新一代天气雷达系统现场验收测试大纲

1、新一代天气雷达系统现场验收测试大纲中国气象局气象探测中心二。年八月1总则1.1依据和目的1.1.1大纲以新一代天气雷达系统功能规格需求书（气办发201043 号）为依据，对2004年下发的新一代天气雷达现场验收测试大纲（试行）（气 测函20047号）进行修订而成。1.1.2大纲规定了新一代天气雷达现场验收时的测试项目和内容。现场验收 测试工作完成后，由该雷达的测试组编制形成现场验收测试报告。1.2验收测试条件和主要任务及要求1.2.1现场验收测试应具备的条件雷达系统出厂验收测试合格，承制方现场安装架设、调试、定标正常，且系 统已在现场正常运行至少3个月（用户提供雷达运行报告），承制方可向中国气

2、象 局相关业务单位提出现场验收测试申请。申请报告应附有承制方测试报告，测试 报告应包含符合本大纲规定要求的系统性能参数测试记录、系统定标检验记录及 系统48小时连续运行考机检验记录。申请获得同意后，可进行现场验收测试。1.2.2现场验收测试的主要任务1.2.2.1对雷达天线座水平度调整、雷达波束指向定标进行检查测试。1.2.2.2对回波强度定标及速度测量进行检查测试。1.2.2.3以随机仪表（或同等精度仪表）和机内测试装置为主对雷达系统的 主要技术参数进行检查测试。1.2.2.4对雷达系统的相干性能进行检查，并对系统的实际地物对消能力进 行检验。1.2.2.5利用本站实测回波资料对雷达的基本产

3、品及应用产品的图形、图像 表现方式的合理性，坐标与背景配置的准确性及产品生成功能等进行检验。1.2.2.6对雷达系统的外观结构、文档资料进行检查。1.2.2.7现场验收测试为现场验收提供主要依据。1.2.3如果被测参数或定标不符合规定和要求，应暂停测试工作。承制方应 对出现的问题进行分析，查明原因，并采取相应的解决措施。在12小时内恢复 正常，承制方需向测试组提交故障分析报告，经测试组审核同意后，可继续进行 验收测试工作。1.2.4参数测试、功能检查及定标检验合格后，对雷达系统进行48小时连续运行考机检验。1.2.4.1考机期间应每隔2小时进行工作模式的转换，同时记录相关数据、 监视系统运行状

4、况，并填写48小时连续运行考机检验记录表。1.2.4.2考机结束后，对发射机、接收机主要技术参数及系统的相干性能进 行复测。48小时考机期间，系统出现30分钟以内可修复的故障，故障修复 后，考机可连续累计计时；系统出现30分钟以内不能修复，但12小时以内可修 复的故障时，待故障修复后，承制方需向测试组提交故障分析报告，经测试组审 核同意，可重新进行48小时考机。48小时考机期间，因非系统设备本身原因造成的停机（如市电停 电），如停机时间不超过2个小时，恢复考机时可前后累计计时。1.2.4.5偶尔出现的能自动恢复或人工复位后恢复的故障报警，不作故障处 理。但对频繁出现的能自动恢复或人工复位后恢复

5、的故障报警，视为故障。1.2.4.6如系统出现12小时内不能修复的故障，或重新考机次数超过一次， 或同一故障出现两次，则此次考机不能通过，停止本次考机。1.2.4.7承制方提供故障分析报告和考机申请后，经测试组同意，可再次进 行48小时连续运行考机检验。再次考机与上次考机时间间隔不超过3个月时， 与故障无关联的测试记录仍然有效，与故障有关联的测试项目须进行复测。相邻 两次考机时间间隔超过3个月时，则应重新对系统进行现场验收测试。1.3合格判据1.3.1所有验收测试项目（含48小时连续运行考机检验）均符合本大纲及合 同技术条件的规定和要求时，判为现场验收测试合格。1.3.2当出现1.2.3情况并

6、采取措施，经复测后，测试结果符合规定和要求， 则判定为验收测试合格。1.3.3不符合1.3.1、1.3.2判据，则判为现场验收测试不合格。2测试项目2.1发射机2.1.1发射射频脉冲包络测量发射机输出的射频脉冲包络的宽度T（-3dB）、上升沿、下降沿和顶部降 落。测量仪表：示波器型号:检波器:测量数据:T（3）Tr（ns）Tf（ns）8（%）注：T为发射脉冲宽度；Tr、Tf分别表示脉冲包络的上升、下降沿；8为包络顶部降落。记录：2.1.2发射机输出功率2.1.2.1外接仪表测量测量仪表：功率计型号：探头测量仪表连接损耗定向耦合器耦合度（dB）:固定衰减器（dB）： 测试电缆（dB）： 其它（d

