各省、自治區、直轄市氣象局，國家氣象中心、國家氣象信息中心、中國氣象局氣象探測中心、中國氣象局公共氣象服務中心、中國氣象科學研究院、中國氣象局氣象幹部培訓學院，應急減災與公共服務司、預報與網絡司、綜合觀測司、計劃財務司、人事司、政策法規司:
《常規天氣雷達功能規格需求書（S波段）》已經中國氣象局批准，現予印發，從印發之日起施行。
二○一二年四月五日
常規天氣雷達功能規格需求書
（S波段）
中國氣象局
二〇一二年三月
修訂說明
修訂工作由中國氣象局綜合觀測司組織，中國氣象局氣象探測中心牽頭承擔。本次修訂立足於提高系統性能和可靠性，更好地滿足業務服務需求，在現有S波段常規天氣雷達功能和技術指標的基礎上，提高了系統部分技術指標，增加了數字中頻、部分系統控制軟體和雷達產品等內容。
修訂人員：高玉春、柴秀梅、楊金紅、李建國、徐俊領、陳大任、陳玉寶、李喆等。
專 家：張沛源、高玉春、潘新民、王順生、賀立新等。
廠 家：成都錦江電子系統工程有限公司。
目 錄
TOC \o "1-3" \h \z \u 1.前言 6
2.功能要求 6
2.1總體功能要求 6
2.2天線罩/天線/饋線/伺服系統功能 7
2.3發射機功能 7
2.4接收機功能 7
2.5信號處理器功能 8
2.6監控系統功能 8
2.7數據處理與顯示系統功能 8
3.技術指標要求 9
3.1總體技術指標 9
3.2天線罩/天線/饋線/伺服系統技術指標 11
3.3發射機技術指標 13
3.4接收機技術指標 13
3.5信號處理器技術指標 14
3.6監控系統技術要求 15
3.7數據處理與顯示系統技術要求 15
3.8氣象產品顯示要求 16
3.9圖形處理要求 17
4.通信要求 18
5.培訓要求 18
6.配套設備和附屬設備要求 18
6.1配套設備 18
6.2附屬設備 19
7.驗收要求 19
7.1出廠驗收 19
7.2現場驗收 20
7.3業務驗收 20
1.前言
本功能規格需求書對S波段常規天氣雷達的基本功能和性能指標提出需求，為其研製、生產和使用提供依據。
2.功能要求
2.1總體功能要求
S波段常規天氣雷達對中小尺度風暴、冰雹、暴雨、強對流天氣等災害性天氣具有實時監測能力，生成的各種氣象產品數據可通過網絡實現數據傳輸。
S波段常規天氣雷達由天線罩/天線/饋線/伺服系統、發射機、接收機、信號處理系統、監控系統、數據處理與顯示系統等部分組成，具有自檢、標校以及故障顯示的能力。
S波段常規天氣雷達系統包括雷達主機和遠程遙控終端兩大部分。雷達系統要具有高性能的探測、信號處理、圖像顯示及傳輸能力。各分系統要求性能穩定、可靠，整體性能和功能除要滿足雷達系統的配置要求外，還應滿足如下要求：
（1）雷達主機設備採用標準化、模塊化、通用化組件。各子系統相對獨立，整機性能要穩定、可靠。
（2）天線反射體具有高增益、窄波束、低旁瓣的特性。
（3）發射機具有發射頻率穩定、功率穩定、可靠性高、使用壽命長的特性。
（4）天線罩具有防水、防風沙、防鹽霧等性能，抗風能力不低於60m/s。
（5）採用計算機控制的全自動和手動工作模式。
（6）具備故障顯示功能，發射機、接收機等預留檢測接口，為雷達維護提供方便。
（7）數據處理與圖像顯示能滿足準實時的需求，圖像解析度高。PPI、RHI及體積掃描達到同步跟隨天線進行圖像顯示。
（8）雷達系統在100千米處的最小反射率因子不大於10dBZ。
2.2天線罩/天線/饋線/伺服系統功能
