QX_T 675-2023 气象探测环境保护规范 风廓线雷达站.docx

ICS07.060CCSA47QX中华人民共和国气象行业标准QX/T6752023气象探测环境保护规范风廓线雷达站Specificationformeteorologicalobservingenvironsprotection-Windprofilerradarstation2023-09-05发布2023-12-01实施中国气象局发布前言IH1范围12规范性引用文件13术语和定义14保护范围和要求24.1 通用要求24.2 遮蔽角24.3 电磁辐射25测量方法25.1 遮蔽角25.2 电磁干扰3附录A（资料性）风廓线雷达站对各种干扰源干扰电压容限值计算方法和防护间距的计算示例.4A.1干扰电压容限值计算方法4A.2防护间距计算方法5附录B（规范性）遮蔽角测量与计算方法78.1 遮蔽角测量78.2 遮蔽角计算方法78.3 遮蔽角与距离、障碍物高度之间的关系8参考文献9本文件按照GBT1.12020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国气象仪器与观测方法标准化技术委员会(SAc/TC507)提出并归口。本文件起草单位：中国气象局气象探测中心、北京无线电测量研究所。本文件主要起草人：吴蕾、沈江林、陈俊、李瑞义、杨馨蕊、王斯正。IIl气象探测环境保护规范风廓线雷达站1范围本文件规定了风廓线雷达站探测环境保护的范围和要求，描述了对应的测量方法。本文件适用于1.波段和P波段风廓线雷达站探测环境保护活动，VHF波段风廓线雷达站探测环境保护活动可参考使用。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB13618-1992对空情报雷达站电磁环境防护要求GB/T25003-2010VHF/UHF频段无线电监测站电磁环境保护要求和测试方法3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1风靡线雷达windprofilerradar;VVPR利用大气折射指数起伏对电磁波的散射作用，采用多普勒雷达技术探测大气风速、风向及垂直气流等参量随高度分布的遥感设备。注1:亦称风廓线仪。注2:风廓线雷达有三波束和五波束二种，倾斜波束的发射倾角通常为15°或20°。注3:根据风廓线雷达的工作频率，风廓线雷达可分为1.波段风廓线雷达、P波段风廓线雷达和VHF波段风廓线雷达。来源：GB/T374672019,3.2.13,有修改3.2风廓线雷达站windprofilerradarstation由风廓线雷达和满足设备运行环境要求的设施及其空间构成的场所。3.3障碍物obstacle对雷达所发射和接收的高频电磁波产生遮蔽和影响的物体。来源：GB312232014,3.33.4遮蔽角shieldingangle以雷达天线反射面中心为基准点，反射面为基准平面，在同一铅垂面内，从基准点发出的观测视线由基准平面抬升至离开障碍物时的角度。4保护范围和要求1 .1通用要求风廓线雷达站周边不应有对雷达正常工作产生影响的干扰，包括障碍物对雷达波束的遮挡、电磁辐射干扰等。不可避免的有源干扰造成的雷达接收机灵敏度损失不应大于1dBo2 .2遮蔽角风廓线雷达站周边建筑物、树木等对风廓线雷达天线阵面遮蔽角，在雷达波束指向方位左右各25。范围内，遮蔽角不应大于30°,范围外遮蔽角不应大于40°。3 .3电磁辎射4 .3.1电磁干扰风廓线雷达站周边，其他电子设备在风廓线雷达工作频点±5MHz的频率范围内造成的干扰，折合到雷达天线口面干扰信号场强不应大于一5dBVm;在其他频率范围时不应大于55dBVm。风廓线雷达最大容许干扰信号场强计算示例见A.1。5 .3.2防护间距风廓线雷达站对典型干扰源的防护间距应满足表1中的规定，对其他干扰源的防护间距应按GB13618-1992附录B附录D以及本文件4.3.1规定的电磁干扰要求进行计算。防护间距计算示例见A.2。