新一代天氣雷達(dá)(CINRAD-CD)探測(cè)環(huán)境保護(hù)

1、新一代天氣雷達(dá)（CINRAD/CD）探測(cè)環(huán)境保護(hù)計(jì)算方法根據(jù)氣象探測(cè)環(huán)境保護(hù)和設(shè)施保護(hù)辦法第十一條和貴州省氣象條例第九條（天氣雷達(dá)站主要探測(cè)方向的遮擋仰角不得大于0.5°,孤立遮擋方位角不得大于0.5°；其他方向的遮擋仰角不得大于1°，孤立遮擋方位角不得大于1°，且總的遮擋方位角不得大于5°。天氣雷達(dá)站四周不得有對(duì)雷達(dá)接收產(chǎn)生干擾的干擾源）對(duì)天氣雷達(dá)站探測(cè)環(huán)境保護(hù)的技術(shù)規(guī)定，結(jié)合CINRAD/CD型新一代天氣雷達(dá)探測(cè)特性和指標(biāo)，特制定CINRAD/CD型新一代天氣雷達(dá)站探測(cè)環(huán)境保護(hù)算法。具體算法如下：一、雷達(dá)天線輻射電磁波場(chǎng)區(qū)劃分根據(jù)電磁輻射原

2、理，將雷達(dá)天線周?chē)碾姶艌?chǎng)區(qū)劃分為輻射近場(chǎng)區(qū)和輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。如圖1所示：輻射近場(chǎng)區(qū)的外邊就是輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的起始邊界規(guī)定為R=（2D2/入）。R是觀察點(diǎn)到天線的距離，D是雷達(dá)天線直徑，入是雷達(dá)波長(zhǎng)。在近場(chǎng)區(qū)的0（D2/2入）起始部分為波束平行區(qū)，認(rèn)為電磁輻射大體上是平行的；在R>（D2/2入）的過(guò)渡區(qū)域內(nèi)，場(chǎng)以半角為入/D弧度的錐形向外發(fā)散，R=（D2/2入）處的天線孔徑中心與邊緣行程差為入/4;在R>（2D2/入）處則是天線的輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。近場(chǎng)區(qū)內(nèi)探測(cè)環(huán)境保護(hù)算法如下：1、在圖1中0R=(D2/2入)的平行波束區(qū)距離范圍內(nèi)，以雷達(dá)天線口下沿平行線為氣象探測(cè)環(huán)境保護(hù)基準(zhǔn)線。障礙物允

3、許高度計(jì)算方法如下：如圖2,“o”點(diǎn)為雷達(dá)天線中心點(diǎn)，A為雷達(dá)天線在0.5°仰角(ZACB=0.5°)掃描時(shí)平行波束區(qū)內(nèi)障礙物最高點(diǎn)的限制海拔高度。C為雷達(dá)天線口下沿點(diǎn)海拔高度，B與C處于同一水平面?！癓”為障礙物到雷達(dá)天線的最近水平距離。障礙物最高點(diǎn)A的限制海拔高度計(jì)算公式如下：A<C+L*tg(ZACB),ZACB=05°,L<(D2/2入)；2、在非平行波束區(qū)的近場(chǎng)區(qū)內(nèi)（圖1中D2/2入到2D2/入之間的距離.）,以天線中心.線以下入/D；弧度邊線為氣象探測(cè)環(huán)境保護(hù)基準(zhǔn)線。障礙物允許高度計(jì)算方法如下：如圖3,“O”點(diǎn)為雷達(dá)天線中心點(diǎn)，丨0丨為O點(diǎn)

4、海拔高度，A為雷達(dá)天線在0.5°仰角掃描時(shí)障礙物最高限制點(diǎn)的海拔高度。A與“O”處于同一水平面，海拔高度等同。E為雷達(dá)站站址海拔。障礙物最高點(diǎn)A的限制海拔高度計(jì)算如下：雷達(dá)，天線1障礙物0.5圖3:近場(chǎng)又內(nèi)（訃平衍波束X）障礙物限奩示意圖亠波束邊粽2基腳水平面中心波束1卩1"*天幾中心水平躺波束邊録1AIo丨，且（D2/2入）L（2D2/入）此時(shí)雷達(dá)天線在05°仰角掃描時(shí)，中心線以下入/D弧度邊線（圖3中波束邊緣1）與天線中心水平線實(shí)際重合。三、在R（2D2/入）的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)外，以天線中心線為氣象探測(cè)環(huán)境保護(hù)基準(zhǔn)線。此時(shí)可以允許障礙物對(duì)雷達(dá)電磁波束構(gòu)成0.5°

5、;（主要探測(cè)方向）或1。（非主要探測(cè)方向）仰角的遮擋，但障礙物的遮擋條件必須受到限制，其高度與橫向?qū)挾扔?jì)算方法如下：如圖4所示：圖中“o”點(diǎn)為雷達(dá)天線中心點(diǎn)；“L”為孤立障礙物與雷達(dá)天線中心點(diǎn)的最近水平距離；“A”為雷達(dá)天線在1。仰角掃描時(shí)雷達(dá)波束受障礙物遮擋的最高點(diǎn)海拔高度；“B”為雷達(dá)天線在0.5°仰角掃描時(shí)雷達(dá)波束受障礙物遮擋的最高點(diǎn)海拔高度；“o”為雷達(dá)天線中心點(diǎn)海拔高度，與“C”點(diǎn)處于同一水平面；“E”為雷達(dá)站站址海拔高度?！安ㄊ?”與“波束2”分別表示雷達(dá)天線在1°和0.5°仰角掃描時(shí)雷達(dá)波束的中心線。1、當(dāng)雷達(dá)波束受孤立障礙物遮擋時(shí)，障礙物最高點(diǎn)的限

