新一代天氣雷達(CINRAD-CD)探測環(huán)境保護

1、新一代天氣雷達（CINRAD/CD）探測環(huán)境保護計算方法根據(jù)氣象探測環(huán)境保護和設施保護辦法第十一條和貴州省氣象條例第九條（天氣雷達站主要探測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°。天氣雷達站四周不得有對雷達接收產(chǎn)生干擾的干擾源）對天氣雷達站探測環(huán)境保護的技術規(guī)定，結合CINRAD/CD型新一代天氣雷達探測特性和指標，特制定CINRAD/CD型新一代天氣雷達站探測環(huán)境保護算法。具體算法如下：一、雷達天線輻射電磁波場區(qū)劃分根據(jù)電磁輻射原

2、理，將雷達天線周圍的電磁場區(qū)劃分為輻射近場區(qū)和輻射遠場區(qū)。如圖1所示：輻射近場區(qū)的外邊就是輻射遠場區(qū)。遠場區(qū)的起始邊界規(guī)定為R=（2D2/入）。R是觀察點到天線的距離，D是雷達天線直徑，入是雷達波長。在近場區(qū)的0（D2/2入）起始部分為波束平行區(qū)，認為電磁輻射大體上是平行的；在R>（D2/2入）的過渡區(qū)域內(nèi)，場以半角為入/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場區(qū)。近場區(qū)內(nèi)探測環(huán)境保護算法如下：1、在圖1中0R=(D2/2入)的平行波束區(qū)距離范圍內(nèi)，以雷達天線口下沿平行線為氣象探測環(huán)境保護基準線。障礙物允

3、許高度計算方法如下：如圖2,“o”點為雷達天線中心點，A為雷達天線在0.5°仰角(ZACB=0.5°)掃描時平行波束區(qū)內(nèi)障礙物最高點的限制海拔高度。C為雷達天線口下沿點海拔高度，B與C處于同一水平面?！癓”為障礙物到雷達天線的最近水平距離。障礙物最高點A的限制海拔高度計算公式如下：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環(huán)境保護基準線。障礙物允許高度計算方法如下：如圖3,“O”點為雷達天線中心點，丨0丨為O點

4、海拔高度，A為雷達天線在0.5°仰角掃描時障礙物最高限制點的海拔高度。A與“O”處于同一水平面，海拔高度等同。E為雷達站站址海拔。障礙物最高點A的限制海拔高度計算如下：雷達，天線1障礙物0.5圖3:近場又內(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）此時雷達天線在05°仰角掃描時，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際重合。三、在R（2D2/入）的遠場區(qū)外，以天線中心線為氣象探測環(huán)境保護基準線。此時可以允許障礙物對雷達電磁波束構成0.5°

5、;（主要探測方向）或1。（非主要探測方向）仰角的遮擋，但障礙物的遮擋條件必須受到限制，其高度與橫向寬度計算方法如下：如圖4所示：圖中“o”點為雷達天線中心點；“L”為孤立障礙物與雷達天線中心點的最近水平距離；“A”為雷達天線在1。仰角掃描時雷達波束受障礙物遮擋的最高點海拔高度；“B”為雷達天線在0.5°仰角掃描時雷達波束受障礙物遮擋的最高點海拔高度；“o”為雷達天線中心點海拔高度，與“C”點處于同一水平面；“E”為雷達站站址海拔高度。“波束1”與“波束2”分別表示雷達天線在1°和0.5°仰角掃描時雷達波束的中心線。1、當雷達波束受孤立障礙物遮擋時，障礙物最高點的限

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

7、“°”為雷達天線中心點，“a”和“b”分別表示雷達波束在某一仰角環(huán)掃方位上受孤立障礙物遮擋后的水平橫向距離限制點。圖中ab之間的距離表示為圓周上的弦長。lab丨為孤立障礙物的水平橫向限制距離，即雷達天線在某一仰角向四周掃描時，從雷達天線中心處向障礙物掃描方向看去的水平橫向距離?！癱”為雷達天線在0°仰角掃描時中心波束線與孤立障礙障物的切點，與“0”點處于同一海拔高度?！癲”為雷達天線中心點到弦長ab的垂直距離交點°Zaob為雷達天線掃描方位角，Zboc為雷達天線掃描仰角。丨od|為雷達天線中心到弦長丨ab|的垂直距離。2.1當“天氣雷達站主要探測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，雷達波束受|ab|<2*|od|*tg(Zaob/2),Zaob=0.5°此時Zboc=0.5°2.2“天氣雷達站其他方向(非主要探測方向)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，雷達波束受孤立障礙物遮擋的方位橫向距離計算公式如下：|ab|<2*|od|*tg(Zaob/2),Zaob=1°此時Zboc=1°3、“總的遮擋方位角不得大于5°”條件下，雷達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算公式如下：刀Iab

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

10、以下四個條件限制： 障礙物必須為孤立障礙物； 障礙物遮擋雷達波束的仰角必須0.5°，即滿足公式的條件； 障礙物遮擋雷達波束的方位角要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方向障礙物遮擋橫向距離的總和要滿足公式的條件。（2）當障礙物處于雷達非主要探測方向，并對雷達波束構成遮擋時，障礙物的高度與寬度受以下四個條件限制：障礙物必須為孤立障礙物； 障礙物遮擋雷達波束的仰角必須v1。，即滿足公式的條件； 障礙物遮擋雷達波束的方位角要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方向障礙物橫向遮擋距離的總和要滿足公式的條件。五、計算用語與符號說明1、雷達波束是指雷達天線發(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、樹木等對雷達探測方向（雷達電磁波發(fā)射途徑區(qū)域）有遮擋的物體。3、孤立