METEOR 1000C多普勒天气雷达的参数测量--教员手册

民航汕头空管站《METEOR 1000C多普勒天气雷达的参数测量》教员手册目录1.课程背景 (3)2.教学大纲 (4)3.教学方案 (5)4.教学活动 (8)4.1内容概述 (8)4.2主要内容 (8)4.3单元内容 (8)第一单元METEOR 1000C概况 (8)第二单元发射机参数测量方法 (16)5.课程评估指标 (32)5.1学习层评估命题细目表 (32)5.2课前测验题 (32)5.3课程测验题 (33)6.教学材料清单 (34)1.课程背景2.教学大纲3.教学方案4.教学活动4.1内容概述本课程以理论为基础，重点联系实际，通过雷达机房内的实物演示教授雷达常规维护内容的参数测量方法，并讲述为什么要用这样的方法，该参数影响雷达哪方面的性能，使学员不仅学会测量方法，而且能够通过测量结果做出简单判断。

4.2主要内容1.多普勒天气雷达的基本原理2.METEOR 1000C的机构和信号流程3.参数测量方法4.3单元内容第一单元METEOR 1000C概况导入设计同时展示一幅卫星云图和一幅雷达图，引导学员讨论天气雷达有别于卫星云图的特点，展现天气雷达的重要性。

问题设计：既然有了卫星云图，为什么还要有气象雷达？单元重难点1、多普勒天气雷达基本原理雷达测距方程、多普勒效应、雨衰2、METEOR 1000C概况METEOR 1000C的信号流程专业知识概述1.1多普勒天气雷达基本原理1.1.1天气雷达基本原理1）什么是天气雷达雷达（RADAR）的英文全称是无线电探测与测距（Radio Detection And Ranging）。

雷达发射机发出的电磁波脉冲，经过方向性天线发射出去，在空中遇到目标物后一部分电磁波被吸收，一部分电磁波被目标物表面散射，散射的电磁波总有一小部分是沿原路返回的，于是被天线接收到，回波信号经过接收机放大，在信号处理器中进行分析，提取出能反映目标物的有用信息。

2）天气雷达的频率电磁波波长和目标物的尺寸关系决定了电磁波的反射特性，简单讲，这两者的尺寸越接近反射程度就越大，两者的尺寸量级差别太大就得不到反射电磁波；所以探测飞机的航管雷达探测不到组成云的小水滴，探测云的天气雷达探测不到飞行器。

同样的道理，不同波长的电磁波在照射到不同尺寸的小水滴上时发生的吸收和散射性能也不同。

如下图所示：波长越短的雷达，对大水滴很越感，暴雨时“雨衰”也越大（比如X波段雷达）。

每部雷达只有一个波长，所以每部雷达都有自己的优缺点。

3）距离、高度、方位测量公式雷达目标物的方位角和仰角是由定向天线接收电磁波时的方位角和仰角决定的雷达主要参数：①脉冲长度h、脉冲宽度τh=τ*C②脉冲重复周期T(PRT)、脉冲重复频率PRFT=1/PRF③最大探测距离Rmax、不模糊距离Rmax=T*C1.1.2多普勒天气雷达的特点1) 多普勒效应主要内容物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化称为多普勒效应。

在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高（蓝移blue shift ）；在运动的波源后面时，会产生相反的效应。

根据波红（蓝）移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。

λ2rd v f频移fd 与径向速度Vr 成正比2） W 的大小反映了目标云团内部的活跃程度云团由无数个小水滴组成，每个雷达回波由无数个小水滴的散射波合成，从每个小水滴散射出来的电磁波的fd 是不一样的，因此雷达回波的频谱宽度W 的大小反映了目标云团内部的活跃程度。

3） 多普勒天气雷达的特点普通天气雷达只能得到云团的强度信息Z ，多普勒天气雷达还得到了径向速度Vr 和频谱宽度W 。

1.2METEOR 1000C 概况1.2.1 METEOR 1000C 的组成射频载波信号由接收机产生，发送到速调管放大器。

速调管对载波进行脉冲调制放大，形成微波脉冲，信号经环行隔离器送达天线。

雷达系统本振和相干振荡器都在接收机中。

天线波束是对称针状形状，在方位角和仰角上进行全方位扫描。

雷达接收机输出三种信号给雷达信号处理器进行进一步处理：用于反射率分析的来自于对数信道的视频信号，和用于速度、带宽分析的线性I\Q信号。

ASPEN信号处理器在雷达系统中起到重要作用。

它主要完成三项任务：触发雷达系统，特别是发射机；载波信号的相位和频率调制和数字化；极座标处理和接收信号的处理。

雷达控制处理器（RCP）负责控制和监视雷达系统。

BITE就是由该处理器控制。

大量的数据被监视，一旦有错误被发现，控制处理器将根据错误的严重性进行处理。

另外，雷达控制处理器也起到连接雷达系统和RAINBOW数据处理系统的作用。

RAINBOW数据处理系统是基于UNIX操作系统的。

RAINBOW的主要工作是由来自于雷达系统的数据中产生气象产品。

1.2.2 METEOR 1000C的信号流程COHO产生30MHzXINHAO ,经IFG调制后送入上变频，与2LO产生的492MHz信号混频产生522MHz信号，与来自STALO的5.0299GHz信号再次混频，得到5.625GHz信号，经BOOST放大器放大后送入速调管。

