民用机场多普勒天气雷达接收机测试技术探讨

恩瑞特空管二次雷达接收机灵敏度测量方法分析摘要：随着民航设备国产化程度的不断深入，各地区空管已经逐步采用国产雷达，其中以恩瑞特雷达为代表。

本文以恩瑞特二次雷达为例，对比分析新型号雷达的设计特点、设备测试遇到的问题，进行多种灵敏度的测量方法分析。

关键词：灵敏度，二次雷达引言灵敏度是衡量接收机检测微小信号能力的重要指标。

民航技术规范中对灵敏度的衡量是通过测量切线灵敏度完成的。

按照规范，切线灵敏度是通过在示波器上观察接收机的视频输出，使用一个脉冲信号将观察到的噪声幅度升高，升高的高度和这个脉冲的自身高度相同时的输入信号强度。

规范给出的不仅是指标，也包含了对该指标的测量方法：使用示波器观察视频输出。

因此只适用于有视频输出的雷达。

恩瑞特二次雷达接收机与其他型号雷达有所不同，未在中频后接入对数放大器，经过对数放大后输出logIF视频，而是直接中频AD采样。

随着AD采样技术的发展，采样率不断提高，未来会有更多的雷达采用该模式。

由于设计的区别，按照民航规范所描述的测量方法，没有视频输出，就没有办法测量切线灵敏度。

根据恩瑞特巡检作业指导书，有以下两种测量接收机灵敏度的方法：方法一：按照图1进行连接。

通过噪声系数测试，获得接收机的噪声系数；按下列公式计算接收机灵敏度：其中Simin为灵敏度(单位dBm);Bn为接收机带宽（9MHz）;F0为接收机噪声系数。

计算得到到灵敏度为：-97.807dBm.方法二：按照图2进行连接。

使用频谱仪测量背景噪声值；打开信号源信号输出开关，逐步增加信号源输出至频谱仪上中频信号数值大于背景噪声12dBm为止，此时信号源输出功率即输入信号为接收机灵敏度：-106dBm（RBW100kHz）方法三：用信号源产生调制脉冲，同时在接收机输出端接频谱仪，测试连接如图3所示。

频谱仪采用0 SPAN功能，频率设为60MHz，单位为电压，检测方式为峰值；设置marker1标记背景噪声顶部，marker2标记脉冲噪声底部，打开marker table。

多普勒雷达在航空气象服务中的应
用
多普勒雷达（Doppler radar）是一种高精度的雷达技术，
利用多普勒效应可以测量目标的相对速度。

在航空气象服务中，多普勒雷达可以被广泛应用于如下场景：
1. 检测和监测风切变
风切变是一种突然的气象现象，会导致飞机在飞行中的速度、高度、姿态等方面出现突然的变化，从而影响飞行安全。

多普勒雷达可以探测到风切变发生的地方，提前几分钟向飞行员提供警报和飞行建议，帮助他们避免危险。

2. 检测和监测降雨、雷暴等天气现象
多普勒雷达可以检测和监测降雨、雷暴等天气现象，提供更加精确的定量和定性预报结果。

在航空领域中，多普勒雷达可以协助飞行员选择更为安全的航路以及飞行高度，从而大幅降低事故风险。

3. 优化航班管理
多普勒雷达可以对大面积气象现象进行远程监测和跟踪，可以帮助航空公司进行航班管理和计划，并及时调整飞机航线和航速，避开天气不利区域，提高旅客舒适度和航班效率，降低航空公司的运营成本。

4. 参与空中交通管制
多普勒雷达可以在空中交通管制中发挥关键作用。

飞行员会根据多普勒雷达提供的气象信息选择更合适、更安全的航线和飞行高度，而管制人员则可以通过多普勒雷达提供的气象数据为飞行员提供降落和起飞时机的建议，以保障航班安全和准时性。

总之，多普勒雷达在航空气象服务中具有重要的应用意义。

它可以提供更加精准和知识的气象信息，为飞行员和管制人员提供详细的数据分析和预测，在保障航班安全、提高飞行效率和节约运营成本等方面发挥着重要的作用。

机场空中交通管制雷达站雷达遮蔽角测量技术探讨利用GPS和高精度全站仪测定雷达站遮蔽角。

标签：雷达站GPS 全站仪空管雷达（空中交通管制雷达），也叫做空管雷达信标系统（ATCRBS：Air Traffic Control Radar Beacon System）。

