常规天气雷达功能规格需求书C波段中国气象局.docx

1、常规天气雷达功能规格需求书C波段中国气象局常规天气雷达功能规格需求书C波段-中国气象局常规天气雷达功能规格需求书（C波段）中国气象局二一一年七月1.前言本功能规格需求书对C波段常规天气雷达的基本功能和性能指标提出需求，为其研制、生产和使用提供依据。2.功能要求2.1总体功能要求C波段常规天气雷达对中小尺度风暴、冰雹暴雨、强对流天气等灾害性天气具有实时监测能力，生成的各种气象产品数据可通过网络实现数据传输。C波段常规天气雷达基本由天线/伺服系统、发射机、接收机、信号处理器、系统控制软件、气象产品软件及通讯部分6个部分组成，具有自检、标校以及故障显示的能力。C波段常规天气雷达系统包括雷达主机和远程

2、遥控终端两大部分。雷达系统要具有高性能的探测、信号处理、图像显示及传输能力。各分系统要求性能稳定、可靠，整体性能和功能除要满足雷达系统的配置要求外，还应满足如下要求：（1）雷达主机设备采用标准化、模块化、通用化组件。各子系统相对独立，整机性能要稳定、可靠。（2）天线反射体具有增益高，波束窄、旁瓣低的特性。（3）发射机具有发射频率稳定、功率稳定、可靠性高、使用寿命长的特性。（4）天线罩具有防水、防风沙、防盐雾等性能，抗风能力不低于45m/s，。（5）采用计算机控制的全自动和手动模式。（6）具备故障显示功能，发射机、接收机预留检测接口，为雷达维护提供方便。（7）数据处理与图像显示能满足准实时的需求

3、，图像分辨率高。PPI、RHI及体积扫描达到同步跟随天线进行图像显示。（8）雷达系统在100千米处的最小反射率因子不大于10dBZ。2.2天线/馈线/伺服系统功能天线/馈线系统由天线和馈线两部分组成。天线是旋转抛物面反射体，直径不大于3.7m；馈线由方位铰链、俯仰铰链和波导组成，用于传输分配发射和接收信号。天线伺服系统采用交流数字伺服系统，各种扫描方式均由软件控制完成。2.3发射机功能发射机采用脉冲发射体制，主要由高压电源、调制器、磁控管组成，用于产生大功率的脉冲射频能量。发射机采用固态调制器和发射管组合方式。发射管输出的微波功率信号通过波导、环流器、波导铰链送入馈源，由圆抛物面天线向空间辐射

4、，接收雷达监控单元的控制指令，完成对发射机的各种控制。2.4接收机功能接收机分为高频和中频两部分。高频模块将射频信号变成中频信号，中频模块完成中频信号的采样和中频处理，将强度信息传送至信号处理器。2.5信号处理器功能信号处理器是基于DSP的模块，信号处理模块根据终端指令选择处理方式，将处理结果通过接口送给雷达终端。信号处理器应是高度集成的智能型信号处理器，它将接收到的雷达子系统输出强度信号进行积分处理。同时，信号处理器提供全机时钟信号，同步整个系统的运行；并向数据处理与显示子系统提供数字化的方位角、仰角、强度数据和时间信息。雷达信号处理对信号强度的估算，在距离上采用按库累积平均，在方位角上采用

5、累积平均，综合距离平均和方位角平均，其有效平均次数超过32次，对信号强度的估算精度优于1dB。2.6监控单元功能监控单元主要负责全机工作状态的监视和控制，具有自保和故障显示的能力，同时具有回波强度定标功能。发射机监控保护电路应保证发射机出现故障时，保护电路应立即切断高压，高压电源连锁，确保高频大功率器件安全。2.7显示终端功能显示终端主要负责接收基本数据并产生各种气象产品，将原始数据和各种数据产品以数据文件的形式存档。对雷达系统所产生的气象产品数据和状态信息，进行图象处理和显示处理，并用图形、图像方式提供给有关人员，作天气现象分析和预报使用。显示终端应具备远程数据传输接口。3.技术指标3.1总

