【测绘课件】第六章 GFE(L)1型测风雷达.ppt
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1、第六章 GFE(L)1型测风雷达,第一节 雷达简介 一、概述 二、整机组成 天线装置、主控箱、驱动箱、计算机、示波器、UPS 电源等部分组成。 天线装置:室内与室外距离不得超过30m的电缆相连。 天线装置:由天线阵、俯仰箱、天线座(含发射机)、 和差箱及摄像机等组成。 室内设备:主控箱、计算机、打印机、内控盒等。,1宽行点阵打印机 2键盘 3控制盒 4显示器 5亮度控制盒 6鼠标 7示波器 8主控箱 9驱动箱 10基测箱 11UPS电源 12蓄电池 13计算机主机 14彩色视频采集 15天线装置 16地线桩,全机框图,室外,室内,测距原理:雷达发射的“询问”脉冲被回答器的天线所接 收,回答器就
2、发射一个“回答”脉冲被雷达所接收。由于 询问和回答信号采用大致相同的频率,所以当雷达发射 的询问脉冲被探空仪接收后,加到高频振荡器,使超再 生作用加强,即“超杂波”的幅度增大即产生“鼓包”,在 询问脉冲作用后的一段很短的时间内超再生振荡停止即 “缺口”,这个“鼓包”与“缺口”就是探空仪对雷达询问脉冲 的回答信号,测定回答信号相对雷达主波的延时,即可 测定探空仪与雷达间的斜距。,测角原理:当目标偏离雷达时,接收机将经放大、解调后得到的且受角误差调制的800KHz副载波送至天线控制分系统,在那里,角误差被解调出来经放大后去控制驱动电机,使天线对准目标,三、特点,1、中心频率:16756MHz。 2
3、、角跟踪精度高,体积小,重量轻。 3、雷达断电后连续工作20分钟以上;耗电量。 4、实现了角度跟踪、距离跟踪、雷达控制、监控监测及数据接收、处理的全自动化。 5、最近测距距离可达100米以内。 6、采用电视监控手段, 提高了放球成功率。,7、自动检测故障、报警,以图形的方式指出故障位置,提高可维修性。 8、以Windows9X/Window2000/ WindowXP中文版 本为运行平台,数据接收纠错能力强,人机界面友 好,操作简便。 9、终端软件具有气压高度反算功能,使得雷达具有无线电经纬仪的功能。 10、终端软件的数据处理操作简便,在探测结束后可立即输出符合中国气象局气象规范的报表、报文。
4、,第二节 基本工作原理,与之配套的探空仪是较为先进的数字式电子探空 仪,温度、湿度传感器采用成熟的热敏、湿敏电 阻,气压传感器采用进口半导体压敏材料,精度 高,一致性好。由传感器获得的电信号被探空仪中 的微处理器采样、校正、编码,按1200Hz的波特率 每秒一次向外发送。 探空仪的接收发射公用一只天线,其发射机 工作在超再生状态,它产生的载波频率1671MHz的 信号受调制器产生的800kHz信号的调制。在不发气 象码时,探空仪发射的信号即为“超杂波”,而在发 码期间800kHz副载波将受32.7kHz方波调制,而有 无32.7MHz方波取决于此时气象码是“0”还是“1”。,第三节 性能指标,
5、一、工作频率: 16756MHz 二、探测范围: 1、 距离:100m200km 2、方位角: 0360 3、仰角: -2+92 三、探测精度: 1、距离:20m(100m150km) 2、方位角:0.08(仰角6以上) 3、仰角:0.08 (仰角6以上) 四、测风精度: 1、风速:1m/s(10m/s以下),10%(10m/s以上) 2、风向:5(25m/s以上), 10(25m/s以下),五、数据处理终端 1、硬件: CPU:P500以上 内存:64MB以上 硬盘:8GB以上 光驱:40X 显示器:17 宽行点阵打印机 2、软件: 操作系统:windows98 Windows9X/Wind
6、ow2000/ WindowXP,3、处理内容及结果: 特性层自动处理,输出零度层、对流层顶、特性 层、最大风层、终止层; 规定高度自动处理,输出位势高度、温度、湿度、 露点、温度露点差、风向、风速; 高空风资料自动处理,输出每分钟量得风层风向和 风速、规定高度风向、风速; 自动编制并输出探空、测风报文。, 提供特殊需要得数据; 提供高表13、14,高表1、2,气候月报等报表编制 和输出; 软件具有对探空、测风的原始数据进行自动检误和 人工纠错的功能以及遇有特殊情况的处理功能; 具有分析、监视用的气球漂移轨迹(动态显示) a35、T、U、高度a36、露点、T-Td及风向、风速廓 线和局部放大显