天線罩/天線/饋線系統由天線罩、天線、饋線組成。天線罩主要用於保護天線系統免受外部環境的影響，要具有良好的電磁輻射透過性能，在結構上能經受外部惡劣環境的考驗；天線是旋轉拋物面反射體，直徑大於4.3m；饋線由方位鉸鏈、俯仰鉸鏈和波導組成，用於傳輸分配發射和接收信號。天線伺服系統採用交流數字伺服系統，各種掃描方式均由軟體控制完成。
2.3發射機功能
發射機採用脈衝發射體制，主要由高壓電源、調製器、磁控管組成，用於產生大功率的脈衝射頻信號。發射機採用固態調製器和磁控管組合方式。發射機輸出的微波功率信號通過波導、環流器、波導鉸鏈送入饋源，由圓拋物面天線向空間輻射，接收雷達監控單元的控制指令，完成對發射機的各種控制。
2.4接收機功能
接收機分為高頻和中頻兩部分。高頻模塊將射頻信號變成中頻信號，中頻模塊完成中頻信號的數字採樣和數字處理，將強度信息傳送至信號處理器。數字中頻應具有f0±8MHz（f0為雷達工作頻率）範圍的頻率跟蹤能力。
2.5信號處理器功能
信號處理器是基於DSP的模塊，信號處理模塊根據終端指令選擇處理方式，並將處理結果通過接口送給雷達終端。
信號處理器應是高度集成的智能型信號處理器，它將接收到的雷達子系統輸出強度數位訊號進行積分處理。同時，信號處理器提供全機時鐘信號，同步整個系統的運行；並向數據處理與顯示子系統提供數位化的方位角、仰角、強度數據和時間信息。
雷達信號處理對信號強度的估算，在距離上採用分庫累積平均，在方位角上採用滑動累積平均，綜合距離平均和方位角平均，其有效平均次數超過32次，對信號強度的估算精度優於1dB。
2.6監控系統功能
監控系統主要負責全機工作狀態的監視和控制，具有自保和故障顯示的能力，同時具有回波強度定標功能。
發射機監控保護電路應保證發射機出現故障時，保護電路能立即切斷高壓，高壓電源連鎖，確保高頻大功率器件安全。
監控系統檢測參數主要有：雷達系統各直流電源電壓；發射機內、外觸發脈衝；發射機過流；發射機門開關；伺服驅動過流；伺服同步電源電壓；天線90°和-2°狀態；數字中頻主波檢測等。
2.7數據處理與顯示系統功能
顯示終端主要負責接收基本數據並產生各種氣象產品，將原始數據和各種數據產品以數據文件的形式存檔。對雷達系統所產生的氣象產品數據和狀態信息，進行圖象處理和顯示處理，並用圖形、圖像方式提供給有關人員，供天氣現象分析和預報使用。顯示終端應具備遠程數據傳輸接口。
3.技術指標要求
3.1總體技術指標
S波段常規天氣雷達總體技術指標包括：工作頻率、探測範圍、測量範圍、精確度、工作環境、交流電網供電等。總體技術指標見表1。
表1 總體技術指標
項目 | 技術指標 | ||
工作頻率 | 2880MHz±15MHz（可調頻率磁控管） | ||
強度 | 探測範圍 | ≥400km | |
測量範圍 | ≥200km | ||
方位角掃描範圍 | 0～360° | ||
仰角掃描範圍 | －2°～+90°（手控） －2°～+30°（遙控） | ||
測高範圍 | 0～24km | ||
探測精度（均方誤差） | 距離 | 精度：50m 分辨力：≤300m | |
方位角 | 精度：0.2° 分辨力：1° | ||
仰角 | 精度：0.2° 分辨力：1° | ||
測高 | 精度：200m(R≤100km) / 300m(R＞100km) 分辨力：100m | ||
強度 | ≤1dB（32次積累） | ||
