CINRAD CA用户手册上系统手册.docx
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CINRADCA用户手册上系统手册
中国新一代多普勒天气雷达
CINRAD/CA用户手册
（上）
系统手册
北京敏视达雷达有限公司
2010年2月
声明
本手册受版权保护，版权归北京敏视达雷达有限公司所有。
未经北京敏视达雷达有限公司书面许可，本手册的任何部分不得为任何目的，以任何形式或任何手段复制或传播。
为持续改进中国新一代多普勒天气雷达CINRAD/CA的性能，可能会对雷达设备的硬件或软件作必要改动，由此可能发生与现行用户手册不一致之处，敬请用户谅解。
说明
中国新一代多普勒天气雷达CINRAD/CA用户手册从系统级的角度为雷达操作和维修人员介绍CINRAD/CA型多普勒天气雷达的用途、结构和功能，并阐明其操作和维修原理，以便用户更好地操作和维护雷达设备。
该手册共包含上、中、下三册，内容简介如下：
上册：
系统手册。
内容包括：
系统描述、工作原理及功能介绍。
中册：
操作维护手册
内容包括：
操作维护手册之一：
系统开关机简明指南
操作维护手册之二：
发射机手册
操作维护手册之三：
接收机手册
操作维护手册之四：
天伺手册
下册：
安装调试手册
内容包括：
安装调试手册之一：
气象雷达数据获取与状态监控（RDASC）
安装调试手册之二：
气象雷达产品生成（UCP）
安装调试手册之三：
气象雷达主用户处理（PUP）
本手册为该系列的上册，系统手册。
目录
安全概要1
第一章概述6
第1-1节功能与说明6
1-1引言6
1-1.1功能6
1-1.1.1配置6
1-1.1.1.1雷达数据采集（RDA）子系统6
1-1.1.1.2通信子系统（WNC）6
1-1.1.1.3雷达产品生成（RPG）子系统8
1-1.1.1.3雷达产品生成（RPG）子系统8
1-1.1.1.4主用户处理（PUP）子系统8
1-1.1.1.5附属安装设备（RPIE）子系统8
1-1.1.2气象产品8
1-1.1.2.1基本产品8
1-1.1.2.2导出产品9
1-1.1.2.3字符产品9
1-1.1.3用户9
1-1.2系统子系统简介9
1-1.2.1雷达数据采集（RDA）子系统9
1-1.2.2通信子系统（WNC）10
1-1.2.3RPG子系统10
1-1.2.4PUP子系统10
1-1.2.5附属安装设备（RPIE）子系统10
1-1.3操作11
1-1.3.1程序控制11
1-1.3.1.1硬件信号处理器（HSP）11
1-1.3.1.2可编程信号处理器（PSP）11
1-1.3.1.3RDASC程序11
1-1.3.1.4RPG程序11
1-1.3.1.5PUP程序11
1-1.3.2用户控制12
1-1.3.2.1RDA计算机12
1-1.3.2.2RPG计算机12
1-1.3.2.3PUP计算机12
1-1.3.2.3.1彩色图象显示器12
1-1.3.2.3.2声音警报12
第1-2节主要特点13
1-2.1CINRAD/CA设备位置13
1-2.2机房设备一般位置13
第1-3节系统功能15
1-3.1CINRAD/CA系统功能15
1-3.1.1工作方式15
1-3.1.1.1降雨模式15
1-3.1.1.2晴空模式15
1-3.1.1.3扫描策略15
1-3.1.1.3.1扫描策略115
1-3.1.1.3.2扫描策略215
1-3.1.1.3.3扫描策略316
1-3.1.1.4脉冲波形模式16
1-3.1.1.4.1监测模式波形16
1-3.1.1.4.2多普勒模式波形16
1-3.1.1.4.3批波形16
1-3.1.2系统性能16
