常规天气雷达功能规格需求书C波段-中国气象局

常规天气雷达功能规格需求书

（C波段）

中国气象局 二〇一一年七月

目 录

1.前言............................................................................................................................. 1 2.功能要求 .................................................................................................................... 1

2.1总体功能要求 ............................................................................................................ 1 2.2天线/馈线/伺服系统功能 ........................................................................................ 1 2.3发射机功能 ................................................................................................................ 2 2.4接收机功能 ................................................................................................................ 2 2.5信号处理器功能 ........................................................................................................ 2 2.6监控单元功能 ............................................................................................................ 2 2.7显示终端功能 ............................................................................................................ 3

3.技术指标 .................................................................................................................... 3

3.1总体技术指标 ............................................................................................................ 3 3.2天线/馈线/伺服系统技术指标 ................................................................................ 5 3.3发射机技术指标 ........................................................................................................ 6 3.4接收机技术指标 ........................................................................................................ 7 3.5信号处理器技术指标 ................................................................................................ 7 3.6显示终端技术要求 .................................................................................................... 7 3.7气象产品显示 ............................................................................................................ 8 3.8图形处理 .................................................................................................................... 8 3.9雷达系统管理和控制软件 ........................................................................................ 8

4.结构设计 .................................................................................................................... 9

4.1总体结构设计 ............................................................................................................ 9 4.2天线/馈线结构设计 .................................................................................................. 9 4.3发射机/接收机/信号处理器结构设计 .................................................................... 9 4.4显示终端结构设计 .................................................................................................... 9 4.5与信息传输分系统间的外部接口设计 .................................................................. 10

5.配套设备 .................................................................................................................. 10 6.验收要求 .................................................................................................................. 10

6.1出厂验收 .................................................................................................................. 10 6.2现场验收 .................................................................................................................. 11 6.3业务验收 .................................................................................................................. 11

1.前言

本功能规格需求书对C波段常规天气雷达的基本功能和性能指标提出需求，为其研制、生产和使用提供依据。

2.功能要求

2.1总体功能要求

C波段常规天气雷达对中小尺度风暴、冰雹暴雨、强对流天气等灾害性天气具有实时监测能力，生成的各种气象产品数据可通过网络实现数据传输。

C波段常规天气雷达基本由天线/伺服系统、发射机、接收机、信号处理器、系统控制软件、气象产品软件及通讯部分6个部分组成，具有自检、标校以及故障显示的能力。

C波段常规天气雷达系统包括雷达主机和远程遥控终端两大部分。雷达系统要具有高性能的探测、信号处理、图像显示及传输能力。各分系统要求性能稳定、可靠，整体性能和功能除要满足雷达系统的配置要求外，还应满足如下要求：

（1）雷达主机设备采用标准化、模块化、通用化组件。各子系统相对独立，整机性能要稳定、可靠。

（2）天线反射体具有增益高，波束窄、旁瓣低的特性。

（3）发射机具有发射频率稳定、功率稳定、可靠性高、使用寿命长的特性。 （4）天线罩具有防水、防风沙、防盐雾等性能，抗风能力不低于45m/s，。 （5）采用计算机控制的全自动和手动模式。

（6）具备故障显示功能，发射机、接收机预留检测接口，为雷达维护提供方便。

（7）数据处理与图像显示能满足准实时的需求，图像分辨率高。PPI、RHI及体积扫描达到同步跟随天线进行图像显示。

（8）雷达系统在100千米处的最小反射率因子不大于10dBZ。 2.2天线/馈线/伺服系统功能

天线/馈线系统由天线和馈线两部分组成。天线是旋转抛物面反射体，直径

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不大于3.7m；馈线由方位铰链、俯仰铰链和波导组成，用于传输分配发射和接收信号。天线伺服系统采用交流数字伺服系统，各种扫描方式均由软件控制完成。 2.3发射机功能

发射机采用脉冲发射体制，主要由高压电源、调制器、磁控管组成，用于产生大功率的脉冲射频能量。发射机采用固态调制器和发射管组合方式。发射管输出的微波功率信号通过波导、环流器、波导铰链送入馈源，由圆抛物面天线向空间辐射，接收雷达监控单元的控制指令，完成对发射机的各种控制。 2.4接收机功能