輸出參數 | 反射率(dBZ) | ||
強度測量範圍 | －10～+70dBZ | ||
電源要求 | 交流三相 380V電源電壓變化±10%，頻率變化±5%雷達能工作 | ||
雷達系統漏電保護設計要求 | 應符合國家強制漏電保護標準 | ||
工作環境條件 | 工作溫度 | 室外裝置：－40～+50℃ 室內裝置：0～+40℃ | |
最大溼度 | 室外裝置：95～98%（30℃） 室內裝置：90～96%（30℃） | ||
抗幹擾 | 電源幹擾、電磁幹擾、無線電頻率幹擾 | ||
其他 | 防水、防霜、防黴、防鹽霧、防風沙 | ||
平均無故障時間（MTBF） | ＞300h | ||
平均故障修復時間（MTTR） | ＜0.5h | ||
整機功耗 | ≤15kW（不含空調） | ||
連續工作時間 | ≥24小時 | ||
微波輻射安全性 | 雷達機房和終端操作室微波漏能功率密度應符合《微波輻射安全限值》（GJB 7-84）的要求，工作機櫃外無有害輻射。 | ||
安全標記 | 雷達高壓部位、微波洩漏部位、機械轉動部位應有清晰、醒目的安全警示標記。 | ||
互換性 | 雷達備份零件、部件、組件和功能單元均能在現場更換，無需調整而正常工作。 | ||
電磁兼容性 | 雷達應具有市電濾波和防電磁幹擾的能力，設置靜電屏蔽、磁屏蔽、電磁屏蔽，模擬地線、數字地線和安全地線嚴格分開。 | ||
安全性 | 雷達應有安全性設計,確保雷達按規定條件進行製造、安裝、運輸、貯存、使用和維護時的人身安全和設備安全。 | ||
絕緣性 | 雷達各初級電源與大地間絕緣電阻應大於20MΩ。 | ||
工作高度 | 適應在海拔3000m以下的高山以及沿海地區和島嶼工作。 | ||
外觀質量 | 雷達整體外觀應協調一致。外表面應無凹痕、碰傷、裂痕和變形等缺陷；鍍塗層無起泡、龜裂和脫落現象；金屬零件無鏽蝕、毛刺及其他機械損傷。 | ||
標記與代號 | 機櫃、機箱、插件和線纜等應有統一的編號和標記，符合國家標準。 印製板、主要元器件等應在相應位置印有與電路圖中項目代號相符的標記。 標記的文字、字母和符號應完整、規範、清晰、牢固，且便於識讀。 | ||
工作噪聲 | 發射機房噪聲不大於85dB。 終端操作室噪聲不大於65dB。 油機房噪聲不大於85dB | ||
3.2天線罩/天線/饋線/伺服系統技術指標
天線罩/天線/饋線/伺服系統的技術指標包括：天線罩、天線直徑、角度解析度、掃描方式、抗風能力等。具體技術指標見表2。
表2 天饋/饋線/伺服系統技術指標
項目 | 技術指標 | |
天線罩 | ||
天線罩形式 | 隨機分布結構 | |
射頻損失 | ≤0.3dB | |
引入波束偏差 | ≤0.03° | |
引入波束展寬 | ≤0.03° | |
直徑 | ≥6.7m | |
抗風能力（陣風） | 60m/s能工作，80m/s天線不受損壞 | |
天線 | ||
天線形式 | 旋轉拋物面，中心饋電 | |
反射體直徑 | ≥4.3m | |
波束寬度 | ≤1.8° | |
天線增益 | ≥39dB | |
第一副瓣和遠端副瓣電平（10°以外） | 第一副瓣≤－27dB，遠端副瓣≤－40dB | |
饋線 | ||
饋線損耗 | L發≤2.5dB L收≤3.0dB | |
極化方式 | 線性水平極化 | |
駐波比 | ≤1.5 | |
伺服控制 | ||