7、示功能。,六、连续工作时间:8小时 七、断电保护:断电20分钟内探空记录不中断 八、运输方式:汽车、火车、船舶、飞机 九、供电: 电压:220V(10% 15%) 频率:50Hz3% 功耗:1kW,十、环境: 温度:室外 4050 室内 530 湿度:室外 9598%(30) 室内 9096%(30) 气压:1050500hpa 抗风:正常工作风速 020m/s 生存风速 30m/s,十一、架设场地的选择条件 1、场地周围360范围内(特别是高空风的下风方 向)不要有仰角高于5的地物(如山包等)。在半 径为500米的场地内无高大的建筑物(如楼房、铁 塔、高压线等),否则会使波瓣变形,影响远距离
8、 的测角精度。如在山区难以找到上述架设场地时, 则在高空风的主要下风方向最好能满足上述要求。 2、天线应尽可能架设在一高坡上,当雷达的天线架 设在地面上时,在半径30-50米范围内的地面要平 坦,天线的位置不应放在工作室的上风方向,架设 的地周围必须有良好的霹雷装置,远离其他微波信 号源,有良好的接地措施,天线装置的金属外壳对 地电阻小于5。 3、在发挥雷达性能的情况下,应照顾生活和工作的 方便,如:水源、市电、通信联络等问题。,作业,1、GFE(L)1型高空气象探测雷达的用途、功能、 特点、整机组成。 2、室内与室外连接要求、天线装置的组成、基本工 作原理和测距测角原理。 3、主要性能指标。
9、,第四节 雷达的标定,一、雷达的标定 1、水准器的调整及天线水平的检查与校正 (1)主轴水准器的调整:一人在工作台控制天线转动,另一人 在天线处,二人用耳机联络;先转动方位,使主轴上某一水准器 与任意两个千斤顶的连线平行,调整其中一个千斤顶,使水准器 的气泡正好在中央,调整第三个千斤顶,使另一个水准器的气泡 也在中央。将方位角旋转180,若气泡仍在中央,说明水准器安装正确, 若气泡不在中央,说明水准器位置不正确,需要进行校正。 用专用工具调整水准器两端螺母,使气泡向中央移动差值的一半,再用千 斤顶修正差值的另一半,然后按上述方法重新检查、校正,直至差值为零。 (2)仰角零度的标定:完成水准器校
10、正后,在天线侧面数十米处,架一经纬 仪并调好水平。接通雷达电源,转动天线仰角,这时转动经纬仪的仰角,观察 天线桁架边缘线是否垂直;如垂直,说明天线仰角处于水平位置,如不垂直, 则应根据经纬仪的观察,微微转动天线仰角使其垂直,将俯仰角测量板的标定 孔对地短路即可。,2、方位角零度的标定:在天线水平调整完后,瞄准镜安装正确1(即光轴与机械轴一致)的情况下进行的,标定方法有两种: (1)在距雷达数十米外的一高处架一经纬仪(经纬仪高度比瞄准镜高),用磁针标定好经纬仪方位(注意标定时应当将当地的磁偏角计算在内)。转动雷达天线和经纬仪,使两者相互瞄准,然后读取经纬仪的方位角0,雷达方位角为1,摇动天线使雷
11、达方位角在1的基础上增加(180-0),保持仰角为零度。将方位轴角板上的标定孔对外短路,方位读数为零。 (2)在天气晴朗的夜间,利用雷达瞄准镜对准北极星来标定零点(由于北极星的位置在一夜之间也有所变化,要使标定更加精确,可以向气象部门查对天文年历进行校正,也可以每隔一定时间(如2小时)瞄准北极星测一次方位角,共测三次到四次,最终取观测记录的平均值来标定。,注意事项: 水准器精度较高,检查校正时不要用手摸、气呵,并避免太阳辐射。 标定好方位角、仰角后,最好在不同的方向上找几个不同的近距离固定目标,用瞄准镜记下它们的方位角、仰角读数,以备参考。 在距离零点定好后,最好找几个比较孤立的地物回波,记下
12、它们的仰角、方位角和距离,以备参考。 3、粗精搭配 将方位测角板或俯仰测角板的4位拔码开关(S1)拔到ON位置,则终端显示屏上方位角指示为.,前面两位代表粗读数,后两位代表精读数,在天线整个范围转动时,拔动拔码开关(S2)使两个读数差值小于20,这样精、粗搭配就调整好了。,4、距离零点的标定 采用已知距离法:将探空仪放在距离雷达100200m左右地方,用其它方法精确测出探空仪与雷达天线之间的直线距离。由于探空仪之间回答延时有一定的差异,用不同的探空仪来标定则会出现较大的误差,因此,应选23只探空仪,取其平均值。 标定方法: 小发射机:把探空仪放于离雷达一定的距离处(如200m) ,用鼠标点击控