表1风靡畿雷达站对典型干扰源的防护间距干扰源防护间距/m高压架空输电线路500kV200220kV330kV200110kV150高压变电站500kV400220kV-330kV200HOkV200轨道交通600汽车公路30工业、科学和医疗设备20（距离所在建筑物外墙）5渊方法5.1 遮蔽角5.1.1 测设备进行遮蔽角测量时，使用的测量设备应符合表2的要求。«2遮蔽角测使用的仪器、仪表和设备序号设备名称主要性能要求1测距仪测量范围230m测量误差÷5mm2全站仪距离测量范围1km角度测量标准偏差2w测距标准偏差±（3+2X10-*D）mm（D为望远镜物镜的有效孔径）5.1.2 测和计算遮蔽角的测量和计算应按照附录B的方法进行。5.2 电磁干扰5. 2.1测试条件应在晴空条件下进行电磁干扰测量。5. 2.2测设备进行电磁干扰测量时，使用的仪器、仪表和设备应符合GB/T250032010中5.1的要求；在测量过程中，特别是进行1.波段电磁干扰测量时，应关闭测量设备的定位等功能。5. 2.3测试地点测量电磁干扰时，应在天线阵面架设地点20m范围内选择不少于1个点进行测试；选取的测试地点应地势高、视野开阔，周围无明显反射物。6 .2.4测和计算按下列步骤进行测量和计算：a）在选取的测试点，按照GB/T250032010中5.1的要求架设测量天线，连接测试系统；b）接通电源并开启测试设备，待设备稳定后开启测试；c）开始人工操作或启动自动测试系统软件，依据测试频段等设置测试参数、仪器参数和其他相关参数；d）在被测频段，将测量天线调整为垂直和水平两种极化方式进行测量；e）通过自动测试系统软件或人工控制测量天线在不同仰角、全方位360。范围内进行旋转测试，软件自动或人工记录和1呆存测试结果，测试仰角应包括0°、20°、40°、60°、75°、80°、90°,方位角间距应不大于15°f）在被测频段，应在不少于4个不同的时间段进行不少于5次的循环扫描测量，其中，每个时间段应选择同一天内早中晚等不同时间节点并至少有一次夜间时间段；g）按GB/T250032010中5.3的要求进行数据处理，计算测试结果。附录A(资料性)风廓线雷达站对各种干扰源干扰电压容限值计算方法和防护间距的计算示例A.1干扰电压容限值计算方法A.1.1根据规定的规则，干扰信号造成灵敏度损失最大值为1dB,由雷达方程可知：式中：P'mn存在干扰信号时的雷达接收机输入信号功率，单位为分贝毫瓦(dBm);P一无干扰信号时的雷达接收机输入信号功率(等于最小可检测信号功率N),单位为分贝毫瓦(dBm)。可以得到：P'.i=Pi+0.26P.i(A.2)式中，P需满足最小可检测信噪比要求，即：P.=I+N,其中，I是干扰功率，则I=026N0A.1.2根据干扰源对风廓线雷达造成的干扰功率最小的原则，对应的干扰电压容限值UrmX为：U;tmax=0.51Un(A.3)式中：U兀一无干扰信号时，等效到接收机输入端的系统噪声电压有效值，单位为微伏(UV)。A.1.3雷达接收机输入端的系统噪声功率与噪声温度、带宽等有关，同时噪声功率Pn可以由电压、阻抗计算得到，因此根据公式(A.4)和公式(A.5)可得U的具体数值。Pn=UiR=kTBn(A4)Unt=>ikTB4R(A5)式中：k玻尔兹曼常数数值，一般取1.38×10-23,单位为焦耳每开尔文(J/K);T系统噪声温度值，单位为开尔文(K);B0接收机等效噪声带宽值，单位为兆赫兹(MHZ);R接收机输入阻抗值，单位为欧姆(Q)。A.1.4根据QX/T5252019、QX11,608-2021以及QX"629-2021可知，风廓线雷达接收机最高灵敏度可达一111dBm,即Pn=-IlIdBm,则可得到风廓线雷达接收机输入端等效噪声电压U,为0.63V:因此，接收机输入端最大容许干扰功率I为：I=().26P=-116.85(dBm)(A.6)对应的最大容许干扰电压为：Ujmax=0.51Umt=0.32(V)(A.7)A.1.5根据GB/T250032010,5.3的公式(2)可知接收机输入端干扰功率与信号场强之间的关系即：E=I+lO7+2Olgfo-G,-29.78+1.,(A.8)式中：f0为风廓线雷达工作频率值，单位为兆赫兹，取1300(MHZ);G2天线增益值，取30,单位为分贝(dB);1.,接收馈线损耗值，取3,单位为分贝(dB)。