1-3.1.3系统配置17
1-3.1.4系统的可扩展性17
1-3.1.5系统维护17
1-3.1.6系统标定17
1-3.2RDA子系统24
1-3.2.1RDA功能24
1-3.2.2RDA控制特性24
1-3.2.3RDA监控与标定24
1-3.2.4RDA标定24
1-3.2.5RDA存档25
1-3.3宽带通信（WBC）子系统25
1-3.3.1直接连接25
1-3.3.2无线通信25
1-3.3.3光纤通信25
1-3.4RPG子系统25
1-3.4.1RPG气象产品25
1-3.4.2RPG子系统26
1-3.4.3RPG功能26
1-3.4.3.1RPG产品生成26
1-3.4.3.2产品（专用格式）存档27
1-3.4.3.3产品分配27
1-3.4.3.4RPG控制功能27
1-3.4.3.5RPG状态监视与故障检测27
1-3.4.3.6识别气象报警条件28
1-3.5主用户处理（PUP）子系统28
1-3.5.1PUP功能28
1-3.5.2PUP性能28
1-3.5.3PUP的功能29
1-3.5.3.1PUP产品请求29
1-3.5.3.2PUP产品显示29
1-3.5.3.3PUP本机产品存储30
1-3.5.3.4PUP产品注释30
1-3.5.3.5PUP控制30
1-3.5.3.6PUP状态监视30
第二章工作原理31
第2-1节系统概述31
2-1.1雷达数据获取（RDA）子系统31
2-1.1.1发射功能31
2-1.1.2天线功能32
2-1.1.3天线定位功能32
2-1.1.4接收功能34
2-1.1.5信号处理功能34
2-1.1.6RDASC处理功能34
2-1.1.7状态和命令接口功能36
2-1.1.8总线接口功能36
2-1.2宽带通信（WNC）子系统37
2-1.3气象产品生成（RPG）子系统37
2-1.4产品显示（PUP）子系统39
2-1.5附属安装设备（RPIE）子系统39
2-1.5.1发电机房39
2-1.5.2雷达设备机房40
2-1.5.3水泥平台和天线罩41
第2-2节系统运行42
2-2.1RDA设备42
2-2.1.1微波馈线系统42
2-2.1.2天线/天线座UD243
2-2.1.2.1天线座部件UD2A143
2-2.1.2.2天线/馈源部件UD2A243
2-2.1.2.3接收机前端（UD2A3/A4）44
2-2.1.2.3.1T/R管44
2-2.1.2.3.2低噪声放大器UD2A444
2-2.1.2.4功率监视器UD2A544
2-2.1.3发射机UD344
2-2.1.4接收机UD444
2-2.1.4.1测试源选择功能45
2-2.1.4.2主信号产生器功能45
2-2.1.4.3接收机故障定位功能45
2-2.1.5RDA监控设备UD545
2-2.1.5.1RDA维护面板UD5A245
2-2.1.5.2DAUUD5A345
2-2.1.5.3RDA计算机UD5A1246
2-2.1.5.4功率放大单元UD5A746
2-2.1.5.5数字控制单元UD5A646
2-2.1.5.6可编程信号处理器（PSP）UD5A947
2-2.1.5.7硬件信号处理器（HSP）UD5A1047
2-2.1.5.8电源及子系统47
2-2.1.6波导充气单元UD647
2-2.2通信设备（WNC）47
2-2.3RPG设备48
2-2.3.1RPG计算机48
2-2.3.2RPG程序48
2-2.4PUP设备49
2-2.4.1PUP计算机49
2-2.4.2PUP程序49
2-2.5雷达辅助设备50
2-2.5.1雷达机房电器设备UD150
2-2.5.1.1配电和照明50