它最初是在空战中为了使雷达分辨出敌我双方的飞机而发展的敌我识别系统，当把这个系统的基本原理和部件经过发展后用于民航的空中交通管制后，就成了空管雷达系统。

管制员从雷达上很容易知道飞机的编号、高度、方向等参数，使雷达由监视的工具变为空中管制的手段。

1空管雷达站雷达遮蔽角的定义从雷达天线中心点和该点所在水平面向上算起的雷达电波信号被地形地物遮挡的垂直张角。

也就是在同一铅垂面内，观测视线与水平线之间的夹角，又称垂直角（倾角），其角值范围为0-±90°。

视线在水平线的上方，垂直角称为仰角；视线在水平线下方，垂直角称为俯角，雷达遮蔽角测量只取仰角。

2雷达遮蔽角测量的意义雷达遮蔽角的测绘可以了解监控雷达波覆盖的范围和未被监控雷达波覆盖的范围；掌握在监控雷达波覆盖范围内所有航空器的精确位置，因此能大大减小航空器之间的间隔，使空中管制工作变的主动，管制人员由被动指挥转为主动指挥，提高空中交通管制的安全性、有序性、高效性。

所以要定期测定雷达站的遮蔽角，保证监测雷达波的信号顺畅，不受周围建筑物的影响。

3雷达遮蔽角测量的实施3.1雷达站的高精度定位测量由于雷达站需要高精度的定位，雷达遮蔽角环视图为真北方向，所有定位测量成果必须与国家控制成果进行联测。

GPS的高效、快捷、高精度可以在雷达站定位中发挥作用；可采用美国产天宝（Trimble）R8型双频GPS接收机，其平面定位精度静态时平面为3mm+0.1ppm，垂直为3.5mm+0.4ppm。

采用静态观测模式进行观测，观测时联测不少于3个国家控制点，并利用高精度全站仪进行观测点的边长测定。

GPS观测边长与全站仪观测边长进行比对，检验GPS观测精度。

雷达技术在军事与民用领域的应用分析雷达技术是一种利用电磁波进行探测与测量的技术，其在各个领域的应用也日趋广泛。

在军事领域中，雷达技术主要用于目标探测与跟踪、导弹预警、机场飞行管制等领域；在民用领域中，雷达技术已经应用于天气预报、交通运输、安防监控等众多领域。

本文将从技术原理、军事应用和民用应用分析雷达技术的应用现状和未来发展趋势。

一、雷达技术的原理雷达技术的基本原理是利用电磁波进行探测和测量，其中探测目标的原理是将雷达发射机发射的电磁波照射到目标上，然后接收目标返回的电磁波，并对接收到的信号进行处理，以确定目标的位置、速度等参数。

雷达技术主要包含以下基本单元：发射器、天线、接收器和信号处理器。

其中天线是最关键的部分，它既可用于发射信号，也可用于接收信号。

对于目标的探测和测量，雷达技术还可以利用雷射测距技术和频率多普勒测速技术。

二、雷达技术在军事领域中的应用在军事领域中，雷达技术是一种非常重要的战略资源。

目前，雷达技术已经广泛应用于军事领域中的目标探测与跟踪、导弹预警和机场飞行管制等领域。

1、目标探测与跟踪雷达技术被广泛应用于目标探测和跟踪领域，其中包括飞机、坦克、舰艇等目标的探测与跟踪，以及目标的分类和识别。

雷达技术的高精度和快速反应速度，使得其在敌对情况下的情报获得和作战指挥中起着至关重要的作用。

2、导弹预警雷达技术在导弹预警领域中的应用也与日俱增，其主要使用频率是X波段和VHF波段。

通过对来自敌方的导弹发射的预警和提供轨迹数据，雷达技术可以为国家提供有效的安全防御。

3、机场飞行管制雷达技术在机场飞行管制领域中也得到了广泛应用。

雷达技术可以用于机场飞行基础设施的安全监测和飞行管制，可以精确测量飞行器的轨迹和位置，为飞行器提供更安全的监管和保护。

三、雷达技术在民用领域中的应用雷达技术在民用领域中的应用也越来越广泛。

目前，雷达技术已经成功应用于天气预报、交通运输、安防监控等众多领域。

1、天气预报雷达技术在天气预报领域中得到了广泛应用。

中国民用航空局空管行业管理办公室编 号：AP-117-TM-2012-02部门代号：TM日 期：2012年11月5日关于下发《民用机场多普勒天气雷达系统技术规范》的通知民航各地区管理局、监管局，各地区空管局、空管分局（站），各机场公司,各运输（通用）航空公司，飞行学院：为了规范民用机场多普勒天气雷达的建设和运行，我办组织制定了《民用机场多普勒天气雷达系统技术规范》，现下发你们，请遵照执行。