6、体技术指标C波段常规天气雷达总体技术指标包括：探测空间范围、气象要素测量范围、测量准确度（RMS）、工作环境、交流电网供电等。具体技术指标见表1。表1 总体技术指标项目技术指标工作频率5300-5500MHz探测范围400km定量估测范围200km方位角扫描范围0360仰角扫描范围1+90测高范围0-20km探测精度（均方误差）距离50m方位角0.3仰角0.3测高200m(R100km) / 300m(R100km) 强度1dB（32次积累）输出参数反射率(dBZ) 强度测量范围-5+70dBZ电源要求三相五线制交流380V10%，50Hz2%工作环境条件工作温度室外装置：-40+50室内装置

7、：0+40最大湿度室外装置：小于95%（30时）室内装置：小于90%（30时）抗干扰电源干扰、电磁干扰、无线电频率干扰其他防水、防霉、防盐雾平均无故障时间（MTBF）300h平均故障修复时间（MTTR）整机功耗6kW（不含空调）连续工作时间不小于12小时微波辐射安全性雷达机房和终端操作室微波漏能功率密度应符合微波辐射安全限值（GJB 7-84）的要求，工作机柜外无有害辐射。安全标记雷达高压部位、微波泄漏部位、机械转动部位应有清晰、醒目的安全警示标记。互换性雷达备份零件、部件、组件和功能单元均能在现场更换，无需调整而正常工作。电磁兼容性雷达应具有市电滤波和防电磁干扰的能力，设置静电屏蔽、磁屏蔽、

8、电磁屏蔽，模拟地线、数字地线和安全地线严格分开。安全性雷达应有安全性设计,确保雷达按规定条件进行制造、安装、运输、贮存、使用和维护时的人身安全和设备安全。绝缘性雷达各初级电源与大地间绝缘电阻应大于20M。工作高度海拔不高于3000m外观质量雷达整体外观应协调一致。外表面应无凹痕、碰伤、裂痕和变形等缺陷；镀涂层无起泡、龟裂和脱落现象；金属零件无锈蚀、毛刺及其它机械损伤。标记与代号机柜、机箱、插件和线缆等应有统一的编号和标记，符合国家标准。印制板、主要元器件等应在相应位置印有与电路图中项目代号相符的标记。标记的文字、字母和符号应完整、规范、清晰、牢固，且便于识读。工作噪声发射机房噪声不大于85dB

9、。终端操作室噪声不大于65dB。天线/馈线/伺服系统技术指标天线/馈线/伺服系统的技术指标包括：工作频率、天线直径、角度分辨率、承受功率、抗风能力等。具体技术指标见表2。表2 天馈/馈线/伺服系统技术指标项目技术指标天线频率5300-5500MHz（中心工作频率540015MHz）直径或3m波束宽度1.2（直径）；1.5（直径3m）增益40dB（直径）；38dB（直径3m）主瓣和副瓣主瓣和副瓣要求基本对称，第一副瓣-25dB（直径）/-23dB（直径3m）抗风能力（阵风）不加天线罩：8级风能工作，10级风不受损坏加天线罩：45m/s馈线馈线损耗（发射机口到喇叭口）2.5dB（单程）极化方式线性

10、水平极化承受最大脉冲功率250kW驻波比伺服控制天线扫描方式PPI、RHI、体扫、扇扫、定点天线扫描范围PPI 0360连续扫描RHI -0.530往返扫描天线扫描速度方位：04 rpm俯仰：02 rpm天线控制方式预置全自动、人工干预自动/手动控制天线定位精度方位0.2；仰角0.2天线控制精度方位0.1；仰角0.1天线控制字长14位角码数字字长14位天线安全与保护天线在方位、俯仰机构上应有电气、机械安全设施，以保护天线在工作与运输过程中的安全。天线座应设置安全开关；方位、俯仰控制应有保护电路；天线在俯仰角最低和最高处应有机械安全开关，保证天线上仰不超过最高限位，下俯不低于最低限位。发射机技术