接收机分为高频和中频两部分。高频模块将射频信号变成中频信号，中频模块完成中频信号的采样和中频处理，将强度信息传送至信号处理器。 2.5信号处理器功能

信号处理器是基于DSP的模块，信号处理模块根据终端指令选择处理方式，将处理结果通过接口送给雷达终端。

信号处理器应是高度集成的智能型信号处理器，它将接收到的雷达子系统输出强度信号进行积分处理。同时，信号处理器提供全机时钟信号，同步整个系统的运行；并向数据处理与显示子系统提供数字化的方位角、仰角、强度数据和时间信息。

雷达信号处理对信号强度的估算，在距离上采用按库累积平均，在方位角上采用累积平均，综合距离平均和方位角平均，其有效平均次数超过32次，对信号强度的估算精度优于1dB。 2.6监控单元功能

监控单元主要负责全机工作状态的监视和控制，具有自保和故障显示的能力，同时具有回波强度定标功能。

发射机监控保护电路应保证发射机出现故障时，保护电路应立即切断高压，高压电源连锁，确保高频大功率器件安全。

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2.7显示终端功能

显示终端主要负责接收基本数据并产生各种气象产品，将原始数据和各种数据产品以数据文件的形式存档。对雷达系统所产生的气象产品数据和状态信息，进行图象处理和显示处理，并用图形、图像方式提供给有关人员，作天气现象分析和预报使用。显示终端应具备远程数据传输接口。

3.技术指标

3.1总体技术指标

C波段常规天气雷达总体技术指标包括：探测空间范围、气象要素测量范围、测量准确度（RMS）、工作环境、交流电网供电等。具体技术指标见表1。

表1 总体技术指标

项目 工作频率 探测范围 定量估测范围 方位角扫描范围 仰角扫描范围 测高范围 距离 方位角 探测精度（均方误差） 仰角 测高 强度 输出参数 强度测量范围 电源要求 技术指标 5300-5500MHz ≥400km ≥200km 0～360° －1°～+90° 0-20km 50m 0.3° 0.3° 200m(R≤100km) / 300m(R＞100km) 1dB（32次积累） 反射率(dBZ) -5～+70dBZ 三相五线制交流380V±10%，50Hz±2% 3

工作温度 室外装置：-40～+50℃ 室内装置：0～+40℃ 室外装置：小于95%（30℃时） 室内装置：小于90%（30℃时） 电源干扰、电磁干扰、无线电频率干扰 防水、防霉、防盐雾 ＞300h ＜0.5h ≤6kW（不含空调） 不小于12小时 雷达机房和终端操作室微波漏能功率密度应工作环境条件 最大湿度 抗干扰 其他 平均无故障时间（MTBF） 平均故障修复时间（MTTR） 整机功耗 连续工作时间 微波辐射安全性 符合《微波辐射安全限值》（GJB 7-84）的要求，工作机柜外无有害辐射。 安全标记 雷达高压部位、微波泄漏部位、机械转动部位应有清晰、醒目的安全警示标记。 雷达备份零件、部件、组件和功能单元均能在现场更换，无需调整而正常工作。 雷达应具有市电滤波和防电磁干扰的能力，设互换性 电磁兼容性 置静电屏蔽、磁屏蔽、电磁屏蔽，模拟地线、数字地线和安全地线严格分开。 雷达应有安全性设计,确保雷达按规定条件进安全性 行制造、安装、运输、贮存、使用和维护时的人身安全和设备安全。 绝缘性 工作高度 雷达各初级电源与大地间绝缘电阻应大于20MΩ。 海拔不高于3000m 雷达整体外观应协调一致。外表面应无凹痕、碰伤、外观质量 裂痕和变形等缺陷；镀涂层无起泡、龟裂和脱落现象；金属零件无锈蚀、毛刺及其它机械损伤。 4

机柜、机箱、插件和线缆等应有统一的编号和标记，符合国家标准。 标记与代号 印制板、主要元器件等应在相应位置印有与电路图中项目代号相符的标记。 标记的文字、字母和符号应完整、规范、清晰、牢固，且便于识读。 工作噪声 发射机房噪声不大于85dB。 终端操作室噪声不大于65dB。 3.2天线/馈线/伺服系统技术指标