13、制画面上距离手/自动按钮(见下图),置“手动”状态,再点击距离“前进”或“后退”按钮,使距离显示值在200m左右处,这时应能看到距离显示屏上回波的位置,拔动测距板上的拔码开关(S1),使回波回到显示2km扫描线上的两个暗点之间,再把距离置“自动”状态,观察控制画面上距离显示值,是否在200m左右跳动。反复上述过程,达到标定的目的。 大发射机:方法同上,探空仪距雷达的距离要在450m以上。拔码开关为(S2)。,二、光轴、机械(几何)轴与电轴一致性的检 查和校正光轴:指瞄准镜在正常工作位置时, 其物镜中十字线交点所对方向的射线。 机械轴:指天线中心(方位轴、仰角轴的交 点)向天线所指方向的射线。
14、电轴:指波瓣交点所指方向的射线。 在经过长途运输或使用23个月后检查、校正 一次。 1、光轴、机械轴一致的检查和校正 (1)检查光轴与仰角轴垂直 (2)检查仰角0时,光轴与海平面平行,2、电轴、光轴一致性的检查和校正 (1)一个能见度好的白天,在放球过程中两人配合,一个负责观察四条亮线(雷达处在自动跟踪状态),另一个负责观察瞄准镜和调相器的长度,两人用机用电话联络,由前者指挥,当四条亮线两两等高的瞬间,用机用电话通知后者,读出目标在瞄准镜中所处的位置,读数点取其平均值,若偏上方,说明电轴偏上,则调整上调相器,使其缩短,或使下调相器加长,直至目标偏离坐标原点小于0.1时为止;,(2)在静风或微风
15、的白天可用系留所球进行。为 了提高精确性,目标的仰角应大于15,斜距应大 于500m,校正方法同上。 注意: 校正时所用探空仪的频率,应调准在系统中心频 率上; 调整完毕后,应将调相器锁紧; 瞄准镜和机用电话每次使用完毕后,应取下放 好。,作业,L波段测风雷达的标定项目有哪些?雷达三轴 一致是指哪三轴,定义如何?,第五节 雷达的使用,一、开机检查 1、检查电源:打开UPS、主控箱的电源开关,其面 板上和各指示灯显示都应正常。 2、检查系统软件:开启微机电源后,系统软件应能 正常运行。即,仰角30,方位角60。 3、检查天控:开启驱动箱面板上的电源开关,相应 指示灯亮;在天控手动状态下,推动内控
16、盒上操纵 杆,雷达天线应能转动自如。,4、检查发射机: 按动接收软件界面上的“高压”开 关,“电源”指示表应有指示(若是刚开机,则大约 等待3分钟)。 5、检查接收机:先打开示波器,应能看到四个亮 点。再置系统接收软件界面上的“增益手/自动”按钮 于“自动”状态时,就算无探空仪信号也能在示波器 上看四条亮线(噪声)。 6、检查摄像机:点击系统接收软件界面上的摄像机 图标,应能看到摄像机所摄入的画面。 7、检查过程中若发现有异常现象应立即断电,排除 故障后方可继续进行。,二、对探空仪信号的调整及自动跟踪检查 方法:准备好一个工作正常的探空仪,按以下步骤 调整: 1、将探空仪固定在离雷达天线30m
17、外,高度5m以上 的铁塔,旗杆或楼顶阳台上。 2、通过摄像机将雷达天线对准探空仪,打开系统接 收软件界面上的“基测”开关(示波器上看到一条竖 线)。,3、将“增益手/自动”按钮置为手动,点击增益调整 按钮,将示波器上四条亮线调在23V。 4、将四条亮线展开,系统接收软件界面上的“频率 手/自动”按钮置手动状态,点击频率调整按钮,将 信号调整为幅度最大时的频率显示值为探空仪的载 波频率。若在规定的频率范围内无法进行频率调 整,应更换探空仪。,5、完成频率调整后,将“增益手/自动”按钮置为“自 动”状态,在系统接收软件界面左下角“气象脉冲指 示!”正常接收框中就有脉冲波形行进。将基测开关关 掉,示
18、波器上将看到四条亮线。 6、将内控盒设置为手动状态,扳动操纵杆,使天线中心 2左右,观察四条亮线的变化;再将界面上的“天控手 /自动”按钮设为“自动”,此时天线应回到指向探空仪的 方向,四条亮线对齐。 7、打开系统接收软件界面上的“小发射机”按钮,将显示 方式切换为距离显示,在示波器上看到 “凹口”,若“凹 口” 不清晰或很浅,可向下微调频率(信号不改善,更 换探空仪)。调整距离控制按钮,使斜距显示为最小 值,按下“距离自动”按钮后,应能自动跟踪到固定的探 空仪目标。,4、“小发射机”按钮的作用:用于开启小发射机,实 现近距离测距,小发射机在目标斜距达到1Km时被 自动关闭。 5、“高压”按钮