可以得到折合到风廓线雷达天线口面最大容许干扰场强不大于一4.35dBVmo风廓线雷达最大容许干扰场强计算过程中的各类数值结果见表AJo表A.1风廓线雷达最大容许干扰场强计算过程中的各类数值结果序号项目风魔线雷达(以低对流层风廓线雷达为例)1灵敏度损失1dB2接收机输入端干扰功率/接收机输入端等效噪声功率0.263接收机输入端干扰电压/接收机输入端等效噪声电压0.514接收机输入端等效噪声功率111dBn5接收机输入端干扰功率(对白噪声干扰)一116.85(IBm6接收机输入端等效噪声电压0.63xV7接收机输入端的最大容许干扰电压(对白噪声干扰)0.32PV8天线增益30dB9馈线损耗(预计)3dB10折合到天线口面最大容许干扰场强4.35dBV/mA.2防护间距计算方法A.2.1高压架空输电线路、变电站防护间距A.2.1.1根据GB136181992中3.1.2的规定，对于不同性质的随机高频脉冲干扰，在风廓线雷达接收机输入端的最大容许电压有增量系数，即：Ujr,mx=IOlg(O.51CUn)(A.9)式中：UjmX最大容许干扰电压有效值，单位为分贝微伏(dBV);C高压架空输电线路、变电站相对于白噪声最大容许干扰电压的增量系数，取值3。A.2.1.2根据GB136181992的附录B,可得风廓线雷达对高压架空输电线路、变电站等最大容许干扰场强为：Ex=Ufmx+201gf-G-1OlgZ+E+1.-9.8(A.l0)式中：EmX最大容许准峰值干扰场强值，单位为分贝微伏每米(dBuVm);Ujmx一一最大容许干扰电压有效值，单位为分贝微伏(dBUV);f雷达工作频率值，单位为兆赫兹(MHZ),取1300(MHZ);G雷达天线增益值，单位为分贝(dB),取30(dB);Z雷达接收机输入阻抗值，单位为欧姆(。)，取50(Q);E。一准峰值场强E。与峰值场强E,之差值，单位为分贝(dB),取值-14(dB);1.雷达馈线损耗值，单位为分贝(dB),取3(dB)oA.2.1.3以风廓线雷达对高压架空输电线路、变电站的防护间距计算为例，根据GB136181992,D.2公式可得：Dmin=KXE0-201gf+201gl,-Emax)(A.11)式中：Dmin防护间距值，单位为米(m);E0一一不同电压等级的场强常量数值，取值见表A.2,单位为分贝微伏每米GBuVm);f雷达工作频率值，单位为兆赫兹(MHZ),取1300(MHz);B0雷达接收机等效噪声带宽值，单位为千赫兹kHz,取I(MHz),即100O(kHz);Egmx一一最大容许准峰值干扰场强值，单位为分贝微伏每米(dBVm),计算见公式(A.10)。表A.2不同电压等级的常量电压等级kV500220-330110变电站线路变电站线路变电站线路E0(dBVm)47.9441.9441.9440.4441.9437.44以50OkV高压变电站为例，结合公式(A.10)和公式(A.U)及相关数值，可得，风廓线雷达对500kV的高压变电站的防护间距为376m。为了方便，选取整数400m,根据上述步骤，同样可以计算得到220kV330kV、110kV不同电压等级的防护间距。A.2.2轨道交通防护间距A.2.2.1根据GB/T24338.22018图1以及图2发射限值曲线图，统一选取发射限值85dBVm(10m法)进行防护间距计算。根据68"24338.22018中5.1.1.4对于不同距离的场强修正如下：E0=E+n×20×lg(D10)(A.12)式中：E0等效于Iom法的测量结果值，单位为分贝微伏每米(dBVm);E在DGn)处的实际测量值，单位为分贝微伏每米(dBuVm);n修正因数，在此频段为1。