓋范圍寬，無監(jiān)測(cè)盲區(qū)； 

     2. 具有泛探凝視及微多普勒檢測(cè)功能，通過最高達(dá) 0.6Hz 的微 多普勒濾波帶寬濾除地雜波，檢測(cè)速度最低±0.01m/s 的微多普勒 回波，直接測(cè)量直徑 40Km、方位 360°區(qū)域落雨目標(biāo)高時(shí)空精度回波強(qiáng)度、差分反射率、差分相移等參數(shù)； 

    3. 具有雨強(qiáng)及面雨量直接測(cè)量功能，通過大量試驗(yàn)研究構(gòu)建 ZI、Zdr-I、Φdp-I 面雨量直測(cè)新算法，利用高時(shí)空精度回波強(qiáng)度、差 分反射率、差分相移等參數(shù)聯(lián)合測(cè)量雨強(qiáng)，并根據(jù)雨強(qiáng)數(shù)值積分精 確測(cè)量面雨量，提供精確的水文模型初值； 4. 具有雨強(qiáng)及面雨量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)標(biāo)定功能，能夠協(xié)同遠(yuǎn)場(chǎng)外回路 非接觸標(biāo)定儀對(duì)雷達(dá)強(qiáng)度、差分反射率、差分相移、距離、速度、 速度譜寬等系統(tǒng)指標(biāo)標(biāo)定，并能夠和雨量站點(diǎn)協(xié)同實(shí)時(shí)讀取點(diǎn)雨量 信息，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)雨強(qiáng)。

4. 主要技術(shù)特點(diǎn) 

    1）.低成本五面相控陣技術(shù),采用數(shù)字化相頻掃五面相控陣，以高度集成和模塊化降低成本，滿足網(wǎng)絡(luò)化大范圍布設(shè)的低成本要求； 

    2）.泛探凝視技術(shù)，方位 360°波束交疊與俯仰頻率分集雙層波束覆蓋，使雷達(dá)無需掃描實(shí)現(xiàn)凝視泛探，確保微多普勒檢功能實(shí)現(xiàn)； 

    3）.微多普勒檢測(cè)技術(shù)，利用公司長期積累的分辨率達(dá) 0.6Hz 微多普勒檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)雨線波束垂直狀態(tài)微多普勒回波的可靠檢測(cè)； 

    4）.大點(diǎn)數(shù) FFT 多普勒濾波技術(shù)，最高達(dá)16384 點(diǎn) FFT 的多普勒濾波，地雜波抑制 53dB 以上，消除地雜波虛警； 

    5）.時(shí)頻矩陣體積積分插值距離速度聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)為公司發(fā)明專利技術(shù)，通過時(shí)頻矩陣體積積分插值解算將距離精度和速度精度提高 10 倍以上，奠定高時(shí)空精度基礎(chǔ)； 

    6）.雨強(qiáng)、面雨量直接測(cè)量技術(shù)，通過實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)標(biāo)定 Z-I、ZdrI、Φdp-I 關(guān)系式，實(shí)現(xiàn)面雨量直測(cè)新算法，獲得高時(shí)空精度面雨量參數(shù)。  

    7）. DBF 凝視單脈沖測(cè)角技術(shù)，方位、俯仰兩維單脈沖測(cè)角剔 除了延續(xù)至今的新一代天氣雷達(dá)碼盤測(cè)角旁瓣虛警，大幅度通過雷達(dá)測(cè)角精度，為高時(shí)空精度奠定基礎(chǔ)； 

    8）.多基地時(shí)空同步技術(shù)，利用網(wǎng)絡(luò)化基站三三交錯(cuò)，測(cè)量速度矢量，結(jié)合差分反射率和差分相移等精確推算雨滴譜；