7、B）： 测量点至速调管输出口总损耗（dB）： 注：F为发射脉冲重复频率；t为发射脉冲宽度；D为工作比；Pt为发射机输出 峰值功率。记录：峰值功率平均值（kW）：2.1.2.2机内功率测量测量数据：注：F为发射脉冲重复频率；t为发射脉冲宽度；D为工作比；Pt为发射机输出 峰值功率。记录：2.1.3发射脉冲射频频谱测量发射脉冲射频频谱，测量的频谱图应附在测试记录中。测量仪表：频谱仪型号：测量数据：窄脉冲t = 重复频率F=距离中心频率频谱线 衰减量（dBc）频谱宽度（MHz）左频偏右频偏谱宽-10-20-30-40-50-60记录：宽脉冲T = 重复频率F=距离中心频率频谱线 衰减量（dBc）频谱

8、宽度（MHz）左频偏右频偏谱宽102030405060记录：2.1.4发射机极限改善因子测量用频谱仪检测信号功率谱密度分布，从中求取信号和相噪的功率谱密度比值（S/N），根据信号的重复频率（F），谱分析带宽（B），计算出极限改善因子（I）。测量的信号功率谱密度分布图应附在测试记录中。2.1.4.1发射机输出端极限改善因子测量对雷达高重复频率（1000Hz左右）和低重复频率（600Hz左右）时的发射机极限改善因子分别进行测量。测量仪表：频谱仪 型号： 计算公式：I=S/N+10lgB 10lgF式中：I为极限改善因子（dB）S/N为信号噪声比（dB）B为频谱仪分析带宽（Hz）F为发射脉冲重复频率

9、（Hz）测量数据及计算结果：F (Hz)B (Hz)S/N(dB)I(dB)记录：2.1.4.2发射机输入端极限改善因子测量测量仪表：频谱仪 型号：计算公式：I=S/N+10lgB-10lgF式中：I为极限改善因子（dB）S/N为信号噪声比（dB）B为频谱仪分析带宽（Hz）F为发射脉冲重复频率（Hz）测量数据及计算结果:F (Hz)B (Hz)S/N(dB)I(dB)记录：2.2接收机2.2.1噪声系数接收机噪声系数用外接噪声源和机内噪声源测量。外接噪声源和机内噪声源测量的差值应4.2dB。2.2.1.1外接噪声源测量噪声系数外接噪声源由接收机前端输入，测试点在终端，方法可采用Y因子法；终 端

10、输出幅度来计算噪声系数；噪声系数测试仪在接收机模拟输出端测量噪声系 数，和测量方法任选一种。用Y因子法测量噪声系数外接噪声源型号：有效超噪比ENR（dB）： 计算公式：NF=ENR-10lg（Y-1）Y = 100-1L式中L为可变衰减器的衰减量（dB）测量数据及计算结果：测量次数L (dB)Nf (dB)12345平均值 NF（dB）： 记录： 测量接收机输出电压计算噪声系数外接噪声源型号：有效超噪比ENR(dB)计算公式：NF2=ENR10lg(V2/V1)21式中：V1 (V)为断开噪声源的读数V2(V)为接通噪声源的读数NF1(dB)为计算机处理后的测量值NF2(dB)为用上述公式计算

11、数据测试仪表：噪声测试仪 型号： 噪声源 型号：测试结果：Nf (dB)： 2.2.1.2机内噪声源测量噪声系数用机内噪声源测量噪声系数是通过雷达系统内设置的噪声源测量接收机噪 声系数。机内检测的噪声系数或噪声温度分别列表记录。 机内噪声系数测试记录：噪声源型号： 有效超噪比：测量记录：测量次数12345平均值噪声系数记录： 机内噪声温度测量记录噪声温度(TN)与噪声系数的换算公式为：NF=10lgTN/290+1噪声源型号： 超噪比：测量记录:测量次数12345平均值噪声温度噪声系数记录：2.2.2系统动态特性根据输入输出数据，采用最小二乘法进行拟合。由实测曲线与拟合直线对应 点的输出数据差

12、值1.0 dB来确定接收系统低端下拐点和高端上拐点，下拐点和 上拐点所对应的输入信号功率值的差值为系统的动态范围。新一代天气雷达要求 接收系统的动态范围85dB，拟合直线斜率应在10.015范围内，线性拟合均方 根误差0.5dB。机外信号从接收机前端输入，注入功率值应换算到机内信号注入 点的功率值，输出值为终端显示值。外接信号源测量接收系统动态特性测量仪表：信号源： 型号：测量数据：输入值（dBm）输出值*（dBz）.:*终端输出数据可选固定距离（dBz）记录：拟合直线斜率：拟合均方根误差（dB）： 上拐点（dBm）： 下拐点（dBm）： 动态范围（dB）： 机外动态曲线图55出输45机收接-

