自第二次世界大战后雷达开始应用于气象领域以来,工程师和操作人员一直面临着一些重大挑战。从数据处理的准确性到雷达投资的维护和使用寿命,都明确需要改进杂波抑制、自动校准、维护和远程监控。当一个或多个雷达被用作综合气象网络的主要数据点时,这些问题就显得尤为重要。

开发 Baron Gen3 系列天气雷达的主要目标就是解决这些难题。为此,男爵的工程师们采用了新技术和新工艺,以确保精确的水文气象探测,并尽可能延长正常运行时间和减少人力。

日惹雷达顶部
印度尼西亚气象、气候和地球物理局(BMKG)所需的 Yogykarta 雷达顶部。

自动校准

正确校准雷达对气象组织的成功至关重要。未经校准或校准不良的雷达会生成劣质的基础数据,从而限制其用途并导致错误的天气预报。当通过雷达网络跟踪大风暴时,由于需要将多个雷达的数据结合起来,因此整个雷达网络必须按照一个众所周知的标准进行校准。此外,由于基础数据用于生成降雨估算、冰雹探测和雨雪判别产品,因此基础数据中的微小错误都可能导致衍生产品出现重大误差。

由巴伦雷达气象学家和工程师组成的团队曾为美国国家气象局、联邦航空管理局和国防部的 NEXRAD 全国双极化升级项目开发了一套创新的校准程序,在完成体积扫描后约六秒的天线回溯期间进行校准。对于 Gen3 系列,该例行程序经过调整和增强,可提供连续的自动逐仓 ZDR 校准功能

图中显示了 10 个 NEXRAD 站点的校准结果。
该图描述了用于说明校准稳定性的 10 个 NEXRAD 站点沿水平通道的校准结果。

以前,雷达系统每年只能校准一到两次。现场人员需要等待晴朗无雨的日子,才能停止气象监测,并根据方位角重新调整天线方向。

ZDR 通常称为差分反射率,是这些校准的基础。之所以选择 ZDR,是因为它对计算水文流星分类非常重要。一旦基础双极矩校准精度达到 .1dB,所有其他数据产品都将受益于校准精度的提高。

下一代校准技术解决了多个操作难题:首先,无需人工互动,避免了校准误差,实现了可靠的全网校准。校准可在任何天气下进行;新技术考虑了雨水和雷达罩上的其他有害影响(如接缝、鸟粪和自然磨损),并且不需要太阳测量。此外,无需进行硬件测量,从而减少了设备需求和出错机会。

杂波抑制

由地形、湿度、建筑物甚至鸟类和昆虫迁徙造成的杂波会对雷达的精确显示造成严重破坏,进而影响雷达生成的增值产品。2000 年代末,俄克拉荷马大学中尺度气象研究合作研究所 (CIMMS) 开发了 CLEAN-AP™使用自适应 处理的杂波环境 分析)杂波过滤技术的初步实施方案。巴伦公司与 OU 合作,授权 CLEAN-AP™ 在其雷达系统中独家使用。

与老式地面杂波滤波器相比,CLEAN-AP 的优势包括

  • CLEAN-AP™ 可自动检测和抑制杂波,无需人工干预。
  • 通过 CLEAN-AP™ 的实时地面杂波探测功能,无需绘制杂波地图。
  • CLEAN-AP™ 采用自适应数据窗口,在杂波抑制和数据质量之间实现了良好的折中。
  • CLEAN-AP™ 是一种集成流程,提供了一种单一算法,用于逐仓检测和过滤地面杂波。

作为集成网络的一部分,CLEAN-AP™ 独特的杂波过滤能力至关重要。通过大幅提高基础数据的准确性,从数据收集和集成到预报模型,整个系统都能从中受益,最终为公众提供更有效的预报和警报。

CLEAN-AP™ 前后示例
CLEAN-AP™ 商标归俄克拉荷马大学董事会所有

远程监控和维护

每个气象组织都要面对技术需求与相对缺乏的人力和财力资源之间的持续平衡。Gen3 雷达系列的内置测试设备 (BITE) 可持续监控系统状态。评估参数包括重要系统的温度、电源电压和电流、波导开关位置、发射机性能、校准状态等。

气象雷达内的天线式电子设备
安装在天线上的电子设备由于靠近雷达天线,因此信号损耗小,可确保持续的高性能和高精度。

如果诊断仪检测到故障,操作员会通过电子邮件自动收到通知,系统会对界面进行监控。这种功能可以在系统发生故障之前纠正任何问题。此外,由于 Baron Gen3 雷达采用了固有的模块化系统架构,因此系统组件更容易更换。因此,用户的整个气象探测网络的正常运行时间更长,人员更少,精度更高。

模块化设计使用户可以根据需要快速升级或更换组件。系统之间最大程度的通用性意味着用户可以在整个网络中保持备件库存,从而实现更快的组件更换和更低的成本。

无与伦比的支持

Baron Gen3 系统目前在全球范围内采用固定式、可运输式和移动式设计。可提供 C 波段、X 波段、S 波段和高频 S 波段配置。这凸显了对出色支持的需求。Baron 在全球设立了一个支持中心,由精通雷达和天气的气象专家全天候提供支持,在全球范围内为 Baron 客户提供无与伦比的支持。同样的团队可以全天候监控 BITE 诊断,作为完整的雷达运营中心 (ROC) 提供支持,让客户放心,并在现场获得最大的投资回报。

在为美国一家商业实体进行的首次 Gen3 安装中,高频 S 波段系统成功探测到了飓风马修的外围。同时,风暴远在近海,一旦风暴接近雷达站点,就能获得极为精确的高分辨率测量结果。这是在雷达安装后数小时内完成的,由于预测风暴路径将登陆,雷达安装计划也加快完成。

运营中心的两名男爵员工
雷达运行中心的男爵支持人员。