传统雷达质控方案¶

传统多普勒雷达主要测量反射率（Z），径向速度（V）和谱宽（W）。对单偏振雷达而言，数据质量控制将围绕地物杂波剔除、异常传播、以及速度退模糊方面展开工作。理论上而言，如果可以获取雷达检测到的原始信号（即I和Q数据），该研究可以从信号处理角度对雷达信号质量进行控制，利用地物杂波和异常传播的统计特性将其从有效气象信号中剔除，但该方案要求采集体积庞大的IQ信号，这对于雷达资料的实时后处理而言同样是不可行的。

地物杂波可以根据其成因划分为2类：静态地物杂波是指与大气状态无关，无论在何种大气状态条件下均对雷达有所影响的一类非降水性回波；超折射地物杂波是指因大气逆温或水汽分布不均匀条件下，雷达波束折射到地面形成的一类非降水性回波。前者的影响区域较为固定，后者的影响具有较强的不确定因素。传统的地物杂波识别方法通常依赖于基于模糊逻辑的地物杂波质量控制算法，由于算法参数需要统计雷达长时间序列的地物杂波特征，然后设置最优的模糊逻辑隶属函数参数才能获取最优的地物杂波识别和滤波效果。

径向干扰杂波是指雷达回波受外界同频或临频设备的干扰而出现的非气象回波现象，其一般表现为螺旋带回波或干扰麻点和一条直线，近距离干扰,一直存在满屏干扰麻点；远距离干扰,一般在某个方向上存在固定的干扰。单频点，干扰是一条直线；一定带宽的干扰,存在满屏干扰麻点。在实际业务应用中，雷达径向干扰数据的特征可以划分为以下几种类型：（1）孤立型：径向宽度仅为1°，发生此类径向干扰时，相应径向与两侧的回波梯度均与其回波率因子值相等；（2）连续型：径向宽度在1~10°之间，整体的长度在230km~460km之间；回波较强且连续不间断是这类径向干扰的重要数据特征；（3）间断型：径向宽度在1~10°之间，由于干扰信号的间断性影响，距离库长度在100km~460km之间，大部分径向集中在230~460km处。中间部分的间断不连续是间断型径向干扰的重要特征；（4）松散型：由于干扰信号非常散乱，导致相应的雷达反射率因子沿径向非常不连续。这类回波通常集中在某几个方位角度方向上，径向宽度通常为1~10°之间。这样的径向干扰的距离库长通常大于150km。为了有效地对径向干扰回波进行有效处理，就需要综合考虑这些负面的影响因素。

速度退模糊方案通常需要基于双PRF方案对雷达系统发射波形进行改进。改方案需要有可靠的理论依据，并要求在雷达上做实际运行。对于气象数据用户或者只能收到雷达基数据的人员来说，一方面需要很多信号处理方面的知识，另一个方面需要在业务运行状态下，能对雷达进行实际操控才能实现传统退模糊算法。

目前传统的退模糊的方法可以大致分为两类：连续性检验和参考检验。连续性检验最早是 Ray and Ziegler(1977)提出的在径向方向上一维退模糊，适用的条件是大气流场在平均值附近准均匀分布( 或可以调整到准均匀分布) ，并只适用于径向速度一次模糊的情况。

Bargen and Brown (1980)提出一种假定径向第一个距离库测得的径向速度是准确无误的一维算法，但由于该假定条件实际上往往不能保证，尤其是飓风、锋面这类天气有很强的风切变区，因此其质量控制的效果受到较大限制。随后Merritt(1984)又发展了在径向和方位方向进行的二维连续性检验，这个方法后来由Bergen and Albers(1988)扩展为三维算法，改善了退模糊的效果。这些方法均建立在连续性检验的基础上，在强切变区域容易产生问题，当模糊的资料与不模糊的资料混在一起时，会导致错误地退模糊。由于径向速度场本身不能有效的退模糊，Bargen and Brown(1980) 以及Hennington(1981)开始引入附加的环境风场信息。Eilts and Smith(1990) 提出使用环境探测或速度方位显示(velocity azi⁃ muth display，VAD) 风廓线 (Browning and Waxler，1968)，在回波不多的扫描层上提供初始值。James and Houze (2001) 在二维退模糊算法上增加了垂直仰角计算和时间检验，此方法还使用来自VAD风廓线或是环境探测信息来纠正余留的孤立回波。由于VAD廓线较容易获得，只需要径向速度就可以计算得到，因此大部分参考性检验算法使用VAD廓线。但是有时VAD风廓线并不可靠，特别是当观测的径向速度值存在模糊的时候。针对这个问题，Tabary et al. (2001) 和Gong et al. (2003) 对传统的VAD 方法进行改进，Gao et al. (2004) 提出使用梯度计算的梯度速度方位显示 (gradient velocity—azimuth display，GVAD) 方法。

传统的标定校准功能主要是通过机内或外接专用测试平台、仪表等实现。标定功能按照在线标定、离线标定两类进行设计，并具备专用参数测试平台，实现自动测试功能，通过软件控制外接仪表，根据预先设置的测试程序，自动完成雷达各项参数的测试和存储。在线标定主要有发射机脉冲功率和脉宽，噪声系数，回波强度，速度和速度谱宽，水平、垂直通道幅相一致性等。标定的结果能够自动修正因器件、电缆、环境温度等变化带来的系统偏差，提高双线偏振量的探测精度。离线标定测试项目主要有发射机输出功率和脉宽、系统极限改善因子、接收系统动态范围、接收系统噪声系数、接收机灵敏度、相位噪声、地物杂波抑制比、强度和速度测量精度、天线控制精度、强度定标检查、速度定标检查、太阳法天线指向精度检查、天顶标定和双通道幅相一致性检查等，还要具有相关测试参数设置，以及发射机重复频率、脉宽和测试信号控制等功能。主要测试项目及测试节点包括机外功率和脉宽，极限改善因子，机外接收系统动态范围，接收系统噪声系数，灵敏度测量，太阳法天线指向精度检查，以及天顶标定等。该方案主要从硬件系统出发，对于数据以及产品用户要求低，但是需要接触雷达实际系统模块。