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X波段高时空分辨率全极化天气雷达——QX系列
发布日期:2020年12月22日 17:22   发布者:安徽威德萨科技有限公司   浏览次数:164   

  QX系列天气雷达是由荷兰Metasensing公司研发,安徽威德萨科技有限公司引进的一款采用X波段技术,具有全极化功能的多普勒天气雷达。

       X波段技术与全极化功能相结合,使得我公司天气雷达拥有高精度监测和小范围应用等特点;在雷达网络中不仅可以监测到小雨、中雨、暴雨,甚至可以监测到细雨和局部阵雨,还可监测二维风向;雷达监测范围覆盖率高,复杂区域亦可监测。X波段高时空分辨率全极化天气雷达可应用于气象监测、山洪灾害防治、水资源管理、智慧城市、智慧海洋等多个领域。


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图一:QX系列天气雷达可以抑制杂波和噪音;降水监测精度高达亚毫米级,并且可以对降水速率进行实时反演和演示。


一、为何选择X波段?


X-波段可以提供高时空分辨率的雷达数据,更适用于重点区域(如机场、港口、智慧城市)的高精度天气监测。

 

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图二:X波段雷达与C波段雷达反射率对比,X波段雷达反射率更高。


l波长越短,所能探测到的降雨粒子越小,空间分辨率越高,但是受云雨的衰减干扰越大。波长越长,所能探测到的降雨粒子越大,空间分辨率越低,但是受云雨的衰减干扰越小。

lX-波段可以提供更高的时空分辨率。

l低空覆盖范围相对较大。

l复杂地形中作为间隙补充雷达使用。

l在暴风雨期间可监测到更好的降雨特征信息。

l大幅改善对小雨的监测能力。

l靠近地面,近地降水监测对实际应用更有意义。

l发射功率小,可以安置在人群密集地区。


X波段全极化多普勒天气雷达技术优势分析,如下图所示:

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图三:X波段提供超高时空分辨率/降雨量估算的参数化;全极化多普勒技术能够达到光谱极化雷达数据/抑制杂波;相位式可估算特定差分相位/单向特定衰减。


二、为何使用全极化?


       全极化(4偏振)在传统双极化(双偏振)的基础上,添加了两种额外的极化(偏振)方式,可以获取VV HH VH HV四种回波反馈,从而大幅提高雷达整体性能。

l 在单极化探测中,Z-R的关系来自于经验积累,预报精度在25%-40%之间。  双极化探测中,Z-R的获取是基于雷达波的物理属性,云雨的衰减干扰很小。通过差分反射率因子和差分相移,Z-R的数据更准确和精确,预报精度在30%-60%之间。全极化探测优于双极化探测,双极化探测优于单极化探测。全极化探测中,预报精度优于60%

l 大幅增强对云层混合相态层的观测精度,从而大幅提高对天气事件和水文分类的认知

l大幅改善杂波、噪声过滤效果。

l通过创新的多普勒计划处理,在杂乱环境下保持高质量像素。


全极化技术优势分析——反射率与差分反射率技术分析,如下图所示:

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图四:全极化多普勒天气雷达监测降雨/降雪/冰晶以及融化层的反射率与差分反射率。


全极化技术优势分析——杂波处理技术分析,如下图展示:

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图五:与单极化、双极化天气雷达相比,全极化多普勒天气雷达能够达到全滤噪效果。


三、为何选择抛物面天线


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图六:QX系列天气雷达采用抛物面天线,使得雷达交叉极化能力强,抑噪效果好。


四、天气雷达发展的必然趋势


  我国天气雷达发展历程大体分三个阶段:

  第1阶段为20世纪60年代末到80年代的常规模拟天气雷达阶段,我国形成了由51部各种型号雷达组成的天气观测网,在局地灾害性天气警报天气作业等方面发挥了积极作用,但总体技术水平和应用能力与发达国家相差20~30年。

  第2阶段为20世纪70年代到80年代的数字化天气雷达阶段,数字天气雷达利用计算机技术对雷达回波强度信息进行数字化处理,生成各种准定量的监测、分析、预警产品,提高了信息加工、分析的处理速度,增强了雷达监测预警能力。到20世纪90年代初,我国形成了由58S波段和C波段数字化天气雷达组成的基本探测站网,开展了区域联防和数字拼图,在灾害性天气预警,短时预报水平和雷达定量估测降水等方面取得了长足进展,此阶段在天气雷达研制生产和应用等方面与发达国家的差距仍有10~20年。