天线/馈线/伺服系统的技术指标包括：工作频率、天线直径、角度分辨率、承受功率、抗风能力等。具体技术指标见表2。

表2 天馈/馈线/伺服系统技术指标

项目 天线 频率 直径 波束宽度 增益 主瓣和副瓣 5300-5500MHz（中心工作频率5400±15MHz） 3.7m或3m ≤1.2°（直径3.7m）；≤1.5°（直径3m） ≥40dB（直径3.7m）；≥38dB（直径3m） 主瓣和副瓣要求基本对称，第一副瓣 ≤-25dB（直径3.7m）/≤-23dB（直径3m） 不加天线罩：8级风能工作，10级风不受损坏 加天线罩：45m/s 技术指标 抗风能力（阵风） 馈线 馈线损耗（发射机口到喇叭口） 极化方式 承受最大脉冲功率 驻波比 <2.5dB（单程） 线性水平极化 ≥250kW ≤1.5 5

伺服控制 天线扫描方式 天线扫描范围 PPI、RHI、体扫、扇扫、定点 PPI 0～360°连续扫描 RHI -0.5～30°往返扫描 方位：0～4 rpm 俯仰：0～2 rpm 预置全自动、人工干预自动/手动控制 方位≤0.2°；仰角≤0.2° 方位≤0.1°；仰角≤0.1° 14位 14位 天线在方位、俯仰机构上应有电气、机械安全设施，以保护天线在工作与运输过程中的安全。天线安全与保护 天线座应设置安全开关；方位、俯仰控制应有保护电路；天线在俯仰角最低和最高处应有机械安全开关，保证天线上仰不超过最高限位，下俯不低于最低限位。 3.3发射机技术指标

发射机技术指标主要包括工作频率、脉冲峰值功率、脉冲宽度、脉冲重复频率等，具体技术指标见表3。

表3 发射机技术指标

项目 工作频率 脉冲峰值功率 发射脉冲宽度 脉冲重复频率 发射管寿命

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天线扫描速度 天线控制方式 天线定位精度 天线控制精度 天线控制字长 角码数字字长 技术指标 5400±15MHz ≥250kW 2.0μs 200Hz ≥1000h(同轴磁控管)

3.4接收机技术指标

接收机技术指标主要包括动态范围、自动频率调整、数字中频技术、实时显控终端的数据通讯等。具体技术指标见表4。

表4 接收机技术指标

项目 接收通道数 中频带宽 线性动态范围 最小可测功率（灵敏度） 数字中频接收机A/D变换位数 3.5信号处理器技术指标

信号处理器技术指标见表5。

表5 信号处理器技术指标

项目 方位采样率 仰角采样率 库内算术平均次数 方位累积平均次数 强度估算精度 3.6显示终端技术要求

显示终端应具有方便灵活的程序控制，最佳动态显示效果，系统网络化通讯和管理等。通过雷达运行操控窗口、雷达信号参量设定窗口和实时回波图像显示窗口及窗口上的控键实现全机的显示和控制功能。实时显示雷达工作状态，实时显示雷达回波图像等一次气象产品，显示二次气象产品和历史资料等。软件设计应符合国家标准，软件结构应便于修改升级与维护，各子程序之间、模块之间和程序单元之间的依赖关系应减少到最低限度。

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技术指标 单通道 1.2 MHz±0.2MHz ≥80dB ≤－107dBm ≥14位 性能指标 0.35° 0.175° ≥4次 8、16、32、64可选 ≤1dB

