科技成果——人工影响天气地基、机载监测装备

科技成果——人工影响天气地基、机载监测装备
技术开发单位
中国兵器科学研究院
适用范围
人工影响天气、大气探测等
成果简介
本成果包括MWP967KV型地基多通道微波辐射计（以下简称辐射计）、XDP937S双偏振多普勒天气雷达（以下简称双偏振雷达）和ZBT-LC-01型机载激光云粒子探测仪（以下简称云粒子探测仪）三套仪器。

微波辐射计具备温度及湿度多通道复合大气微波辐射接收能力，自动化实时计算顶空大气温度、湿度、云水分布以及水汽、液态水含量等多种大气参数，同时还能监测工作现场的温度、湿度、气压、降水等气象要素以及设备工作状态信息，并采用全中文、图形化综合处理终端实时记录、显示和回放。

双偏振雷达不但能够像常规多普勒天气雷达一样观测到云的强度、速度、谱宽数据，还具备独特的双偏振功能，可准确识别出云中粒子相态，例如雨、雪、冰雹粒子等，从而可以准确定位作业点，提高人工影响天气的作业效率。

云粒子探测仪采用脉冲激光探测原理，利用粒子对激光的米氏前向散射，实现对粒子大小和分布的测量。

工作时，云粒子在探测区域内穿过激光发生散射，散射光被引导到两个相互垂直放置的探测器中进行对比探测。

根据散射功率，可以计算出云粒子的大小，并实现云粒子尺度分布统计。

技术特点
（1）通过设计偏馈抛物反射面、圆波纹馈源分离的框架结构，成功研制了小型化宽带双毫米波段复合天线组件，在国内首次实现了单机一体化综合探测大气温度、水汽、云水辐射信号的多通道微波辐射计：采用BP神经网络方法，结合历史探空资料构造BP神经网络训练样本集，进行循环神经网络训练并获得能够反演大气廓线系数矩阵，实现大气辐射亮温反演大气参数算法，使辐射计具备实时探测大气温湿度廓线和液态水的能力；
（2）创新了绝对标定和相对标定相结合的多重复合标定方法，在国内首次实现毫米波宽带双频段多通道微波辐射计实时自动高精度标定；
（3）利用独立发射信号处理通道，实时监测和补偿发射脉冲的功率和相位波动，并通过采用多阶调频函数多项式计算法设计超低距离副瓣（小于-60dB）非线性调频脉冲，在气象反射率梯度变化较大的区域仍实现较好的测量精度，使小功率固态发射技术在国内首次得以实现；
（4）使用相位编码解距离二次模糊时，将不希望的多次回波处理成噪声，再通过二次滤波将回波噪声滤除，保持了系统噪声稳定和测量信号的稳定与精确，使国内双偏振气象雷达的监测精度达到国际先进水平；
（5）采用耦合半导体激光器为光源，非球面镜整形技术，显微成像光学方式优化景深，并利用正交比对技术进行景深限定，保证了系统的分辨率和测量精度；
（6）采用阈值限定、脉冲波重构的数据处理方法，保证了高空、高速环境下数据处理的实时性和准确性：采用自动温控高透光率窗口导热膜技术实现除防冰装置，既降低了功耗，又简化了结构。

主要技术指标
1、微波辐射计
频段：22-30GHz，51-59GHz，大气探测通道：35通道，探测大气要素：温度、湿度廓线、液态水含量，大气探测范围：天顶方向对流云，亮温分辨率：0.1-1K，亮温测量精度：0.5K。

2、双偏振雷达
工作频率：9370MHz，波束宽度：1°，天线副瓣：≤-27dB，极化隔离度：35dB，极化方向图差异：20dB以内＜0.1°，发射脉冲峰值功率：200W，脉冲压缩距离副瓣：＜-50dB。

3、云粒子探测仪
粒子尺寸范围：2-50μm，景深：≤3mm，光束宽度：≤0.3mm，功能：探测粒子分布、计算相应参数，功耗：≤200W，工作空速范围：10-200m/s，温度：-40到40℃，高度：0-6000m，湿度：0-100%效益分析
大气观测及天气监测装备可为现代气象探测和人工影响天气提供精细的大气结构数据，对于人工影响天气作业效率的提升和大气物理的精细化研究非常必要。

但是我国一直没有突破核心技术，因此自从本世纪初美国率先研制成功、形成产品以来，我国人工影响天气和研究机构都急切的想拥有这样的装备。

尽管国家有关管理部门严格限
制进口，近年来各研究机构仍然以各种名义进口了数十部整机，并且呈现不断扩大的态势。

单纯依赖进口，不但成本高，不利于设备维护、功能升级以及业务推广应用，并且还会对国家气象安全产生不利影响。

人工影响天气地基、机载监测装备的成功研制，打破了国外对高端气象探测装备仪器在我国长期垄断的局面，已经迫使其价格在近两年来主动下调近百万元，可见这项工作帮助我国气象行业大幅降低了装备采购成本，产生了显著的经济效益和社会效益。

应用情况
该项目的产品于2012年开始陆续在北京、吉林、河北、上海、云南、新疆等地气象行业开始了业务化应用，并在军方试验基地得到了应用，用户反应良好，创造了较好的经济和社会效益。