天气雷达天线座水平度4方位检测法

天气雷达天线座水平度4方位检测法

张维全;张岳;李洋;赵姝慧;袁健;张晋广;万绪江

【摘要】Approaching from rigorously intensive and precise mathematical derivation,a theoretical mathematical model was established,namely,the precise value of horizontality of antenna pedestals ought to be obtained by means of the adoption of mathematical method with only 4-azimuth measuring readings of horizontality of antenna pedestals.Accurately,the model will provide the values of horizontality of antenna pedestals,the slant angle of the antenna azimuth-scanning axis,and the revised value of elevation angle,which could be used to adjust the reading of elevation pared with the prevailing measuring process and method of readings for horizontality of an-tenna pedestals,the 4-azimuth measuring readings of horizontality of antenna pedestals cost much less manual time,while most workload which the inspector used to have done in the indoor lab or on the antenna platform of the antenna dome was accomplished automatically by computer,and such workload increases markedly.%经过严格的数学推演，推导出仅需4个方位的天线座水平度检测数据即可通过数学处理获取准确的天线座水平度的数学理论模型。运用建立的数学模型处理4个方位的检测数据，可以计算天线座水平度倾斜角、天线方位旋转轴倾斜方位及可供仰角读数校准的仰角读数“真值”。与目前普遍采用的天线座水平度检测过程及数据处理方法相比，4方位检测法显著减少检测人员在天线罩内天线平台上的工作量及室内人工手动处理的工作量，而需要计算机软件自动完成的工作量明显增加。

【期刊名称】《气象与环境学报》

【年(卷),期】2015(000)003

【总页数】4页(P109-112)

【关键词】数学推演;天线座;水平度;4方位检测法

【作者】张维全;张岳;李洋;赵姝慧;袁健;张晋广;万绪江

【作者单位】辽宁省人工影响天气办公室，辽宁沈阳 110166;沈阳中心气象台，

辽宁沈阳 110166; 南京信息工程大学大气物理学院，江苏南京210044;辽宁省人工影响天气办公室，辽宁沈阳 110166;辽宁省人工影响天气办公室，辽宁沈阳110166;辽宁省人工影响天气办公室，辽宁沈阳 110166;辽宁省人工影响天气办

公室，辽宁沈阳 110166;辽宁省人工影响天气办公室，辽宁沈阳 110166

【正文语种】中文

【中图分类】TN959

天气雷达天线座的水平度直接影响天气雷达对气象目标探测定位的准确程度。中国气象局下发的新一代天气雷达观测规范把天气雷达天线座水平度的检测明确列为“月维护”的项目之一，以保证天线座的水平误差保持在60″的允许范围内。显然，天线座水平度的检测方法与数学处理过程满足“科学合理、简便实用、结果精确”的要求是十分必要的。目前，中国天气雷达站对天线座水平度的检测主要使用气泡合像式水平仪（气泡水平仪分为“合像式”和“条式”两种，后者精度较差，国内雷达站已不常用；而“数字式电子水平仪”在国内各天气雷达站尚未普遍配备和使用）作为检测工具，采用“8方位读数”方法进行天线座水平度的实际检测［1］。采用“筛选式直读检测法”时，为了保证检测结果的可信度，检测时要求具备3

个必要条件：确保水平仪近期经过检定，以保证读数准确无误；在检测读数前，必须将雷达天线的机械轴方向准确调节到与方位旋转轴线垂直的位置，以保证测试平台基准面与天线水平转台基准面平行，使安装在测试平台基准面上的水平仪底板的仰角与天线转台同方向的仰角数值相等；天线罩内的环境温度与水平仪检定的环境温度基本相等。这是由于气泡合像式水平仪的水平信息感应部分对温度的变化较敏感，因此读数受环境温度的影响较大，易引起读数的偏差。基层天气雷达站进行天线座水平度检测时，同时具备上述3个必要条件的可能性较小，因此在基层天气雷达站对天线座水平度进行检测时，检测结果的随机性较大，准确度较低。针对上述问题，张维全等［2－3］提出了天线座水平度检测的改进方法，改进后虽然在检测步骤和数学处理方法等方面均有较多合理的改进，对天线座水平度检测的准确度有所提高，但由于涉及的读数方位较多，数学处理方面需使用“拟合”的方法确定天线座水平度及其倾斜方位，数学理论模型不够严谨，检测处理过程比较繁琐，处理结果不理想，准确度还需进一步的提高。因此有必要对天气雷达天线座水平度的检测方法进行进一步的改进，本文以严格的数学分析为基础，提出仅使用4方位检测读数即可精确计算天气雷达天线座水平度的新方法。

张维全等［4］运用矢量分析法进行严格的数学推导（具体推导过程见文献［4］），获取天线座水平度Δ0、仰角“理想读数真值”B（待求变量，指的是天线机械轴方向与方位旋转轴方向夹角的余角，除非仰角读数已正确标校完毕，否则B的实际数值与雷达终端显示的仰角读数不一定相等）、方位读数A和天线座倾斜方位读数A0等（方位读数A和倾斜方位读数A0允许包含待修正的“系统偏差”，对Δ0的计算结果无影响）4个变量与对应的仰角β的约束方程为：

由式（1）可以推导出β｜A＝A0＋180°－β｜A＝A0＝（B＋Δ0）－（B－Δ0）＝2Δ0，即无论仰角读数β的数值是多少（需满足B＋Δ0＜90°），背离方位上（读数为A0＋180°）与倾斜方位上（读数为A0）的仰角检测数值之差，均恰好