民航局空管办二〇一二年十一月五日1目 录第一章总则 (3)第二章系统构成 (3)第三章总体要求 (3)第四章系统功能 (4)第一节一般规定 (4)第二节产品 (5)第三节显示 (7)第五章系统性能 (7)第一节整体性能 (7)第二节各子系统性能 (8)第六章环境适应性 (11)第七章附则 (12)附录一天气雷达图像回波强度彩色色标 (13)附录二雷达生成数据及产品文件格式 (14)2民用机场多普勒天气雷达系统技术规范第一章总则第一条为了规范民用机场多普勒天气雷达系统的建设和运行，依据《中国民用航空气象工作规则》制定本技术规范。

第二条本规范适用于中华人民共和国境内民用机场和军民合用机场民用部分（以下简称民用机场）机场多普勒天气雷达系统的建设和运行。

第三条民用机场多普勒天气雷达系统的构成、总体要求、功能、性能和环境适应性等技术要求应当符合本规范。

第二章系统构成第四条多普勒天气雷达系统主要由天线罩、天线、伺服驱动、发射机、接收机、信号处理器、内设监控、数据处理、数据传输、用户终端、供配电、防雷设施等硬件和相关的系统软件、应用软件构成。

第五条多普勒天气雷达系统按照工作频段分为X波段、C波段和S波段三种。

第六条多普勒天气雷达系统用户终端包括：预报用户终端、其它用户终端（包括观测用户、空中交通服务部门、机场运行管理部门和航空运营人等用户）和系统监控终端等。

第三章总体要求第七条多普勒天气雷达系统应当采用全相干体制。

第八条多普勒天气雷达系统天线罩应当采用刚性结构，应当具有良好的抗风、防水、防潮、防腐蚀能力，应当具有良好的罩内通风及便于维护的照明环境。

第十四章多普勒天气雷达知识第一节引言RADAR（Radio Detection and Ranging）是一个利用电磁波进行探测、定位的仪器。

最早用于军事目的，后来在气象部门也逐渐得到使用。

它具有准确、客观和实时的特点。

近年来，多普勒雷达的技术也逐渐成熟，它除了保持常规天气雷达的特点外，还通过计算频率（相位）的变化，提取风场的一些特征，因而更具有使用价值。

我国新一代天气雷达建设是我国20世纪末、21世纪初的一项跨世纪气象现代化工程。

我国新一代天气雷达组网的目标和原则是：在我国东部沿海和多强降水地区和四川盆地的大部分地区，布设S波段（波长10cm）新一代天气雷达；在我国强对流天气发生和活动比较频繁、经济比较发达的中部地区，布设C波段（波长5cm）新一代天气雷达；其它地区，即我国第一地形阶梯地域的青、新、藏等流域暂不布设全国组网的站点；但省（区）会所在地和重要地区根据气象服务工作的需要和可能，按统一业务布点要求设置新一代C波段天气雷达，作为局地监测和服务使用。

计划在全国部署158部新一代天气雷达。

图14-1为其中的126部的站点示意图。

截止到2005年5月份为止，已布设80余部新一代天气雷达。

图14－1我国新一代天气雷达网站新一代天气雷达将全部选用Ｓ和Ｃ两种波段，选取全相干体制，其主要探测和测量对象，包括降水、热带气旋、雷暴、中尺度气旋、湍流、龙卷、冰雹、融化层等，并具备一定的晴空回波的探测能力。

第二节多普勒天气雷达的基本工作原理粒子对电磁波作用的两种基本形式是散射和吸收。

气象目标对雷达电磁波的散射作用是雷达探测大气的基础。

当天气雷达间歇性地向空中发射电磁波（称为脉冲式电磁波）时，它以近于直线的路径和接近光波的速度在大气中传播，在传播的路径上，若遇到空气分子、大气气溶胶、云滴和雨滴等悬浮粒子时，入射电磁波会从这些粒子上向四面八方传播开来，这种现象称为散射。

粒子产生散射的原因是：粒子在入射电磁波的作用下被极化，感应出复杂的电荷分布和电流分布，它们也要以同样的频率发生变化，这种高频率变化的电荷分布和电流分布向外辐射的电磁波，就是散射波。