13、5.00-114 -109 -104 -99 -94 -89 -84 -79 -74 -69 -64 -59 -54 -49 -44 -39 -34 -29 -24 -19 信号源输入功率dBm机外动态曲线高端注入功率出输机收接动态机外曲线低端（2）机内信号源测量接收系统动态特性 测试数据：拟合均方根误差（dB）： 拟合直线斜率：上拐点（dBm）： 下拐点（dBm）： 动态范围（dB）： 记录：6555机内动态曲线图-30-112.2-107.2-102.2-97.2 -92.2 -87.2 -82.2 -77.2 -72.2 -67.2 -62.2 -57.2 -52.2 -47.2 -42

14、.2 -37.2 -32.2 -27.2 -22.2 -17.2 -12.2 信号源输入功率（dBm）动态曲线高端实测数:拟合直57563 2 J 0 9 8 666655 !ZBd(出输机收接nu-rr，A二，-26.2-25.2-24.2-23.2-22.2-21.2-20.2-19.2-18.2-17.2-16.2注入功率（dBm）)ZBd(出输机收+实测数寸*拟合直2930112.2111.2110.2109.2108.2107.2106.2105.2104.2103.2102.2注入功率（dBm）2.3系统相干性2.3.1 I、Q相角法将雷达发射脉冲经衰减延时后送入接收机，信号处理器

15、对该信号I、Q值采样、计算相角求出采样信号相角的均方根误差并用其表示系统的相位噪声。测试记录：测量次数12345678910相位噪声（）平均值（）： 记录：当舄小于5时可近似的用来估算系统的地物对消能力，其转换公式为：L = 20lg （sin%）2.3.2单库FFT谱分析法测量系统极限改善因子将雷达的发射信号经衰减延迟后送入接收机射频前端，在终端显示器上观测 信号处理器对该信号作单库FFT处理时的输出谱线（不加地物对消），从谱分布 中读出信号和噪声的功率谱密度的比值（S/N）,由雷达系统的重复频率（F）、 分析带宽（B）,计算出极限改善因子（I）。计算公式：I=S/N+10lgB-10lgF

16、分析带宽B与单库FFT处理点数n、雷达重复频率F有关，即B=F/n,因此上式可改写为：I=S/N-10lgn测试记录:重复频率F（Hz）单库FFT处理点数n信号谱功率S（dB）平均噪声谱功率N（dB）信噪比S/N（dB）改善因子I（dB）128256记录：2.4地物对消能力检查2.4.1地物对消能力检查用雷达观测到的实际地物回波在对消前和对消后的强度差值检验系统的地 物对消能力。2.4.2地物对消能力检查采用滤波前后功率比估算地物对消能力和单库FFT估算地物对消能力两种 方法可任选一种方法检验系统的地物对消能力。2.4.2.1滤波前后功率比估算地物对消能力将雷达发射脉冲经衰减延迟后送入接收机，

17、信号处理器（PPP模式）对该信 号的I、Q值采样并送入地杂波滤波器进行滤波，比较滤波前后功率的变化，求 其平均值，用来表示滤波前后的地物对消能力。检验时，选择滤波器的宽度应W 1m/s。测试记录:测量次数12345678910滤波前功率（dB）滤波后功率（dB）差 值（dB）平均值（dB）： 记录：2.4.2.2单库FFT估算地物对消能力对地物回波（50dB）进行采样，经单库FFT处理后，比较FFT输出谱线在对消前后的变化，检验系统的地物对消能力。测试记录：序号12345对消前（dB）对消后（dB）差值（dB）平均值（dB）： 记录：2.5回波强度定标和速度测量检验2.5.1用机内信号源对回波

18、强度定标的检验分别用外接信号源和用机内信号源注入功率为一90dBm至一40dBm的信 号，在距离5km至200km范围内检验其回波强度的测量值，回波强度测量值与 注入信号计算回波强度值（期望值）的最大差值应在1dB范围内。根据雷达方 程由注入信号功率计算回波强度可采用下式：10lgZ=10lg（2.69x 1016人2）/（PtTG2 师）+ Pr+20lgR+虹+RLat=C + Pr + 20lgR + RLatC = 10lg（2.69x人 2）/ （p t师）-2G+160+L t式中： A： 波长（cm） 6：天线增益（dB） Pt：发射脉冲功率（kW） t :脉宽（ps）0：水平波

