解码风云擦亮探测之“眼”—我国相控阵天气雷达研制与测试试验侧记

本文转自：中国气象报

作为防灾减灾“侦察兵”，天气雷达是进行大气、云及降水物理研究和探测的主要工具之一。目前天气雷达一般为多普勒天气雷达，随着天气雷达技术的发展，双偏振天气雷达和相控阵天气雷达相继问世，而身怀“独门绝技”的相控阵天气雷达能让尺度小、变化快的灾害性天气密码更易“破解”。

作为天气雷达家族的新生代，相控阵天气雷达有何“过人之处”？它的眼睛更像是蜻蜓的复眼，由许多个“小眼睛”排列组成，每个“小眼睛”发出电磁波的相位不一样，合成指向不同方向的波束，可同时对一整个平面进行电子扫描。

如果说常规机械扫描多普勒天气雷达对天气状况是在进行“X光片”扫描，那么，相控阵天气雷达则是提供“核磁共振”的精准监测——看得快、看得细、看得全。相控阵监测连续性更强、覆盖仰角更广、时空分辨精度更高，能够提早4分钟至6分钟识别出新生对流单体，提供更精细准确的天气画像。

早在2005年，中国气象局便启动设立行业专项课题，采用模拟相控阵技术，开展S波段相控阵天气雷达系统关键技术研究，通过原理样机论证相控阵体制在天气雷达上实现的可能。

擘画宏图，激发力量。加装“科技之 眼”的 天 气 雷 达 开 启 一 路“狂飙”——

2016年，采用数字相控阵技术，成功研制首部C波段相控阵天气雷达，并在大兴国际机场获得业务化应用，全面提高了地物杂波抑制能力、抗干扰能力和自动化探测能力，能更快、更准确地发现雷雨、大风、下击暴流、风切变等影响航空安全的危险天气，并能够更加精细化地捕捉和分析危险天气的内部结构，为精准的航空预报服务提供探测依据，成为大兴机场监测风云变幻的“天眼”。

通过“全数字相控阵+双偏振技术”，成功研制我国首部S波段双偏振相控阵天气雷达，并于2021年在福建省福州市闽侯县大湖乡雪峰村启用。该雷达利用大量可控制的小型天线单元排列成一维相扫天线阵面，每个天线单元都由独立的移相开关控制，通过控制各天线单元发射的相位，合成不同相位波束。天线阵列有16000多个天线单元，全部由计算机自动控制灵活探测，最大探测距离460公里，双偏振测量距离230公里，最小距离分辨力31.25米，1分钟可扫描完成20层仰角。

2022年，中国气象局雷达气象中心联合福建省气象局开展闽侯S波段相控阵天气雷达 （SPAR）测试、标定、观测试验。完成对雷达天线参数、系统性能参数、系统功能、关键器件等测试，并进行强度标定和太阳法标定，充分掌握SPAR系统现阶段技术状态。随后开展相控阵雷达观测模式试验，并与周边SA雷达比对分析，观测资料应用于精细化观测今年第5号台风“杜苏芮”。

今年9月，中国气象局成立相控阵天气雷达测试评估组（以下简称“测试评估组”），负责我国大型相控阵天气雷达的测试评估，研究并提出相控阵天气雷达技术性能及应用的改进建议。经测试评估组多次研究讨论，制定《相控阵天气雷达测试评估组工作方案 （2023—2025年）》等三项指导文件。

为深入了解国内相控阵天气雷达技术发展动态，特别是在技术体制、技术路线、技术指标、观测模式设计、测试和标校、应用软件开发等方面的工作进展，11月13日至14日，测试评估组赴中国电子科技集团第三十八研究所和安徽四创电子股份有限公司，现场调研S波段相控阵天气雷达研制进展和测试评估体系建设，查看多类已建大型相控阵雷达设备和微波暗室，详细了解各类设备组部件生产工艺、系统组装情况、测试标校方法和质量保证体系。

与此同时，测试评估组技术人员赴闽侯开展我国首次大型平板相控阵天气雷达全链路标定试验，利用无人机搭载标准金属球，对闽侯S波段双偏振相控阵天气雷达的反射率、差分反射率因子等关键参数进行测量。

此次标定试验，有效验证了S波段相控阵天气雷达的关键参数配置，同时检验了相控阵天气雷达金属球标校方案的科学性、合理性和可操作性，为后续完善相控阵雷达标定、测试方法提供支撑。

“相控阵天气雷达技术是我国下一代天气雷达的重要发展方向。”测试评估组负责人、中国气象局气象探测中心三级职员裴翀表示，更快的扫描速度、更广的三维覆盖区域、更高质量的观测数据，使相控阵技术具备满足当前和未来天气观测任务需求的能力。

未来，测试评估组将继续开展相控阵关键技术调研、标定试验、系统测试及评估等工作，最终建立成体系、分层次的相控阵天气雷达测试流程与评估方法，推进我国相控阵天气雷达技术发展。