2-2.5.1.2供热、通风50
2-2.5.1.3安全和状态监视50
2-2.5.2水泥平台UD11和天线罩UD1251
第2-3节设备维修原则52
2-3.1预防性维护（定期维护）53
2-3.2故障隔离53
2-3.2.1在线性能监视53
2-3.2.2脱机初步故障隔离54
2-3.2.3脱机二次故障隔离54
2-3.3LRU更换和设置步骤54
2-3.3.1印刷电路板54
2-3.3.2外围通信设备55
表
表1-1CINRAD/CA功能概括表18
表1-2CINRAD/CA系统性能指标19
表1-3CINRAD/CA控制功能21
表1-4CINRAD/CA响应时间22
表1-5CINRAD/CA气象产品23
表1-6WBC性能25
表1-7RPG性能（不低于）26
表1-8PUP功能（不低于）28
表1-9PUP图象显示控制功能28
表2-1CINRAD/CA雷达系统组成56
表2-2体扫模式1162
表2-3体扫模式2163
表2-4体扫模式3164
表2-5脉冲重复周期数据DeltaA65
图
图1-1系统功能图7
图1-2雷达机房布局14
图2-1CINRAD/CA系统框图33
图2-2CINRAD系统线缆连接图67
图2-3CINRAD系统天线座线缆连接图68
安全概要
一般安全
以下是一般安全预防措施，并不涉及任何具体步骤，因此在本手册的其它地方不再出现。
操作及维修人员必须了解这些预防措施并时时遵守。
远离通电电路
维修人员任何时候都必须遵守所有安全条例。
当高压电源接通时，不要在设备内部更换元件或做调试。
在某些情况下，由于电容储存的电荷，即使电源控制处于关的位置，也会有危险的电势。
为避免事故发生，任何时候在接触设备之前，都必须断开电源，并把电路接地令其放电。
不能独自检修或调试
任何情况下都不能独自到达或进入封闭的场所检修或调试设备，除非身旁有能够提供帮助的人员。
抢救
使用高压或接近高压的工作人员应该熟悉急救方法。
这些知识可从当地红十字会或权威医疗机构获得。
不要戴饰物
维修人员任何时候都不要戴手表、戒指、项练、手镯或其它饰物进行维修工作。
金属物体接近电势时会产生电弧，饰物可能会被缠住，使得人员活动受限，从而引起严重的人员伤害。
电气/电子（通则）
本设备使用的电压能产生电弧，可对人体造成严重烧伤，应避免接触。
维护时摘下戒指、手表和其它饰物，以免因触电而受伤。
高压（电源接通时）
应避免接触设备中的高压，不要移走高压区中的安全防护装置、面板或盖子。
接触或接近高压会因触电而受重伤或死亡。
高压（电源断开时）
应当避免接触高压电路区。
正确地用接地棒使所有高压电容放电。
当电源断开后，危险的高压仍然存在，直到放电后才会消失。
接触或接近高压会由于触电而严重受伤或死亡。
转动设备
转动天线时，人应远离天线，以免受到天线挤压而导致伤亡。
高空作业
检修天线座和塔设备时，要正确地使用所有扶拦、安全链、安全吊带、安全轨和梯子。
在开始维修之前，要安装好所有安全设备和梯子，以免不慎坠落导致受伤或死亡。
热表面
在发动机工作期间和工作之后，要避免接触柴油发动机和排气管。
接触热表面会引起皮肤烧伤或其它伤害。
爆炸性气体（燃料）
检修发动机时用吸附性的材料或布清洁并擦去溅出的燃料。
有燃料溅出的地方要通风并保持洁净。
该区域要避免火花或明火。
燃料气体会积聚并爆炸，从而引起严重烧伤或死亡。
爆炸气体（电池）
在通风良好的地方检修电池。
在充电过程中，氢气和氧气会积聚。
电池附近应避免火花或明火，否则爆炸会引起严重烧伤或死亡。
硫酸
检修电池时要穿戴防护衣、面罩、手套和围裙。
与电池硫酸接触会严重烧伤皮肤和眼睛，立即用水冲洗皮肤和眼睛并就近寻求医生治疗。
清洁溶剂（通则）
