双偏振天气雷达旋转关节对差分反射率因子测量结果的影响

新 技 术 创 新 团 队 ，北 京 １０００８１；３北 京 敏视 达 雷 达 有 限公 司 ，北 京 １０００８５）
摘 要 旋 转 关 节 的质 量 在 很 大程 度 上 影 响 了 双 偏 振 天 气 雷 达 双 通 道 信 号 的一 致 性 ，由 于 现 实 生 产 Ｔ 艺 中 旋 转 关 节 在 结 构 上 的 不 对 称 ，造 成 双 偏 振 天 气 雷 达 差 分 反 射 率 因 子 （ｚ ）的 系 统 偏 差 随 方 位 角 和 俯 仰 角 发 生 变 化 ，极 大 地 影 响 了 利 用 雷 达 数 据 进 行 定 量 估 测 降 水 及 相 态 识 别 的精 度 。 文 章 利 用 南 京 信 息 Ｔ 程 大 学 ｃ波 段 双 偏 振 天 气 雷 达 机 内 信 号 源 的连 续 波 输 出对 该 雷达 的 方 位 旋 转 关 节 和 俯 仰 旋 转 关 节 造 成 的 ｚ 测 量 误 差 进 行 了检 测 ，结 果 表 明 旋 转 关 节 对 双 偏 振 天 气 雷 达 的 测 量 结 果 有 一 定 的影 响 ，综 合 ＶＣＰ扫 描 模 式 及 ＲＨＩ扫 描 模 式 的 结 果 得 出旋 转 关 节 造 成 的 影 响 较 为 稳 定 ，为进 一 步 利 用 雷 达 数 据 进 行 旋 转 关 节 误 差 订 正 提供 了 一 定 理 论 支 撑 。 关 键 词 信 号 源 ；旋 转关 节 ；Ｚａ 偏 差 ；订 正 中 图 分 类 号 ：Ｐ４１５ ＤＯＩ：１０．１９５ｌ７／ｊ．１６７卜６３４５．２０１７０３１０ 文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 利 用 南 京 信 息 工 程 大 学 ｃ波 段 双 偏 振 天 气 雷达 （ＮＣＤＰ—Ｒａｄａｒ）机 内信 号 源 ，对 俯 仰 旋 转 关 节 和 方 位 旋 转 关 节 的 误 差 进 行 了 测 试 。测 试 结 果 表 明 ：旋转 关 节对 双偏 振天 气 雷达 Ｚｄ 的测量 误差 有很 大 影 响 ，这 种误 差在 旋转 关 节 的角度 上相 对 固定 ，可 以通过 测试 的方 法 精 确 测 量 出不 同角 度上 的偏 差 ， 提 高 Ｚ 的数据 质量 。
胡 汉 峰 陈大 任 楚 志 刚 王 晓科。
（１南 京 信 息 Ｔ 程 大 学 气 象 灾 害 教 育 部 重 点 实 验 室 ／气 候 与 环 境 变 化 国 际 合 作 联 合 实 验 室 ／气 象 灾 害 预 报 预警 与 评 估 协 同创 新 中 心／中 国气 象 局 气 溶 胶 与 云 降 水 重 点 开 放 实 验 室 ，南 京 ２１００４４；２中 国 气 象 局 气 象 探 测 中心 雷 达
引 言
旋 转关 节 是 天 气 雷达 系 统 中的一 个 组 成 部 件 ， 其作 用是 在旋 转 状 态下 能 够 实 现 能 量 传 输 ，是 雷 达 收发 信 号 中的重要 环节 。理想状 况 下旋 转关 节 在每 个 角度 位置 上 的性 能应 该 保 持 一 致 ，这 样 才 能 确 保 经 过旋 转关 节 的 信 号 在 不 同角 度 位 置 上 都 是 相 等 的 。现 实条 件 中 ，由于 生 产 工 艺水 平 和制 作 成 本 的 限制 ，导 致旋 转关 节 在 不 同 角 度 位 置上 的衰 减 并 不 相 同 。常规 多普 勒 天气 雷 达 只有 一 个 收 发 通 道 ，而 且 对 回 波 强 度 反 射 率 因 子 的 精 度 要 求 仅 仅 为 １ ｄＢｚ¨１］，由旋 转关 节造 成 的测量 误 差对 常 规 多普 勒 天 气 雷 达 测 量 结 果 影 响 较 小 。 而 双 偏 振 天 气 雷 达 增 加垂 直 发射 通道 后 ，对 获 得 的 偏 振参 量 （差 分 反 射 率 因子 ）测 量 精度要 求 为 ±０．１ ｄＢ［１］，旋 转 关 节在 不 同角 度位 置对 双 通 道 的影 响使 得 的测 量 结 果 会 发生 很大 的变 化 ，双 偏 振 天 气 雷 达对 旋转 关 节 性 能 指标 要求 更 高 。
第 ４６卷 第 ３期 ２０１８年 ６月
气 象 科 技
Ｍ ＥＴＥＯ Ｒ ｏＬＯ Ｇ ＩＣＡ Ｌ ＳＣＩＥ ＮＣＥ Ａ Ｎ Ｄ Ｔ ＥＣＨ Ｎ ＯＬＯ Ｇ Ｙ
ＶｏＩ．４６．Ｎｏ．３ Ｊｕｎ． ２Ｏ１８
双 偏 振 天 气雷 达 旋 转 关 节对 差 分 反 射 率 因子测 量 结 果 的影 响
ｚ 表 示 的是 水 平 反 射 率 因 子 和 垂 直 反 射 率 因
子之 比 ，表征 了 降水 粒 子 形 状 的偏 振 参 量 。 已有 研 究 表 明 ，Ｚ 测量 误差 超 过 ０．１ ｄＢ时 ，降 雨 测量 精 度 误 差 超 过 １０ ，同 时 ０．１ ｄＢ也 是 区 分 雪 相 态 的 关 键指 标 ＿２ ］。因此如 何准 确将 雷达 数 据 中 ｚ 的偏 差 及 时 发 现 并 进 行 订 正 ，是 双 偏 振 雷 达 数 据 应 用 中 的 一 个 关 键 技 术 ，针 对 这 一 问 题 ，国 内 外 学 者 展 开 了大 量研 究 ，有 的学 者从 工 程 角 度 对 双 通 道进 行 了分 析 和标 定 ｌ４ ］，也 有 利 用 双 偏 振 天 气 雷 达 数 据 自身 的 结果 进行 分 析 ＿７。。］，还 有 部 分 研 究 结 合 了 其 他 的探 测仪 器 ，诸 如雨 滴谱 等口 “］。
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｑｘｋｊ．ｎｅｔ．ｃｎ气 象 科 技 国家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 （９７３计 划 ）项 目（２０１３ＣＢ４３０１００）和 国 家 自然 科 学基 金项 目“双偏 振 雷 达 探 测 降 水 演 变 的 灵 敏 性 的 散 射 机 理 研 究 ”（４１６７５０２９）共 同 资助 作 者 简介 ：胡 汉 峰 ，男 ，１９８３年 生 ，硕 士 ，讲 师 ，从 事 雷 达 技 术 及 雷 达 信 号 处 理研 究 ，Ｅｍａｉｌ：ｈｕｈａｎｆｅｎｇ＠ ｎｕｉｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ 收稿 日期