11、指标发射机技术指标主要包括工作频率、脉冲峰值功率、脉冲宽度、脉冲重复频率等，具体技术指标见表3。表3 发射机技术指标项目技术指标工作频率540015MHz脉冲峰值功率250kW发射脉冲宽度脉冲重复频率200Hz发射管寿命1000h(同轴磁控管)接收机技术指标接收机技术指标主要包括动态范围、自动频率调整、数字中频技术、实时显控终端的数据通讯等。具体技术指标见表4。表4 接收机技术指标项目技术指标接收通道数单通道中频带宽线性动态范围80dB最小可测功率（灵敏度）107dBm数字中频接收机A/D变换位数14位信号处理器技术指标信号处理器技术指标见表5。表5 信号处理器技术指标项目性能指标方位采样率0

12、.35仰角采样率0.175库内算术平均次数4次方位累积平均次数8、16、32、64可选强度估算精度1dB显示终端技术要求显示终端应具有方便灵活的程序控制，最佳动态显示效果，系统网络化通讯和管理等。通过雷达运行操控窗口、雷达信号参量设定窗口和实时回波图像显示窗口及窗口上的控键实现全机的显示和控制功能。实时显示雷达工作状态，实时显示雷达回波图像等一次气象产品，显示二次气象产品和历史资料等。软件设计应符合国家标准，软件结构应便于修改升级与维护，各子程序之间、模块之间和程序单元之间的依赖关系应减少到最低限度。气象产品显示基本数据产品显示平面位置显示（PPI）距离高度显示（RHI）等高PPI显示（CAP

13、PI）任意垂直剖面显示（VCS）物理量产品显示回波顶高分布显示（ETPPI）回波底高分布显示（EBPPI）图形处理多层图形显示（同时显示多个CAPPI）回波演变显示多画面显示动画显示图形放大图形存贮游标引导（通过游标录取并显示游标所在点的方位、高度、距离、回波强度、经纬度等数据）雷达系统管理和控制软件雷达系统控制软件雷达故障显示软件雷达标校软件网络通信软件数据管理软件定标曲线显示软件4.结构设计总体结构设计C波段常规天气雷达结构由天线/馈线/转台、发射机、接收机、伺服控制、信号处理、雷达终端等6大部分组成。C波段常规天气雷达系统主要由天馈分系统、发射分系统、接收分系统、信号处理分系统、伺服分系

14、统、数据处理与显示分系统、监控分系统和电源分系统等组成。整个雷达系统分成三个部分，第一为天馈转台，安装于建筑物顶部，以保证在雷达的主要观测方向上无阻挡，其它方向上水平或垂直遮蔽角不大于0.5，主要设备包括安置天线、馈源、转台等；第二为工作室，主要包括发射机、接收机、信号处理、伺服分系统、电源分系统；第三为监控分系统、终端分系统。为防止雷击，必须架设有效的避雷系统、防雷装置和防静电装置。天线：由反射体、馈源支架和部分馈线元件组成。天线座（转台）：用于天线的支承、传动和定位，按照伺服控制分系统的指令驱动天线作方位俯仰双自由度运动，搜索并精确确定目标的位置。机柜：要求尽量紧凑，合理，电磁兼容性好。天线/馈线结构设计天线采用旋转抛物面、中心馈电方式设计。采用旋转平台完成水平360度扫描，俯仰扫描基于底座基础的设计。发射机/接收机/信号处理器结构设计采用标准机柜，抽屉式分机设计，便于维修和故障诊断，有利于最小可更换单元的更换。采用风扇进行机柜排风，降低设备的工作温度。磁控管采用风冷方式进行冷却。接收机采用标准模块化设计，信号处理器由超大规模集成电路的信号处理芯片组成。采用高速A/D完成中频信号从模拟到数