 5. 五面相控陣天氣雷達(dá)及雷達(dá)組網(wǎng) 順應(yīng)面雨量監(jiān)測(cè)向綜合、高時(shí)空分辨、多功能、小型化、智能化、 網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展趨勢(shì)，基于三基站交錯(cuò)多基地兩維多波束低空泛探技術(shù)、DBF 凝視單脈沖測(cè)角技術(shù)、微多普勒檢測(cè)技術(shù)、時(shí)頻矩陣體積 積分插值測(cè)距測(cè)速技術(shù)、多基地時(shí)空同步技術(shù)、空間柵格矢量測(cè)量技術(shù)等，構(gòu)建基于五面相控陣基站的天氣雷達(dá)蜂窩網(wǎng)，結(jié)合低空泛探矢量監(jiān)測(cè)等，使全空域體掃周期縮短到秒級(jí)，低空泛探體掃周期達(dá)毫秒級(jí)，波束駐留時(shí)間大大加長，距離、速度分辨率大幅度提高，雜波改善因子達(dá)53dB 以上，有源干擾改善因子達(dá) 45dB 以上，基本沒有地 雜波虛警和有源干擾虛警，基本沒有強(qiáng)目標(biāo)幅度-碼盤測(cè)角的角度虛警，消除脈沖壓縮旁瓣基臺(tái)距離虛警，消除 150m/s 以內(nèi)速度虛警， 并能改善提高強(qiáng)度、差分反射率、差分相移等參數(shù)的時(shí)空分辨及測(cè)量精度。 5.1. 面雨量直接測(cè)量研究 

  面雨量流場(chǎng)演變特征直接測(cè)量研究對(duì)洪澇災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)意義重 大，泛探凝視探測(cè)模式為雨強(qiáng)及面雨量高時(shí)空精度測(cè)量奠定基礎(chǔ)，為洪澇災(zāi)害精確數(shù)值預(yù)報(bào)提供了精確的高分辨矢量基數(shù)據(jù)，貢獻(xiàn)了高質(zhì) 量的流媒體實(shí)時(shí)空間柵格矢量初值，使災(zāi)害天氣短臨預(yù)報(bào)及洪澇泥石 流預(yù)報(bào)預(yù)警更精準(zhǔn)，漏警率更低，虛警率更低，防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)效率更 高。 

  構(gòu)建低空泛探面雨量蜂窩網(wǎng)與水文探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)智慧水利大數(shù) 據(jù)平臺(tái)，以多基地 5 面相控陣多波束雷達(dá)為主體，結(jié)合 GNSS/MET、 閃電定位儀及標(biāo)定儀等，構(gòu)建區(qū)域大氣循環(huán)觀測(cè)系統(tǒng)，數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)， 面雨量測(cè)量系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)智能化短臨數(shù)值預(yù)報(bào)蜂窩網(wǎng)，面 雨量監(jiān)測(cè)及洪澇災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)蜂窩網(wǎng)，提升區(qū)域探測(cè)、強(qiáng)對(duì)流預(yù)警、洪水預(yù)警、臺(tái)風(fēng)災(zāi)害預(yù)警等防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)能力。 

  以 WGS84 直角坐標(biāo)為基礎(chǔ)，構(gòu)建東坐標(biāo)、北坐標(biāo)、高度三維空間柵格坐標(biāo)系，以 5s 時(shí)間尺度為基準(zhǔn)，結(jié)合北斗時(shí)間戳，實(shí)現(xiàn)全空域氣象目標(biāo)蜂窩網(wǎng)空間柵格拼圖及動(dòng)態(tài)更新。 

  建立大數(shù)據(jù)中心，控制、存儲(chǔ)、處理、分發(fā)精細(xì)化氣象大數(shù)據(jù)， 形成精細(xì)化數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，除提供數(shù)值預(yù)報(bào)外，提供動(dòng)態(tài)外推柵格圖； 

  通過互聯(lián)網(wǎng)及手持終端 APP 軟件向大眾提供氣象預(yù)報(bào)服務(wù)，向有關(guān)部門、單位提供專業(yè)化、個(gè)性化災(zāi)害氣象大數(shù)據(jù)產(chǎn)品服務(wù)，與地 理信息系統(tǒng)結(jié)合，可點(diǎn)擊查看街道、社區(qū)等小地理單元?jiǎng)討B(tài)十二小時(shí) 內(nèi)分鐘級(jí)連續(xù)時(shí)間災(zāi)害天氣預(yù)報(bào)。 

  在提供氣象大數(shù)據(jù)的同時(shí)，提供在空目標(biāo)信息，包括飛行目標(biāo)信息、低小慢目標(biāo)信息等。