6、制海拔高度計(jì)算如下：1.1“雷達(dá)站主要探測(cè)方向的遮擋仰角不得大于0.5°”條件下，孤立障礙物遮擋雷達(dá)波束在垂直方向上最高點(diǎn)“B”的限制海拔高度計(jì)算如下：B<C+tg(ZB°C)*L,ZB°C=0.5°,L2D2/入1.2“雷達(dá)站其它方向（非主要探測(cè)方向）的遮擋仰角不得大于1°”條件下，孤立障礙物遮擋雷達(dá)波束在垂直方向上最高點(diǎn)“A”的限制海拔高度計(jì)算如下：A<C+tg（ZA°C）*L,ZA°C=1°,L>（2D2/入）2、當(dāng)雷達(dá)波束受孤立障礙物遮擋時(shí)，障礙物遮擋方位橫向距離計(jì)算方法：如圖5所示：圖中

7、“°”為雷達(dá)天線中心點(diǎn)，“a”和“b”分別表示雷達(dá)波束在某一仰角環(huán)掃方位上受孤立障礙物遮擋后的水平橫向距離限制點(diǎn)。圖中ab之間的距離表示為圓周上的弦長(zhǎng)。lab丨為孤立障礙物的水平橫向限制距離，即雷達(dá)天線在某一仰角向四周掃描時(shí)，從雷達(dá)天線中心處向障礙物掃描方向看去的水平橫向距離。“c”為雷達(dá)天線在0°仰角掃描時(shí)中心波束線與孤立障礙障物的切點(diǎn)，與“0”點(diǎn)處于同一海拔高度?！癲”為雷達(dá)天線中心點(diǎn)到弦長(zhǎng)ab的垂直距離交點(diǎn)°Zaob為雷達(dá)天線掃描方位角，Zboc為雷達(dá)天線掃描仰角。丨od|為雷達(dá)天線中心到弦長(zhǎng)丨ab|的垂直距離。2.1當(dāng)“天氣雷達(dá)站主要探測(cè)方向的遮擋仰角不得

8、大于0.5°，孤立遮擋方位角不得大于05°”條件下，雷達(dá)波束受|ab|<2*|od|*tg(Zaob/2),Zaob=0.5°此時(shí)Zboc=0.5°2.2“天氣雷達(dá)站其他方向(非主要探測(cè)方向)的遮擋仰角不得大于1°，孤立遮擋方位角不得大于1°”條件下，雷達(dá)波束受孤立障礙物遮擋的方位橫向距離計(jì)算公式如下：|ab|<2*|od|*tg(Zaob/2),Zaob=1°此時(shí)Zboc=1°3、“總的遮擋方位角不得大于5°”條件下，雷達(dá)波束在所有方位允許受孤立障礙物遮擋的橫向距離總和計(jì)算公式如下：刀Iab

9、|2*|od|*tg（Zaob/2）,Zaob=5°刀Iab|表示雷達(dá)波束在主要探測(cè)方向上和非主要探測(cè)方向上允許受孤立障礙物方位遮擋橫向距離的總和。四、結(jié)論1、當(dāng)障礙物位于雷達(dá)電磁輻射近場(chǎng)區(qū)內(nèi)時(shí)，障礙物對(duì)雷達(dá)波束不能構(gòu)成遮擋（以免破壞電磁波形成）。障礙物在0（D2/2入）距離范圍內(nèi)，其最高點(diǎn)限制海拔高度用公式計(jì)算；障礙物在（D2/2入）（2D2/入）距離范圍內(nèi)（非平行波束區(qū)），其最高點(diǎn)限制海拔高度用公式進(jìn)行計(jì)算。2、當(dāng)障礙物位于雷達(dá)電磁輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)時(shí)（2D2/入），障礙物的高度與寬度限制條件分以下兩種情況：（1）當(dāng)障礙物處于雷達(dá)主要探測(cè)方向，并對(duì)雷達(dá)波束構(gòu)成遮擋時(shí)，障礙物的高度與寬度受

10、以下四個(gè)條件限制： 障礙物必須為孤立障礙物； 障礙物遮擋雷達(dá)波束的仰角必須0.5°，即滿足公式的條件； 障礙物遮擋雷達(dá)波束的方位角要0.5°，即滿足公式的條件； 障礙物橫向遮擋距離的總和與非主要探測(cè)方向障礙物遮擋橫向距離的總和要滿足公式的條件。（2）當(dāng)障礙物處于雷達(dá)非主要探測(cè)方向，并對(duì)雷達(dá)波束構(gòu)成遮擋時(shí)，障礙物的高度與寬度受以下四個(gè)條件限制：障礙物必須為孤立障礙物； 障礙物遮擋雷達(dá)波束的仰角必須v1。，即滿足公式的條件； 障礙物遮擋雷達(dá)波束的方位角要v1。，即滿足公式的條件； 障礙物橫向遮擋距離的總和與主要探測(cè)方向障礙物橫向遮擋距離的總和要滿足公式的條件。五、計(jì)算用語(yǔ)與符號(hào)說(shuō)明1、雷達(dá)波束是指雷達(dá)天線發(fā)射的電磁波束，具有一定的波束寬度。2、障礙物是指建筑、作物、樹(shù)木等對(duì)雷達(dá)探測(cè)方向（雷達(dá)電磁波發(fā)射途徑區(qū)域）有遮擋的物體。3、孤立