19、的作用:用于开启大发射机,实现远距离测 距。大发射机在目标斜距达到1Km时自动开启。 6、“全高压”按钮的作用:用于将大发射机的高压加至额定 值,它在目标斜距达到10Km时被自动开启。 7、“天控手/自动”按钮的作用:用于切换天线进行自动跟踪 或手动跟踪。 8、“基测”按钮的作用:用于探空仪作基测时,关断天线波瓣 扫描,确保探空码正常进机。在进行探空仪基测时,此按钮 一定要打开。,三、整机的使用 1、整机的控制,除了电源开关是在机箱面板外,其 余的控制和调整均在系统接收软件界面上。在进行 功能切换或参数调整时,都有相应的状态提示或参 数指示,根据这些指示可获知雷达所处状态。 2、“增益”控制按
20、钮的作用:用于接收机增益的“手 动/自动”转换控制。在“手动”状态时,点击增益增 加或减少小图标,即可实现对接收机增益的调 整,增益批示表有相应指示。 3、“频率”控制按钮的作用:用于接收机频率的“手 动/自动”转换控制。在“手动”状态时,点击频率“增 加”或“减少”小图标,可实现对接收机频率的调整, 频率指示表头应有相应的指示。,9、“放球”按钮的作用:用于确定放球时刻。注意:按 下此按钮,系统时间将被清零,此前的接收数据亦被 清除。点击此按钮一定要慎重,一旦按下此按钮后, 此前数据无法恢复。 10、“显示切换”按钮的作用:用于控制示波器在测角或 测距显示状态之间进行切换。 11、“距离”按
21、钮的作用:用于切换距离自动或手动跟 踪,在手动跟踪状态,点击距离移动小图标,可使得 距离增加或减小、快速或慢速。,12、“诊断”按钮的作用:点击此按钮,可观察雷达 故障的性质。 13、“搜索”按钮的作用:在放球中,当雷达所测高 度与气压反算高度不符时(此时系统接收软件界面 上的红灯闪亮),说明雷达天线有可能是旁瓣跟踪 (前题是气压不能有误码),这时点击“搜索”按 钮,天线立即处于搜索状态,完成一个搜索过程。 14、“摄像机控制”按钮的作用:共有六个按钮,分 别是光圈增大、减小按钮,焦距增大、减小按钮, 亮度增大、减小按钮。,15、示波器的特殊使用 (1)四条亮线的显示 示波器的CH1输入端接“
22、阶梯波”,CH2输入端接 “视频信号”, (实际上,这全部由显示切换来完 成),扫描频率旋钮向左旋至最底端,两个输入端 的特性选择开关均放在“DC”上,即可显示出四条亮 线,从左到右的分别代表上、下、左、右波束位置 时接收信号的幅值。如果左起第一条亮线高于左起 第二条亮线时,表示天线偏上,需下俯转动天线才 能对准目标;如果左起第二条亮线高于左起第一条 亮线时,表示天线偏下,需上仰转动天线才能对准 目标。如果左起第三条亮线高于左起第四条亮线 时,表示天线偏左,需顺时针转动天线才能对准目 标;如果左起第四条亮线高于左起第三条亮线时, 表示天线偏右,需逆时针转动天线才能对准目标。,(2)距离跟踪的显
23、示 CH1接精、粗扫描,CH2接视频信号(实际上, 这全部由显示切换来完成),其余档位予置同上, 这样即可看到两层显示信号,上面为距离精显,下 面的为粗显,精显扫描线长为2Km,粗显扫描线长为 16Km,精扫描线上有两暗点,当回答信号对准暗点 时,此时距离读数即为探测到的探空仪至雷达的斜 距。在初始跟踪时,如果回答信号没有对准两暗点 或跟踪过程中距离跟踪丢失,可以点击距离手动跟踪按钮,将回答信号对准暗点。,16、维修电源插座的使用 设置维修电源插座的目的是为天线座提供220V交流 电源,以供室外照明和维修仪表、维修工具使用。只要主控箱的电源插头插上电源时,天线座上维 修电源插座即有交流电源,而
24、无需打开主箱电源开 关。因此,在做与天线座有关的检修时,应注意虽 然主控箱的电源开关已关掉,而维修电源仍有220V 交流电。,四、气球的施放 1、接通雷达电源,分别在主机箱及天线座上接上机 用电话,以便放球联络。在天线桁架上瞄准镜并紧 固。 试收探空仪信号,调整雷达接收的增益、频率,直 到探空码正常进机,且基测合格为止。 3、 放球前,将雷达天线先转向探空仪(一般为下风 方向),以便于起始抓球,增益、天控均置自动状 态,打开小发射机(别忘了,基测开关一定要关 掉)。,4、在放球的瞬间,点击系统接收软件界面上的“放球”键, 也可以直接敲击手控盒上的“放球”键,即可使系统的时间复 零。在施放气球时
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