天線掃描方式 | PPI、RHI、體掃、扇掃、定點 | |
天線掃描範圍和速度 | PPI： 0～360°連續掃描，速度為0～18°/s可調。 RHI： -2～30°往返掃描，或預置往返掃描的角度，速度0～3°/s可調。 體積掃描：最多可到20個PPI，仰角可預置。 | |
天線控制方式 | 預置全自動、人工幹預自動、本地手動控制 | |
天線定位精度 | 方位≤0.2°；仰角≤0.2° | |
天線控制精度 | 方位≤0.1°；仰角≤0.1° | |
天線控制字長 | 不小於14位 | |
角碼數字字長 | 不小於14位 | |
天線安全與保護 | 天線在方位、俯仰機構上應有電氣、機械安全設施，以保護天線在工作與運輸過程中的安全。天線座應設置安全開關；方位、俯仰控制應有保護電路；天線在俯仰角最低和最高處應有機械安全開關，保證天線上仰不超過最高限位，下俯不低於最低限位。 | |
3.3發射機技術指標
發射機技術指標主要包括工作頻率、脈衝峰值功率、脈衝寬度、脈衝重複頻率等。具體技術指標見表3。
表3 發射機技術指標
項目 | 技術指標 |
工作頻率 | 2880MHz±15MHz（可調頻率磁控管） |
脈衝峰值功率 | ≥500kW |
發射脈衝寬度 | 2μs |
脈衝重複頻率 | 300Hz |
發射佔空比 | ≥0.6‰ |
磁控管壽命 | ≥1000h |
3.4接收機技術指標
接收機技術指標主要包括中頻帶寬、動態範圍、噪聲係數、最小可測功率、數字中頻A/D位數等。具體技術指標見表4。
表4 接收機技術指標
項目 | 技術指標 |
接收通道數 | 單通道 |
中頻頻率 | 30MHz |
中頻帶寬（A/D）前 | 15MHz |
中頻帶寬（A/D）後 | 0.5MHz |
跟蹤頻率範圍 | f0±8 MHz |
線性動態範圍 | ≥80dB |
噪聲係數 | ≤4.0dB |
最小可測功率（靈敏度） | ≤－110dBm |
數字中頻接收機A/D變換位數 | ≥14位 |
3.5信號處理器技術指標
信號處理器技術指標見表5。
表5 信號處理器技術指標
項目 | 性能指標 |
強度模式積分方式 | 距離上採用分庫累積平均方式，方位角上採用滑動累積平均方式 |
方位採樣率 | 1° |
仰角採樣率 | 0.175° |
距離庫長 | 300m、600m |
距離庫數 | 1024 |
強度積分範圍 | 0～400km |
庫內累積平均次數 | ≥4次 |
方位累積平均次數 | 8、16、32、64可選 |
強度積分精度 | ≤1dB |
3.6監控系統技術要求
監控系統應能夠監測各分機的工作狀況，在雷達顯示子系統中顯示監測信息，系統工作不正常時報警，對系統工作狀態進行記錄。在雷達子系統的重要部位設有自保裝置，當出現工作不正常時，自保裝置啟動保護系統安全。同時系統配備功率測量、示波器等維護設備必須的儀表。
另外，監控系統還應具有對主要工作參數進行自動檢測和標定的功能。S波段常規天氣雷達的標校有在線自動標校和人工標校兩種。
在線自動標校通過機內在線檢測裝置對雷達主要參數進行實行標定和校準，是完全自動化的，不需要人工幹預。人工標校系統是在發射/接收分機輸入穩定的測試信號源，用於對系統進行標校。在人工的控制下，對回波強度信號進行準確定標。
雷達系統配備有準確的附屬測量儀表，如功率計、雷達綜合測試儀等，對系統的發射頻率、發射功率、接收機最小可測靈敏度、脈衝寬度等主要參數進行準確測量，進而對回波強度測量定標。