3.7气象产品显示 3.7.1基本数据产品显示

平面位置显示（PPI） 距离高度显示（RHI） 等高PPI显示（CAPPI） 任意垂直剖面显示（VCS）

3.7.2物理量产品显示

回波顶高分布显示（ETPPI） 回波底高分布显示（EBPPI）

3.8图形处理

多层图形显示（同时显示多个CAPPI） 回波演变显示 多画面显示 动画显示 图形放大 图形存贮

游标引导（通过游标录取并显示游标所在点的方位、高度、距离、回波强 度、经纬度等数据）

3.9雷达系统管理和控制软件

雷达系统控制软件 雷达故障显示软件 雷达标校软件 网络通信软件 数据管理软件 定标曲线显示软件

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4.结构设计

4.1总体结构设计

C波段常规天气雷达结构由天线/馈线/转台、发射机、接收机、伺服控制、信号处理、雷达终端等6大部分组成。

C波段常规天气雷达系统主要由天馈分系统、发射分系统、接收分系统、信号处理分系统、伺服分系统、数据处理与显示分系统、监控分系统和电源分系统等组成。整个雷达系统分成三个部分，第一为天馈转台，安装于建筑物顶部，以保证在雷达的主要观测方向上无阻挡，其它方向上水平或垂直遮蔽角不大于0.5°，主要设备包括安置天线、馈源、转台等；第二为工作室，主要包括发射机、接收机、信号处理、伺服分系统、电源分系统；第三为监控分系统、终端分系统。为防止雷击，必须架设有效的避雷系统、防雷装置和防静电装置。

天线：由反射体、馈源支架和部分馈线元件组成。

天线座（转台）：用于天线的支承、传动和定位，按照伺服控制分系统的指令驱动天线作方位－俯仰双自由度运动，搜索并精确确定目标的位置。

机柜：要求尽量紧凑，合理，电磁兼容性好。 4.2天线/馈线结构设计

天线采用旋转抛物面、中心馈电方式设计。采用旋转平台完成水平360度扫描，俯仰扫描基于底座基础的设计。 4.3发射机/接收机/信号处理器结构设计

采用标准机柜，抽屉式分机设计，便于维修和故障诊断，有利于最小可更换单元的更换。采用风扇进行机柜排风，降低设备的工作温度。磁控管采用风冷方式进行冷却。接收机采用标准模块化设计，信号处理器由超大规模集成电路的信号处理芯片组成。采用高速A/D完成中频信号从模拟到数字的转换。 4.4显示终端结构设计

采用通用的计算机和显示器。其结构设计符合通用的商业产品的设计标准。

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4.5与信息传输分系统间的外部接口设计

采用标准的网络协议与气象信息网络连接。

5.配套设备

应提供天线罩、随机测量仪器、维修备件和工具、技术说明书、使用说明书、电原理图册等；提供系统每个组件及其内部最小可更换单元的信号输入/输出波形和参数，以及其它重要部件的参数；配置必要的随机测量仪器设备等，以适应雷达安装、调整，以及方位、仰角、距离、强度等标定需要。

6.验收要求

C波段常规天气雷达是投入气象业务运行的主要天气雷达设备，为保证其满足气象业务的需求，必须严格其生产过程的质量控制，严格执行系统出厂前测试、验收，现场安装测试、验收，以及业务试运行、验收等各项程序。 6.1出厂验收

C波段常规天气雷达系统出厂前验收检验必须进行联机测试，测试内容分为两大部分：各项指标的测试检验和系统的考机试验。

出厂验收时所需进行的测试主要包括以下内容： 天线系统测试检验 天线伺服系统检测 发射机测试 接收机测试

审查天线波束波瓣特性、天线增益等 扫描方式、天线转速、定位精度等

发射频率、发射功率、脉冲重复频率、脉冲宽度等 最小可测灵敏度、线性动态范围等

数字中频/信号处理器测试 库长库数检验、强度精度测试 数据处理显示检验

系统操作功能检验、系统生成产品检验等

考机试验是设备出厂前的重要试验，C波段常规天气雷达系统出厂前应进行12小时连续运行考机试验。

出厂验收时，应对系统配备的重要备份器件进行安装、通电检查。 在系统经过各项测试、检验合格后，生产厂家提供正式报告，经批准后雷达出厂。

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6.2现场验收

现场验收是C波段常规天气雷达系统进入气象业务使用的关键程序。系统安装后，应使用系统的内置仪表和附属仪表对架设后的系统进行全面的测试、标校、定标，合格后经过现场验收，系统投入业务试运行。

系统架设后对天线座的水平、仰角、方位角进行定标，并运用当地的地形地物对其进行检验。对发射功率、发射频率、最小可测功率等主要参数进行测试。对接收机动态范围进行检验，对回波强度测量进行定标。

系统测试检验合格后提供正式报告，经现场验收后投入业务试运行。 6.3业务验收

系统经过一年以上的业务试运行后，经业务验收后正式投入业务运行。

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