（長沙市氣象局大氣探測中心，湖南長沙 410000）

0.引言

要使天氣預(yù)報(bào)做到精準(zhǔn)，高空氣象數(shù)據(jù)獲取上就必須做到高精準(zhǔn)、高品質(zhì)。作為高空氣象的觀測平臺L波段探空雷達(dá)，其工作狀態(tài)是否正常和規(guī)范，直接影響到高空氣象數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。因此，雷達(dá)觀測精度標(biāo)校是雷達(dá)機(jī)務(wù)人員日常維護(hù)的重要工作之一。

1.按照中國氣象局的規(guī)范要求，雷達(dá)在使用一定時間后必須進(jìn)行精度檢查標(biāo)校

1.1 雷達(dá)標(biāo)校的主要項(xiàng)目

雷達(dá)標(biāo)校的主要項(xiàng)目：光軸與俯仰軸垂直標(biāo)定、光軸與海平面平行標(biāo)定、方位角標(biāo)定、距離零點(diǎn)標(biāo)定、光軸、機(jī)械軸與電軸一致的標(biāo)定等。

1.2 《L波段高空氣象探測系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)、維修手冊》要求

1.2.1 距離零點(diǎn)標(biāo)定要求

（1）小發(fā)射機(jī)標(biāo)定要求將探空儀放置在距離雷達(dá)100m～200m處；（2）大發(fā)射機(jī)標(biāo)定要求將探空儀放置在距離雷達(dá)100m～450m以上處。

1.2.2 光軸、機(jī)械軸與電軸一致性要求

（1）檢查光軸與仰角軸垂直，利用固定目標(biāo)物進(jìn)行標(biāo)定，要求固定目標(biāo)物＞2km；（2）正點(diǎn)放球時間，使用經(jīng)緯儀和瞄準(zhǔn)鏡并觀察雷達(dá)顯示器四條亮線進(jìn)行標(biāo)定；要求操作人員業(yè)務(wù)熟練、配合默契；（3）系留氣球法，要求在靜風(fēng)或微風(fēng)的白天進(jìn)行，且目標(biāo)探空儀的仰角應(yīng)＞15°，斜距應(yīng)＞500m。

2.傳統(tǒng)標(biāo)定方式的局限性

由于探空業(yè)務(wù)對周邊觀測環(huán)境的要求，許多探空站山頂或城市郊區(qū)制高點(diǎn)，建于山頂之上的雷達(dá)若按規(guī)范要求進(jìn)行標(biāo)定則很難達(dá)到要求。如：建在山頂上的雷達(dá)天線，其山頂平面一般都不到100m，探空儀與雷達(dá)的距離應(yīng)在100m～200m處的要求。再如：光軸、機(jī)械軸與電軸一致性標(biāo)定，要求固定目標(biāo)物＞2km且高于雷達(dá)，也很難合乎要求。較為精確的系留氣球法，由于要求要求在靜風(fēng)或微風(fēng)的白天進(jìn)行，且目標(biāo)探空儀的仰角應(yīng)＞15°，斜距應(yīng)＞500m，無論人力物力都很難實(shí)現(xiàn)。

針對上述的難點(diǎn)，目前普遍采取主要采取人工計(jì)算理論參數(shù)對比訂正。比如雷達(dá)站周圍找不到2km外的目標(biāo)，則采用人工自制設(shè)備作為近距離目標(biāo)物，以理論計(jì)算為依據(jù)，調(diào)整和理論依據(jù)同遠(yuǎn)距離目標(biāo)物標(biāo)定一致。雖然能夠達(dá)標(biāo)，但精度會受到一定的影響。而應(yīng)用白天或正點(diǎn)放球進(jìn)行標(biāo)定，因?yàn)闅馇蚴强焖僖苿拥哪繕?biāo)，且要多人配合，因此很難在短時間內(nèi)一次性迅速精確調(diào)整到位。

3.應(yīng)用無人機(jī)進(jìn)行雷達(dá)標(biāo)定可解決客觀條件的局限，有效提高標(biāo)定精度

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)愈加成熟，無人機(jī)也成了氣象服務(wù)的重要成員，能夠在氣象工作多領(lǐng)域，提供全方位、多元化輔助工作，使氣象工作從平面延伸到空間。（以使用的大疆精靈4為例）。