天线接收到的信号先与来自STALO的5.0299GHz信号混频、滤波，再与2LO产生的492MHz信号混频、滤波，然后送入RSP进行信号处理。

TSG板产生测试信号。

单元小结本章简要介绍多普勒天气雷达基本原理和METEOR 1000C的信号流程，为学习参数测量打好知识基础。

单元测试与参考答案1. 请写出雷达测距方程L= _______________， R=_______________。

2. 请用公式表示出多普勒频移和径向速度的关系fd=__________.3. METEOR 1000C是由天线、接收机、发射机、__________、__________、__________和rainbow工作站7个部分组成。

4. METEOR 1000C的射频信号是__________，中频信号是__________。

参考答案：1. L=Rcosθ，R=（1/2）C*t2. fd=2Vr/λ3. 天线控制单元(ACU)，信号处理器(RSP)，雷达控制处理器（RCP）4. 5.625GHz，30MHz备课素材1、《METEOR 1000C 手册》2、《雷达原理》，丁鹭飞，电子工业出版社教学注意事项本章在授课过程中宜多注意理论与实际，联系实际设备，理论对照实际，理论印证实际。

第二单元发射机参数的测量方法导入设计“为什么一个故障发生，有经验的维护人员能马上估计到大概的故障点在哪里？”我们可以归功与该机务员的经验，那么经验是怎么得来的？仅仅是因为经历过就有经验吗？面对没经历过的故障，老机务员做出判断的依据又来自哪里呢？通过上述问题将内容引导到“参数”上。

单元重难点1、操作过程中的安全细节。

2、测量操作方法。

3、怎样从参数中发现问题专业知识概述2.1测量前的准备知识2.1.1定期测量参数的意义对于一部能够正常运行的雷达，我们为什么要定期去测量它的参数？就是因为三个问题：“我们通过什么手段来掌握雷达的情况？”“我们要怎么能够知道哪些部位应该重点维护？”“一旦发生故障，我们以什么为依据来迅速判断故障点在哪里呢？”雷达各个关键部位的参数反映了相关各个部件的性能，定期测量，并将结果与以前的对比，从中发现参数是否发生偏移，从而判断雷达性能是否下降，某些部位是否应该调整，某些部位是否应该加强维护，为设备维护指明方向；当故障发生时，在做出初步判断后，也必然要通过测量参数来证明是否该部件出现故障，证明的依据仍然是测量结果和历次维护的测量结果进行比对。

因此定期参数测量的意义非常重大。

2.1.2主要仪器仪表的使用方法（示波器、功率计）一、仪表使用的注意事项1.仪器仪表应有效接地，应与被测设备或系统进行等电位连接。

2.为了保证测量的准确性，某些仪器仪表在使用前应进行自检和校准。

3.仪器仪表在使用前，必须清楚可接入待测信号的最大电平，必须禁止将超过仪表接口最大输入电平的信号引入。

二、常用仪表的使用方法1.示波器的基本使用方法(1)示波器的自检。

(2)AutoScale的功能。

(3)关于Run/Stop和Single键的使用。

(4)使用光标测量信号幅度和时间宽度。

(5)示波器的测量值自动读取功能。

(6)存储功能。

(7)在只使用一个通道情况下，触发源（SOURCE）的选择应与所用通道一致。

(8)在使用两个通道观察两路波形时，应根据两路信号的关系选择触发源SOURCE，具体方法是如果两路信号有一定的关系，比如要同时观察电路的输入输出信号，则必须选择两个信号之一，一般选择周期较大或幅度较大的一个做为触发源，这样才能观察到两路信号的相位关系。

(9)为保证波形稳定显示，在正确选择了触发源的前提下，还应注意调节触发电平。

(10)示波器为非平衡式仪表，探头的黑夹子应接地，并且接线时先接黑夹子后接探头，拆线时相反。

(11)示波器输入耦合方式一般选择DC方式，并注意使用GND确定各通道“基线”即零电平的位置。

(12)示波器显示波形时，水平方向一般应调到两到三个周期，垂直方向则应调到波形的高度占到满屏的三分之二或一半以上。

(13)读取电压幅值时应检查探头是否是10：1衰减探头，若是10：1衰减探头，所测真实值应为读数×10。

2.功率计的基本使用方法(1)功率计的自检和校准。

(2)频率设置。

(3)OFFSET设置。

(4)触发方式的选择。

2.1.3注意事项首先是保障安全，保障人员安全、设备安全、仪表安全。

雷达是带有强辐射、高电压大电流的设备，操作前一定要详细阅读手册有关内容，了解具体操作步骤；操作时要按章操作，精神集中，有涉及强辐射高电压强电流的项目时，最好有两人以上同时在场。

要将保证人身安全放在最首要的位置。

断开设备连接线或者拔下板块前要明确估计会有什么后果发生，需要断电操作的就一定要断电操作；要接入仪器仪表前要清楚该接入点的取值范围，准确估算需要串接的衰减器数值，避免损坏仪器仪表。

为了测量数据的准确性，凡是涉及速调管的操作，都必须在高压开启30分钟后才可以进行。

某些仪器仪表需要预热15分钟后才可以测量（具体以该仪器仪表说明书为准）。

功率计的输入值在0dB左右准确度最高，示波器的输入值在-10dB左右准确度最高。

为了保证仪器仪表的安全，在没把握的情况下把输入量衰减得更小一点。

1.2发射机测量方法2.2.1发射机输出峰值功率的测量仪表及测量配件：功率计（平均功率计）、20dB、6dB衰减器各一个测量步骤：1)功率计校准。

首先将Power Sensor接至功率计Power Ref处，接着按Zero/cal键，再按Zero键归零，最后按cal键自动校准探头。

2)根据所测的频率确定百分值（5.625GHz为97.3％）。