雷達系統具有進行天線方位角、仰角標校的裝置和太陽法檢查、校準功能。
3.7數據處理與顯示系統技術要求
顯示終端應具有方便靈活的程序控制、最佳動態顯示效果、系統網絡化通信和管理等功能，可通過雷達運行操控窗口、雷達信號參量設定窗口、實時回波圖像顯示窗口以及窗口上的控鍵實現全機的顯示和控制功能，實時顯示雷達工作狀態、雷達回波圖像等基本產品、二次產品和歷史資料等，具有電子地圖疊加功能。軟體設計應符合國家標準，軟體結構應便於修改升級與維護，各子程序之間、模塊之間、程序單元之間的依賴關係應減少到最低限度。
3.8氣象產品顯示要求
3.8.1基本數據產品顯示
基本數據產品將雷達觀測到的數據，不改變其數據的屬性，在多種不同的坐標中表現出來。
平面位置顯示（PPI），以極坐標的形式將獲取的數據用偽彩色編碼顯示，並可配上當地的地形、河流、行政區劃等地理信息。圖像中應標明時間、仰角、色標和雷達測站所在坐標。
距離高度顯示（RHI），圖像中應標明時間、方位角、色標和雷達測站坐標。
等高PPI顯示（CAPPI），該產品由雷達作體積掃描獲取的回波強度數據經處理後得出，高度由用戶設置。根據設置的高度，從體積掃描獲取的球坐標形式三維數據中選取鄰近該高度的數據，經過插值得出設置高度平面上回波強度的分布圖像數據。
任意垂直剖面顯示（VCS），是顯示降水垂直結構的一種產品，應用體積掃描獲得的三維數據來製作。在任一PPI圖像確定兩點，以此兩點的連線作為所需獲取垂直剖面的基線，採用插值方法從三維數據中獲得此剖面上的數據分布得出回波圖像。
3.8.2物理量產品顯示
雲層回波頂高分布顯示（ETPPI），運用不同彩色和色調表徵某一回波強度（dBZ）、回波頂高分布的圖像。應用體積掃描獲取的回波強度三維分布數據製作回波頂高分布的圖像。
垂直累積液態含水量顯示（VIL），是反映降水雲體中垂直液態含水總量分布圖像的產品。在一定的對應關係，在雷達獲得三維回波強度分布後，可直接轉換成液態含水量分布，對液態含水量從地面到雲頂進行累積，進而得到垂直累積液態含水量的分布，它有助於對強降水強對流天氣的判別。
雨強顯示（RZ），是由回波強度（Z）經過Z－R關係轉化為雨強（R），給出雨強分布的圖像產品。Z－R關係通常用表示，A、b兩係數可由用戶設置，預設時A＝200，b＝1.6。用戶可根據當地降水中微物理特性確定A、b係數。用戶可以運用當地雨量站資料對此產品進行對比、驗證，作出適當的修改。
雨量累積顯示（PA），是在RZ產品上擴展的另一種產品。對雨強隨時間的累積可得出累積時間間隔內的雨量，進而給出雨量分布的圖像。有一小時的降水量累積圖和任意小時的降水量累積圖（時間可選）。
3.9圖形處理要求
（1）時間覆蓋——某一高度上天氣情況的變化過程。
（2）高度覆蓋——某一時刻天氣在不同高度上分布情況。
（3）多畫面顯示，在同一畫面上同時顯示多至四幅圖形，以便比較。圖像的解析度大小有1280×1024及640×512可選，圖像的顯示位置有全屏幕、中心、左上、左下、右上、右下可選。
（4）連續動畫顯示——動畫速度可變、手動動畫。
（5）圖形平滑。
（6）圖形濾波。
（7）圖形直方圖統計。
（8）圖形放大、漫遊。
（9）圖形的存儲與地圖加載。
（10）圖形的遊標錄取方位、仰角、強度、距離和經緯度。
（11）屏幕拷貝。
（12）雷達整機的故障監測軟體。