飞机雷达测试新规定和注意事项
（一）机场天气雷达近距离范围内应当无高大建筑、山脉遮蔽。

雷达主要探测方向，即天气系统的主要来向和走廊口方向的遮蔽物对天线俯仰的遮蔽角不得大于1°，其他方向的俯仰遮蔽角不得大于2°。

对水平张角不大于2°的孤立建筑物和50公里以外山脉可以适当放宽；
（二）机场天气雷达应当避免受到电磁干扰或者对其他设备造成干扰；
（三）以机场天气雷达探测盲区半径加200米为半径的区域不得覆盖跑道及其延长线2公里的区域；
（四）多普勒天气雷达天线架设高度不得高于跑道道面高度60米。

但是，如果近距离内有不可避让的高大建筑，应当作出评估并制定相应的措施；
（五）天气雷达位于塔台与跑道、滑行道或者连接通道之间的，其高度不能遮蔽塔台人员监视跑道、滑行道或者连接通道上飞机活动情况的视线；
（六）天气雷达的天线及雷达附属设施不得穿透仪表着陆系统（ILS）面；
（七）天气雷达频率和站址应当得到当地无线电管理机构的批准；。

图2 具有冷暖平流特征的多普勒雷达速度图
多普勒雷达探空得到基本速度图，根据速度图上的零速度线弯曲方向，可以判断高空冷暖平流高度，判断锋面位置，确定锋面是否过境等信息。

如图2，以雷达站为中心，零速度线先随高度顺转，之后再随高度逆转，可以分析出以速度转折点为分界，下方有暖平流，上方有冷平流。

有时冷暖平流交界很
图5 仅采取PID控制时的控制效果图
图6 加入史密思预估补偿后控制效果图
从图5和图6的对比可以看出，仅使用PID控制对系统进行
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度的扩散和高空风的动量下传。

图3 锋面过境时的多普勒雷达速度图
3，根据锋面前后高空风场的特征，结合多普勒雷达速度图像分析，零速度线后方为西北风，前方以多普勒零速度线为分界，分别为入流和出流的两种特征，此时根据零速度线的位置判断锋面正在过境，结合数值预报分析，从而可以用来判断地面天气和地面风等相关要素。

多普勒雷达的不足之处
多普勒雷达是根据多普勒原理而工作的：波源和物体相互接近时，接收到的频率升高；两者相互离开时，则降低。

多普勒雷达就是利用这种多普勒效应制造而成的一种脉冲雷达
故多普勒雷达只能测量物体相对雷达的法向速度而无法测量物。

民航机场天气雷达现状及应用需求分析民航青海空管分局 马伊清随着民航快速发展，机场天气雷达从最初的常规雷达发展到多普勒天气雷达、双偏振天气雷达、相控阵天气雷达，在北京新机场安装的正是相控阵气象雷达；在众多硬件探测技术更迭和产品更新中，作为信号数据源提供给预报员和驻场相关用户业务使用的天气雷达产品却缺乏多样性，明显不符合民航气象的业务规划需求，同时在高端硬件配置和探测性能方面存在一定的过剩和冗余。

青海机场属于高原机场，天气十分复杂，气候变化非常恶劣。

因此，关注和了解气象雷达的发展变得比较迫切。

本文通过对气象雷达现状和应用进行分析，对我局天气雷达的投入建设和实际应用提供部分参考意义。

1.民航机场天气雷达的现在目前，民航机场气象雷达主要使用的是强度、速度、谱宽等相关产品，各个站点上传提供用户的是单一仰角的PPI强度图。

而由于雷达在不同仰角的方位遮蔽角不同，因此在提供给用户使用产品时，如果选择低仰角，在部分方位上可能因为存在遮挡造成较高地方探测不到回波信息。

如果选高仰角，在雷达距离远处会探测不到低空相关区域的回波或因为充塞率偏低造成反射率偏弱。

针对此种现象，气象业务人员可以通过体扫方式查看不同高度回波，不影响预报工作。

而对管制人员和航空公司业务人员来讲，由于只能看到单一仰角，当机组反应某个高度有强回波时，管制员看到雷达图显示没有回波或很弱。

因此，开发相应的雷达产品成为未来发展方向。

天气雷达软硬件技术在近些年来有很大发展，主要有双极化相控阵气象雷达( DP-PAWR) 、相控阵气象雷达 ( PAWR) 和固态气象雷达(SSWR)等典型主要新型气象雷达。

其中DP-PAWR是最先进的双极化气象雷达，用于对气象进行快速、可靠观测，弥补目前单极化 PAWR的缺点，PAWR 是一种先进的气象雷达，适用于观测对流云高空时的分辨率。

这种雷达能在1 min 内进行全立体扫描，而传统抛物线天线雷达的扫描时间要超过5 min，而SSWR 配备的半导体发射机采用双极化能力，性能稳定，适用于精确降雨观测。