使用有毒清洁溶剂时要穿戴防护衣、安全护目镜和手套。
反复长时间接触有毒溶剂会刺激皮肤和眼睛，应立即用清水冲洗。
清洁溶剂（吸入）
只能在通风良好的地方使用清洁溶剂。
避免吸入清洁溶剂。
长时间吸进清洁溶剂气味会使人窒息或死亡。
致冷剂（通则）
检修空调设备致冷剂时要穿戴防护衣和手套。
接触充满致冷剂的管子和配件会严重烧伤皮肤。
致冷剂（吸入）
避免吸入致冷剂，以免发生危险。
听觉受损
在发电机附近工作时要戴防护耳罩。
长时间接触强噪声会使人听力受损，严重情况下丧失听力。
有效地工作
在标识为危险的地方工作时，要在尽可能短的时间内完成任务。
进入工作区之前，要确保完全熟悉工作步骤。
发射时使天线指向开阔地方
有必要在天线辐射功率的情况下进行维修时，应采取必要措施使天线指向开阔地方。
不用时要妥善保管所有材料
在操作设备之前要妥善保管所有工具、机壳和盖子。
恢复所有联锁装置
完成有关设备工作后，立即将所有联锁开关恢复到正常工作状态。
不要在外露部件附近使用金属工具
在距离有外露带电部件的电气设备1.5米之内不要使用带金属的刷子、笤帚或其它工具。
不要在速调管附近使用含铁工具。
不要在速调管附近使用钢的或铁的工具。
这类工具会被从技术人员手中吸走从而损坏速调管。
特殊安全
高空安全
为防止从高处坠落而造成伤亡，必须遵守以下步骤：
使用梯子接近或离开天线时要用扶拦或支撑台。
确保天线地板天窗在不使用时处于关闭和安全状态。
触电危险
机柜内的电源和高压会引起死亡或重伤，这些高压主要位于配电机柜、发射机机柜、RDA机柜、天线区以及RPG计算机和PUP计算机。
防护装置上都写有警告标志和标签，以便让工作人员注意到这些潜在的危险，不要忽视这些警告。
确保不绕过这些安全联锁、阻挡物和防护装置进行相关操作。
发射机的高压会引起死亡或重伤。
警告标签和联锁的存在是为了防止触电。
不要忽视联锁。
辐射危险
微波（电磁）辐射是由发射机产生并经过天线发出的。
在工作方式下，人不要接近天线。
如果天线静止而发射机工作，在天线反射体前一定范围内，仍然会有危险。
维修人员应该注意并了解这种情况，让天线指向无人区域。
天线/天线座安全
警告
当天线转动并且/或者天线伺服机构工作时，不要试图爬上/或维修天线座组合。
除非遵守所有维修说明和安全步骤，否则可能会由于移动部件而受重伤。
天线/天线座提供相应的安全措施，以保护维修人员免受与移动物体发生碰撞、从危险高度跌落或接近/操作棘手的设备可能产生的危险。
天线/天线座组合提供的安全措施包括：
∙把手
∙防滑表面
∙梯子钩
∙销
注意
雷达用户应当在天线附近设立安全区域，阻挡人员进入危险区域。
为保障人员安全，应随时遵守以下预防措施：
1.关掉RDA机柜中维修面板上的天线座电源。
2.将安全警告标签放在维修面板上的天线座电子ON/OFF开关上。
3.确保发射机处于待机状态。
4.把天线座“安全/操作”开关置于“OFF”位置。
5.插入方位和仰角销。
6.当要爬上天线座方位部分工作时，要使用有快速放松插销的安全可靠的升降梯。
7.爬上天线座时要始终使用把手。
8在天线座的各个工作区域要使用相应的梯子钩。
第一章概述
第1-1节功能与说明
1-1引言
本节简要介绍CINRAD/CA的功能及主要特点。
1-1.1功能
中国新一代多普勒天气雷达CINRAD/CA（以下称CINRAD/CA）是一个探测、处理、分配并显示雷达天气数据的独立应用系统。
CINRAD/CA获取距离、方位和反射率数据的同时，利用多普勒雷达技术获得目标的速度数据。
通过计算机控制雷达工作，产生最佳雷达探测范围并使雷达回波最佳化，然后利用气象算法对获得的基本数据进行处理，生成基本和导出的天气产品。