19、束宽度（） 中：垂直波束宽度（） L0：匹配滤波器损耗（dB） L/天线罩双程损耗（dB）L：系统除Lat外的总损耗（dB） ?输入信号功率（dBm） R：距离（km） 大气损耗Lat: S波段取0.011dB/km （双程）C波段取0.016dB/km （双程）雷达常数（dB）： C = 外接信号源对回波强度定标的检验外接信号从接收机前端输入，注入功率值应换算到机内信号注入点的功率 值。测量仪表型号：测试数据：距离输入信卜、反射率7_5 (km)50 (km)100 (km)150 (km)200 (km)(dBm)测量值（dBZ）期望值（dBZ）差值（dB）(dBm)测量值（dBZ）期望值

20、（dBZ）差值（dB）(dBm)测量值（dBZ）期望值（dBZ）差值（dB）（dBm）测量值（dBZ）期望值（dBZ）差值（dB）（dBm）测量值（dBZ）期望值（dBZ）差值（dB）（dBm）测量值（dBZ）期望值（dBZ）差值（dB）记录:最大差值（dB）：（2）机内信号源对回波强度定标的检验记录：测试记录:距离 输入信卜、反射率*5（km）50（km）100（km）150（km）200 （km）（dBm）测量值（dBz）期望值（dBz）差值（dB）（dBm）测量值（dBz）期望值（dBz）差值（dB）（dBm）测量值（dBz）期望值（dBz）差值（dB）（dBm）测量值（dBz）期望值（

21、dBz）差值（dB）（dBm）测量值（dBz）期望值（dBz）差值（dB）（dBm）测量值（dBz）期望值（dBz）差值（dB）最大差值（dB）：2.5.2速度测量检验速度测量采用机内信号源进行，其方法有：变化注入信号相位或变化注入信 号频率，可任选一种方法。用机内微波移相器对速度测量进行检验。由机内测试信号经移相器后注 入接收机，改变发射脉冲间隔内移相器的变化值，由理论计算速度值V2与信号 处理器的速度估算值V1进行比较，检验速度测量差 V。计算公式为：V2=（入/4n ） ? /T式中：入为雷达波长；T为脉冲周期；1/T = F, F为雷达发射脉冲重复频率；Ap为相移（）； n =180。

22、测试记录:最大差值（m/s）：记录：用机内信号源输出频率为fc+fd的测试信号送入接收机，fc为雷达工作频 率，改变多普勒频率fd，读出速度测量值V1与理论计算值V2 （期望值）进行比 较，V3为终端速度显示值。计算公式：V2=Xfd / 2式中：A为雷达波长；fd为多普勒频移。用机内信号源设置期望值分别与信号处理器对应多普勒频率的速度估算 值进行比较，全过程由系统自动完成，直接输出速度期望值与速度估算值的结果。2.5.3速度谱宽检验速度谱宽的检验待检验的方法确定后再制定。承制方已有的检验方法可暂行 使用。2.5.4双脉冲重复频率（DPRF）测速范围展宽能力的检验由变化注入信号的频率检验雷达双

23、脉冲重复频率（DPRF/APRF）模式工作 时的测速展宽能力。注入信号的频移调整在单重复频率（1000Hz）附近，进行 10个点的单重复频率模式和双重复频率模式（3/2或4/3）时的测量值比较，检 验测速展宽能力。正测速值方向测试记录:检测点12345678910注入信号频移单 PRF（Hz）速度显示值单PRF测量值（m/s）双 PRF（/Hz）测量值差 值（m/s）检验结果：记录：负测速值方向测试记录：检测点12345678910注入信号频移单 PRF（Hz）速度显示值单PRF测量值（m/s）双 PRF（/Hz）测量值差值（m/s）检验结果：记录：用机内信号源设置期望值分别与信号处理器对应多

24、普勒频率的速度估算值进行比较，全过程由系统自动完成，直接输出速度期望值与速度估算值的结果。2.5.5雷达空间位置定标检验2.5.5.1雷达天线水平测试使用仪器：测试时间：测试人员：测试记录：方位（度）4590135180225270315360第一次测试读数（格）计算值（）第二次测试读数（格）计算值（）第一次测试最大差值（）：第二次测试最大差值（）：（0度）（0度）第二次数据方位图2.5.5.2雷达波束指向定标检查采用太阳法检查雷达系统定标数据:序号12345方位角偏差俯仰角偏差方位角最大差值()：俯仰角最大差值()：记录：2.6伺服系统测量方位角和俯仰角的控制精度控制精度分别用12个不同方位