（13）雷達系統控制軟體。
（14）雷達數據管理軟體。
（15）雷達定標校準程序。
4.通信要求
S波段常規天氣雷達監測到的災害性天氣信息、降水信息以及各類生成產品，應能通過寬帶通信（便攜衛星通信系統、光纖通信系統、無線擴頻等）及時傳送到各級用戶。文件名應符合相關傳輸系統的要求。徑向數據流的傳輸協議符合TCP/IP協議。
S波段常規天氣雷達應具有能滿足雷達原始數據實時傳輸的高速通信口。當雷達產品生成單元設置在當地氣象臺，而雷達站遠離氣象臺時，雷達站應能將雷達輸出的原始數據高速地傳送給氣象臺。
數據傳輸線路要有備份網絡（無線、光纖等），當有線數據傳輸出現故障時，能夠自動轉換到備份網絡傳輸，保證數據及時上傳。
5.培訓要求
在S波段常規天氣雷達交付完成之前，生產廠家應在設備出廠測試、現場安裝、故障檢修等過程中，對雷達站觀測、保障和管理人員進行必要的培訓，使其能夠熟悉雷達原理和性能，熟練雷達操作和維護。
6.配套設備和附屬設備要求
6.1配套設備
應提供隨機測量儀器、維修備件和工具、技術說明書、使用說明書、電原理圖冊等；提供系統每個組件及其內部最小可更換單元的信號輸入/輸出波形和參數，以及其他重要部件的參數；配置必要的隨機測量儀器設備等，以適應雷達安裝、調整，以及方位、仰角、距離、強度等標定需要。
6.2附屬設備
（1）供電設施：市電配電。
（2）發電機：用於市電斷電後的電力供應，保證雷達工作正常。
（3）UPS：保證必要的電子設備在完全斷電的情況下，關鍵數據的保存。
（4）防雷設施：為雷達、供電設施、工作室防雷。
7.驗收要求
S波段常規天氣雷達是投入氣象業務運行的主要天氣雷達設備，為保證其滿足氣象業務的需求，必須嚴格其生產過程的質量控制，嚴格執行系統出廠前測試、驗收，現場安裝測試、驗收，以及業務試運行、驗收等各項程序。
7.1出廠驗收
出廠驗收時所需進行的測試主要包括以下內容：
天線系統測試檢驗 | 審查天線波束波瓣特性、天線增益等 |
天線伺服系統檢測 | 掃描方式、天線轉速、定位精度等 |
發射機測試 | 發射頻率、發射功率、脈衝重複頻率、脈衝寬度等 |
接收機測試 | 最小可測靈敏度、線性動態範圍等 |
數字中頻/信號處理器測試 | 庫長庫數檢驗、強度精度測試、庫數和距離檔匹配檢驗、最大測量範圍和距離檔匹配檢驗等 |
數據處理顯示檢驗 | 系統操作功能檢驗、系統生成產品檢驗等 |
考機試驗是設備出廠前的重要試驗，S波段常規天氣雷達系統出廠前應進行12小時連續運行考機試驗。
出廠驗收時，應對系統配備的重要備份器件進行安裝、通電檢查。
在系統經過各項測試、檢驗合格後，生產廠家提供正式報告，經批准後雷達出廠。
7.2現場驗收
現場驗收是S波段常規天氣雷達系統進入氣象業務使用的關鍵程序。系統安裝後，應使用系統的內置儀表和附屬儀表對架設後的系統進行全面的測試、標校、定標，合格後經過現場驗收，系統投入業務試運行。
系統架設後對天線座的水平進行定標，運用太陽法對天線仰角、方位角進行修正，並運用當地的地形地物對其進行檢驗。對發射功率、發射頻率、最小可測功率等主要參數進行測試。對接收機動態範圍進行檢驗，對回波強度測量進行定標。
系統測試檢驗合格後提供正式報告，經現場驗收後投入業務試運行。
7.3業務驗收
系統經過一年以上的業務試運行，經業務驗收後正式投入業務運行。
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