通过一定的图形算法对这些产品做进一步处理后生成可显示的气象数据。
CINRAD/CA将满足用户对常规和危险天气监测和预报的要求。
1-1.1.1配置
为了满足不同用户的要求，CINRAD/CA可进行不同的系统配置，使其设备位置、配套、安排以及计算机程序均可随不同的台站而不同。
因此，每一套CINRAD/CA的配置都可能不一样。
但就其基本结构而言，CINRAD/CA从功能上看可分为下列五个子系统，见图1-1系统功能图。
1-1.1.1.1雷达数据采集（RDA）子系统
雷达数据采集子系统（RadarDataAcquisition,RDA）由天线/天线罩、发射机、接收机、信号处理器和雷达监控计算机（RDA计算机）等组成，通常也称为雷达头，它获取反射率、速度和谱宽这三种基本数据，并完成雷达监控和系统标定。
RDA子系统位于雷达设备机房内和天线罩内。
1-1.1.1.2通信子系统（WNC）
通信子系统（WidebandandNarrowbandCommunication,WNC）由连接RDA和RPG计算机的宽带通信以及连接RPG和PUP计算机的窄带通信组成。
通信子系统一般使用计算机本地网连接，也可根据用户要求采用光纤、电话专用线或微波线路通信等。
图1-1系统功能图
1-1.1.1.3雷达产品生成（RPG）子系统
雷达产品生成（RadarProductGenerator,RPG）子系统由RPG计算机及其运行于其中的RPG程序组成。
通过用天气算法处理RDA获取的基本天气数据，产生各种雷达气象产品，并将产品发送给PUP计算机显示；RPG的另一个主要功能是以远控方式完成RDA计算机的功能，对雷达系统进行监控。
RPG计算机一般与PUP计算机放置在一起。
1-1.1.1.4主用户处理（PUP）子系统
主用户处理（PrincipalUserProcessing,PUP）由PUP计算机及其运行于其中的PUP程序组成。
用于显示RPG生成的气象产品。
RPG计算机一般与计算机PUP放置在一起。
1-1.1.1.5附属安装设备（RPIE）子系统
附属安装设备（RealPropertyInstalledEquipment,RPIE）子系统是指用于安装设备的固定资产，包括雷达机房、塔、天线罩和备用电源等，生产厂家只提供天线罩。
1-1.1.2气象产品
用户可以在监视器上或通过PUP的彩色打印机以一定的图形格式获得特定的气象产品。
有三种不同的产品形式，即：
基本产品，导出产品，字符产品。
基本和导出产品包括降雨量、风和风切变、龙卷风、中尺度气旋、雷暴、冰雹等天气信息。
许多气象产品可以以日常产品集的方式自动请求得到。
用户还可以对产品库中的产品进行注释。
1-1.1.2.1基本产品
基本产品由反射率、平均径向速度以及谱宽度组成。
RDA进行距离退模糊，对系统偏差进行标定。
RPG在生成基本产品之前进行速度退模糊。
基本产品具有不同的分辨率。
1-1.1.2.2导出产品
导出产品是通过RPG程序中的气象、水文和显示处理算法，对基数据进行处理得到的。
导出产品包括反射率、回波顶和风切变和等值线，还包括风暴质心轨迹、中尺度气旋、龙卷风旋涡特征（TVS）以及已识别的或可能的冰雹位置。
允许对导出产品，如冰雹、龙卷风旋涡特征和中尺度气旋等现象，设置报警门限。
当满足报警条件的天气现象发生时，系统可以生成相应的气象产品并在显示器上显示，同时通过PUP计算机产生的音响警报。
1-1.1.2.3字符产品
字符产品为用户提供处理过的雷达数据，由文本信息和编码组成。
字符产品可在显示器上显示，或用打印机打印输出。
1-1.1.3用户
CINRAD/CA气象产品的用户可显示那些选定的当前或档案产品，对产品进行注解并进一步分配产品。