25、角和俯仰角上的实测值与预置值之间差值的均方根误差来表征。方位角、俯仰角的控制精度均W0.1。测试数据方位预置值()0306090120150180210240270300330测试值()差值()俯仰预置值()0510152025303540455055测试值()差值()方位角均方根误差：俯仰角均方根误差：记录：2.7数据处理和显示对出厂验收测试已检验的产品及移植产品，用现场实测回波数据进行检验。CINRAD雷达系统产品检查记录表产品序号产品代码分辨率覆盖范围产品名称数据等级生成情况1161 x 1.0km230km基本反射率(R)82171 x2.0 km460km基本反射率(R)83181

26、x4.0 km460km基本反射率(R)84191 x1.0 km230km基本反射率(R)165201 x2.0 km460km基本反射率(R)166211 x4.0km460km基本反射率(R)167221 x0.25km60km基本速度(V)88231 x0.5km115km基本速度(V)89241 x 1.0km230km基本速度(V)810251 x0.25km60km基本速度(V)1611261 x0.5km115km基本速度(V)1612271 x 1.0km230km基本速度(V)1613281 x0.25km60km基本谱宽(SW)1614291 x0.5km115km基本谱

27、宽(SW)1615301 x 1.0km230km基本谱宽(SW)1616311 x2.0km230km用户可选降水(USP)1617321.0km230km混合扫描反射率数字产品(DHR)25618331 x 1.0km230km混合扫描发射率(HSR)1619341 x 1.0km230km杂波滤波控制图(CFC)820351.0kmx 1.0km230km组合反射率（CR）821364.0kmx 4.0km460km组合反射率（CR）822371.0kmx 1.0km230km组合反射率（CR）1623384.0kmx 4.0km460km组合反射率（CR）1624391.0kmx 1.

28、0km230km组合反射率等值线（CRC）1225404.0kmx 4.0km460km组合反射率等值线（CRC）1626414.0kmx 4.0km230km回波顶（ET）1627424.0kmx 4.0km230km回波顶等值线（ETC）1228431 x 1.0km50kmx50km强天气分析反射率（SWR）1629441 x0.25km50kmx50km强天气分析速度（SWV）1630451 x0.25km50kmx50km强天气分析谱宽（SWW）1631461 x0.5 km50kmx50km强天气分析切变（SWS）1632474.0kmx 4.0km230km强天气概率（SWP）N

29、/A33482.0m/sN/AVAD风廓线（VWP）534491 x0.5km25kmx25km综合谱距（CM）835501 x 1.0km230kmx21km反射率剖面（RCS ）1636511 x 1.0km230kmx21km速度剖面（VCS）1637521 x 1.0km230kmx21km谱宽剖面（SCS）1638531 x 1.0km50kmx50km弱回波区（WER）839551 x0.5km50kmx50km局部风暴相对径向速度（SRR）1640561 x 1.0km230km风暴相对径向速度（SRM）1641574.0kmx 4.0km230km垂直累计液态水含量（VIL）1

30、64258N/A345km风暴追踪信息（STI）N/A4359N/A460km冰雹指数（HI）N/A4460N/A230km中尺度气旋（M）N/A4561N/A230km龙卷涡旋特征（TVS）N/A4662N/A345km风暴结构（SS）N/A47634.0kmx 4.0km460kmx460km分层（1）组合反射率平均值（LRA）848644.0kmx 4.0km460kmx460km分层（2）组合反射率平均值（LRA）849654.0kmx 4.0km460kmx460km分层（1）组合反射率最大值（LRM）850664.0kmx 4.0km460kmx460km分层（2）组合反射率最大值

31、（LRM）851674.0kmx 4.0km460kmx460km去异常传播层组合反射率（APR）85273N/AN/A用户警报信息（UAM）N/A5375N/AN/A自由文本信息（FTM）N/A5477N/AN/APUP自由文本信息（PTM）N/A55781 x2.0km230km1小时降水（OHP）1656791 x2.0km230km3小时降水（THP）1657801 x2.0km230km风暴总降水（STP）165882N/AN/A降水补充数据（SPD）N/A59842.5m/sN/A速度方位显示（VAD）860851 x 1.0km230km反射率剖面（RCS）861861 x 1.0km230km速度剖面（VCS）862871 km x1km230kmx230km综合切变（CS）1663881 km x1km230kmx230km综合切变等值线（CSC）664894.0kmx 4.0km460kmx460km分层（3）组合反射率平均值（LRA）