A. 2.2.2根据雷达天线口面干扰信号场强不大于一5dBuVm的要求，以及考虑天线远瓣一35dB以及天线围网约20dB的隔离作用，即：D10×101.85-(-5+35÷20)20=562(m)(A.13)为了方便，距离选取整数，即风廓线雷达对轨道交通的防护间距为600mo附录B（规范性）遮蔽角测与计算方法标引序号说明：O雷达天线阵面中心点:A一天线阵面；b）蔽角示意图（俯视图）B地表；C天线围网；D全站仪放置点:B. 1遭蔽角测风廓线雷达天线阵面已建设完毕后，无法将全站仪放置于天线阵面所在中心点进行测量，宜将全站仪放置在风廓线雷达天线阵而周边合适位置进行测量，并且通过几何关系换算得到遮蔽角。已知风廓线雷达波束扫描方向方位角（以北为0",顺时针旋转为正，逆时针旋转为负），分别为Y、y+90°、丫+180。、+270°,为定北角（即为与正北的夹角）。按下列步骤进行测量：a） 根据障碍物所在大致方位选取全站仪的放置位置，确保障碍物方位位于风廓线雷达某一波束扫描方位角±45°以内；b） 将全站仪放置在风廓线雷达某一波束扫描方位角的延长线上（见图B.1）,并记录该波束扫描方位角为C（y、y+90。、y+180。、+2700中任意一个），E点为全站仪在天线阵面所在平面投影点，全站仪距离天线阵面中心点即I1应不大于30m,天线阵面中心点高度与全站仪高度参考平面为同一平面；E全站仪在天线阵面所在平面投影点;F一障碍物最高处所在位置；G一障碍物最高处在全站仪所在平面投影点；H一障碍物最高处在天线阵面所在平面投影点。图B.1渊遮蔽角示意图c） 调整全站仪的水平和方位，方位0°为选取的一波束扫描方向，物镜对准后开始测量：d） 调整全站仪物镜方位以及仰角，将物镜中心十字线对准障碍物最高处，记录测得的仰角、方位角以及斜距，方位角顺时针（正北到正东的方向）为正，逆时针（正东到正北的方向）为负；e）测量多个障碍物遮蔽角时，重复a）d）的过程；f）对上述测量到的数据进行整理计算，得到以天线阵面中心点为观察点的方位角和遮蔽角。8.2 遮蔽角计算方法根据B.1测量过程可知，全站仪可测得：z,I4与B2,则根据几何关系可以得到:1,=14cosa:(B.l)h3=I4sinaz+h2-h1(B.2)8=180o2(B3)已知国12以及B,根据余弦定理可知:k=YZ+k-21I2COSB3(B.4)同时已知k和lb,则可以得到：叫un号，H(BS)A=CoSF7-(B.6)即ai、B为以天线阵面中心为观察点得到的仰角和方位角(一45°+45°),根据每次测量全站仪所在扫描波束的方位角，得到相对于正北的方位角(0°360°)。8.3 遮蔽角与距离、障碍物高度之间的关系根据遮蔽角的定义，障碍物的高度与遮蔽角、阵面中心与障碍物的水平距离关系见公式(B.7):h<d,sina(B.7)式中:h2障碍物的高度；d.阵面中心与障碍物的水平距离；a遮蔽角。典型遮蔽角30°和40。隙碍物高度和水平距离的关系见表B.1。表B.1障碍物高度和水平距离的关系单位为米序号水平距离障碍物高度遮蔽角30°遮蔽角40°152.53.22105.06.43157.59.642010.012.855025.032.1610050.064.37200100.0128.58500250.0321.39750375.0482.0101000500.0642.7介考文献1GB/T24338.22018轨道交通电磁兼容第2部分：整个轨道系统对外界的发射2GB312232014气象探测环境保护天气雷达站3GB/T374112019天气雷达选址规定GB/T374672019气象仪器术语5QX/T5252019有源1.波段风廓线雷达（固定和移动）6QX/T6082021无源1.波段风廓线雷达7QX/T6292021P波段风廓线雷达8中国气象局综合观测司.观测司关于印发1.波段风廓线雷达功能规格需求书的通知：气测函（2019）162号Z,2019年12月25日9中国气象局.风廓线雷达建设指南Z,201210中国民用航空局.民用机场与地面航空无线电台（站）电磁环境测试规范：AP-118-TM-2013-01Z,2013年4月19日.8205.html