  第3阶段是20世纪90年代开始的多普勒天气雷达阶段,随着国际天气雷达技术发展的新趋势和国家需求的增长,我国确定了发展新一代多普勒天气雷达的思路,并相应制定了新一代多普勒天气雷达功能规格需求。多普勒天气雷达采用全相参技术体制,在测定云和降水回波强度的同时,应用多普勒技术获取大气风场和湍流信息。多普勒天气雷达是研究云和降水物理学,云动力学,监测分析和预警灾害性天气最有效的工具之一。

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图七


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图八


  QX天气雷达和雨量计相比,降雨测量结果较为一致;但是雷达监测的采样率及测雨连续性更好。


五、QX系列天气雷达应用案例


QX60天气雷达在国家中小型流域山洪防治重点专项全国洪灾害防治实验示范基地测雨雷达项目中的应用

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图九:QX60天气雷达实际应用案例


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图十:全国山洪灾害防治实验示范基地测雨雷达站


     全国山洪灾害防治实验示范基地测雨雷达项目监测结果,如下展示:

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图十一


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图十二



全国山洪灾害防治实验示范基地测雨雷达项目中X波段天气雷达监测数据与站点数据对比,如下展示:

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图十三



      全国山洪灾害防治实验示范基地测雨雷达项目中X波段天气雷达监测效果与C波段雷达监测效果对比,如下展示:

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图十四


  我公司QX系列天气雷达产品可能拥有目前市场上存在的最高空间分辨率,使用调频连续波技术和脉冲技术并具有全极化功能的天气雷达。它硬件小巧,配套设施简单;拥有独特的地面滤波技术;拥有小于30米的高空间分辨率和小于40秒的超高时间分辨率,提供精准降雨量估算的独特的高精度系统;可以组网监测,从而大幅提高监测精度;特别适用于城市、河谷、水库等地区的山洪灾害防治和气象监测、水资源管理、智慧城市、智慧海洋等多个领域。

 

X波段高时空分辨率全极化天气雷达应用领域:

 

  “气象监测”——监测日常降水,天气、气候预报。

   “山洪灾害防治”——对山体地形进行实时监测,对山体滑坡、泥石流等自然灾害做出科学预警监测。

  “水资源管理”——改善水文模型和预警系统、水资源系统管理、雨水储存管理、水处理厂溢水处理等。

  “智慧化城市管理”——对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种生活需求做出智能响应。

  “智慧海洋工程”——海洋信息系统是海洋管理能力的基础。完善海洋信息采集与传输体系,帮助构建自主安全可控的海洋云环境,达到智慧经略海洋的目的。


六、安徽威德萨科技有限公司高端产业发展前景广阔

       综上所述,安徽威德萨科技有限公司(以下简称“威德萨公司”)在QX系列雷达推广应用中获得了国内相关专家和行业部门领导高度赞赏、极好评价,尤其是国家水利部水利科学研究院与威德萨公司合作,建设河南省栾川县山洪爆发、洪水灾害监测检测、预警预报及防控基地,有效地防止了山洪暴发、洪水灾难产生的损失。研究成果业已获得水利部主管部门组织的专家评审。

       威德萨公司高端产业未来发展前景十分看好,一是全极化QX系列雷达广泛推广应用于城市、河谷、水库、各类湖泊、矿山尾矿库、长江、黄河及淮河等领域,发展前景十分看好;二是军民融合合成孔径雷达系列尖端智能装备综合技术水平居国内领先地位,达到了国际顶尖水平。威德萨公司开发、发明和创造潜力较大,合成孔径系列雷达可用于各类桥梁、坝堤、大型建筑物、尾矿库、机载、舰载,为推动国家、国防尖端技术领域科技进步将做出应有贡献;三是吸引欧洲尖端测量、监测和多维大数据技术,推广应用三维激光扫描智能装备,实现大规模、复杂条件的多维空间数据采集、处理,实现大范围内各类数据系统科学应用和管理系统,是促进数字经济高质量发展的支撑智能装备。

       在国内外享有盛名的科学家、博士、研究员、董事长刘燕京先生的坚强领导下,威德萨公司将加快尖端智能制造核心部件、系统集成、试验检测产业化进程,集聚国内外一流科技专家、企业家及投资商成为威德萨公司产业高质量发展团队,为安徽省、马鞍山市高端智能制造装备产业高质量发展做出应有贡献,为马鞍山市“生态福地、智造名城”升级版积极贡献智慧和能力。




安徽威德萨科技有限公司


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