3.1 工作特性

無人機(jī)具有不受場地、距離限制，可多次往返作業(yè)，搭載目標(biāo)物可在任意點(diǎn)懸停固定等特性。

（1）該型無人機(jī)的控制距離在3.5km～7km，因此，在雷達(dá)標(biāo)定時，可迅速達(dá)到標(biāo)定所要求的任意位置；

（2）載荷能力1kg以上，可掛載約500g的探空儀擔(dān)任目標(biāo)物；

（3）一次飛行滯空可達(dá)30min，為工作人員檢查調(diào)整留有充裕的時間；

（4）可在任意高度和方位懸停，為標(biāo)定提供較多的參考數(shù)據(jù)；

（5）可往返多次懸掛不同的探空儀進(jìn)行平均值標(biāo)定，避免因探空儀性能差異誤導(dǎo)而影響標(biāo)定精度。

3.2 應(yīng)用無人機(jī)進(jìn)行雷達(dá)標(biāo)定的方法

2017年長沙探空站嘗試使用無人機(jī)進(jìn)行探空雷達(dá)標(biāo)定，實(shí)踐證明，應(yīng)用無人機(jī)進(jìn)行雷達(dá)標(biāo)定可達(dá)到技術(shù)規(guī)范要求。主要標(biāo)定項(xiàng)目和方法：

3.2.1 大、小發(fā)射機(jī)距離標(biāo)定

應(yīng)用無人機(jī)可定點(diǎn)、定高、定距的特性，用無人機(jī)將探空儀飛至距離雷達(dá)天線直線距離約100m～200m的地方，因?yàn)椴煌奶娇諆x存在回答延時差異，一般選用2～3個探空儀，取平均值。

方法：無人機(jī)懸掛探空儀飛至距雷達(dá)200m處設(shè)置定高懸停，在“放球軟件”中調(diào)整距離按鈕的左、右鍵，使控制面板上測距顯示為200m，調(diào)整測距板11～3上的撥碼開關(guān)s1，其值分別為4、8、16、32……，使回波處于2km掃描基線上的“凹口”之間，將測距開關(guān)點(diǎn)擊至“自動”，觀查顯示距離與實(shí)際距離是否為200m，否則進(jìn)行調(diào)整。再使無人機(jī)往返懸掛2～3個探空儀取平均值完成標(biāo)定[1]。

大發(fā)射機(jī)距離標(biāo)定，可將無人機(jī)飛至450m處定高懸停，標(biāo)定方式與小發(fā)射機(jī)標(biāo)定相同。撥碼開關(guān)為s2，其值為8、6、32、64 ……。

3.2.2 光軸、機(jī)械軸與電軸一致性標(biāo)定

該項(xiàng)目標(biāo)定要求要保證固定目標(biāo)物離雷達(dá)距離大于2km。在理論分析中，因?yàn)榫嚯x足夠遠(yuǎn)俯仰轉(zhuǎn)動的距離可忽略不計(jì)。若距離不夠遠(yuǎn)，則會影響標(biāo)定的精度[2]。而使用無人機(jī)則可將目標(biāo)物搭載至標(biāo)定的最佳位置。

方法：（1）光軸與俯仰軸垂直標(biāo)定。使用無人機(jī)將目標(biāo)物搭載至＞2km的位置固定懸停，調(diào)整瞄準(zhǔn)鏡支架三角板，使得三角板平面與俯仰軸垂直，使光軸與俯仰軸垂直標(biāo)定誤差應(yīng)＜0.1°即可。（2）光軸與電軸一致性標(biāo)定。無人機(jī)將目標(biāo)物搭載至＞2km的位置，如果回答器在瞄準(zhǔn)鏡內(nèi)的位置與十字線中心的偏離＜ 0.1°，即光軸與電軸一致，則為合格。若偏離＞0.1°，需調(diào)整移相器的光軸與電軸至一致[3]。

3.2.3 方位角的標(biāo)定

無人機(jī)將目標(biāo)物搭載至＞2km的方位角為360°的位置，轉(zhuǎn)動天線，使瞄準(zhǔn)鏡對準(zhǔn)目標(biāo)物，用經(jīng)緯儀對準(zhǔn)同一目標(biāo)物并讀取目標(biāo)物的方位角，可以將這個方位角作為天線的實(shí)際方位角，若與天線方位角讀數(shù)有差異，則轉(zhuǎn)動天線至實(shí)際方位角讀書位置，調(diào)整11～8方位板為0°，完成標(biāo)定[4]。

此外，應(yīng)用無人機(jī)還可以在實(shí)行系留氣球法進(jìn)行雷達(dá)全方位標(biāo)定時，按照目標(biāo)探空儀對應(yīng)探空雷達(dá)的仰角應(yīng)＞15°，斜距應(yīng)＞500m要求，飛至數(shù)百米的高空懸停，替代系留氣球完成標(biāo)定工作作用。

4.結(jié)語

以無人機(jī)作為雷達(dá)標(biāo)定的輔助工具，可以較大程度的滿足雷達(dá)標(biāo)定的技術(shù)規(guī)范要求，提高雷達(dá)標(biāo)定的精確度，從而保證了高空氣象觀測數(shù)據(jù)的精確性。同時還能縮短雷達(dá)維護(hù)時間，提高工作效率，節(jié)省人力物力，起到事半功倍的作用。