1-1.2系统子系统简介
基本CINRAD/CA雷达系统由五个子系统组成：
∙雷达数据采集（RDA）子系统
∙通信（WNC）子系统
∙雷达产品生成（RPG）子系统
∙主用户处理（PUP）子系统
∙附属安装设备（RPIE）子系统
1-1.2.1雷达数据采集（RDA）子系统
RDA子系统是多普勒雷达分系统之一，它产生并发射射频脉冲，然后获取并处理反射的射频信号，得到雷达基数据，并传输到RPG子系统。
基数据包括反射率、平均径向速度和速度谱宽。
RDA是一个可无人值守连续工作的独立单元，包括雷达发射机、天线/天线座、伺服系统、雷达接收机、信号处理器和RDA计算机等。
RDA计算机执行信号处理、地面杂波抑制、数据获取、伺服控制、状态监控、故障检测、本地控制和性能数据显示、自动标定以及与雷达工作相关的存档功能。
天线/天线座装在雷达塔顶部的天线罩内，其它RDA设备一般在雷达设备机房内。
1-1.2.2通信子系统（WNC）
通信子系统（WNC）在RDA与RPG、RPG与PUP之间实现基数据、雷达状态、控制命令和气象产品数据的传输。
1-1.2.3RPG子系统
通信子系统（WNC）从RDA接收基数据，并对接收到的数据进行处理，生成基本产品（反射率、平均径向速度和速度谱宽）。
RPG利用其算法对这些数据做进一步处理，生成众多导出的气象产品。
将得到的产品通过窄带通信链路传给PUP。
RPG同时可以以远程方式对雷达系统进行监控，完成RDASC中的监控功能。
RPG还用于系统测试、故障检测，以及本地产品选择、生成和分配控制。
1-1.2.4PUP子系统
PUP子系统从RPG接收基本气象产品和导出气象产品，用户可进行产品的请求、显示、存储、注释和分配。
PUP计算机一般包括一台高分辨率彩色图象监视器和一台主机。
1-1.2.5附属安装设备（RPIE）子系统
附属安装设备（RPIE）子系统由设备房（发电机等设备）、水泥平台、天线罩以及辅助设备组成。
辅助设备包括：
配电（包括备用发电）和照明、加热、通风和空调、防火探测与灭火以及保安与状态监视。
1-1.3操作
CINRAD/CA系统完全由程序控制。
1-1.3.1程序控制
CINRAD/CA系统控制核心是一系列互联在一起的计算机/处理器，将用户的请求转换成雷达控制指令；从雷达回波中获取基本气象数据，并将这些数据转换成气象产品进行显示。
CINRAD/CA由下列计算机/处理器组成。
1-1.3.1.1硬件信号处理器（HSP）
HSP从雷达接收机接收数字视频数据，并按逐个距离单元使I和Q数据同步。
HSP安装在RDA计算机内。
1-1.3.1.2可编程信号处理器（PSP）
可编程信号处理器从HSP接收数字雷达数据，对杂波进行滤波，生成基数据，并进行距离退模糊。
PSP安装在RDA计算机内。
1-1.3.1.3RDASC程序
运行于RDA计算机中的RDASC程序控制天线定位、监测发射机、接收机、HSP和PSP状态，还对PSP接收的基数据格式化，并控制宽带通信链路与RPG交换数据。
1-1.3.1.4RPG程序
运行于RPG计算机中的RPG程序，接收RDA基数据，处理后而生成基本产品和导出产品，并按要求将这些产品传输给PUP。
RPG程序还对RDA进行遥控并监视系统状态。
1-1.3.1.5PUP程序
运行于PUP计算机中的PUP程序，接收RPG生成的气象产品，并可对指定的气象产品进行编辑、注释、显示和存档。
1-1.3.2用户控制
用户可以通过计算机实现控制功能。
这些计算机是：
1-1.3.2.1RDA计算机
RDA计算机位于RDA机柜中，可用来设置、控制和监
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