我国首套星载Ku、Ka双频降水测量雷达诞生记

巡天观雨有“双睛”——在我国首套房星载Ku、Ka单频降雨精确测量雷达探测诞生记

【创新故事】

◎本报讯记者 付毅飞

听见火箭点火起飞的轰响，已经检测工业厂房检查程序的杨润峰五味杂陈。

“如同抚养很多年的小孩，突然之间确实放弃你了。”日前接纳高新科技日报采访时，他这么追忆雷达探测老天爷后的觉得。

在今年的4月16日，在我国首颗降雨精确测量专用型通讯卫星风云三号G星发射点起飞，其主负载是通过中国航天科技集团九院704所研制出在我国首套房星载Ku、Ka单频降雨精确测量雷达探测。截止到记者发稿时，该雷达探测凭着犀利的“双睛”，已经成功探测到全世界中低纬度地区降雨的三维精细结构，捕获“玛娃”“泰利”等强台风降水全面的三维立体构造。在8月份华北地区大暴雨雨情中，该雷达探测精确探测到降雨三维精细结构信息内容，为防灾减灾宣传带来了珍贵的测量数据。

做为704所风云三号G星降雨精确测量雷达探测主任设计师，杨润峰和同事为本产品不辞辛劳奋斗了17年。当初朝气蓬勃的青年人，如今已经长出华发。

“同时进行”造雷达探测

在我国处在北太平洋中西部强台风主题活动带，强台风暴雨内涝一直是局部地区所面临的关键洪涝灾害。

获得降雨材料，以往关键依靠雨量计、路基雷达探测等方式，但鉴于机器设备数量及遍布部位限定，大规模高空间分辨率地面降雨信息内容无法得到。1997年，美日协同发送运载降雨雷达探测的TRMM(亚热带降水精确测量每日任务)通讯卫星，开辟了星载雷达探测器降雨的先河，又为在我国新一代低轨风云气象卫星发展趋势提供借鉴构思。

21世纪，704所科技人员逐渐收集原材料，对星载降雨雷达探测进行相关研究。她们敏锐地觉察，对比TRMM通讯卫星所使用的单频雷达探测，单频降雨雷达探测实际应用中效果明显。

“Ku、Ka单频降雨精确测量雷达探测，能把雷达探测观察图像清晰和卫星观察覆盖面广的优点结合在一起。”704所微波遥感技术性研究室主任江柏森详细介绍，Ku频率段有益于检测强降雨，Ka频率段有益于检测弱降雨，二者同歩工作中能够扩张降雨探测能力，即便是一小时0.2毫米毛毛细雨，也可以精确认知。

除此之外，运用降雨颗粒对于不同频率段脉冲雷达透射不一样的特点，单频精确测量能够辨别雨、雪、雹子等，检测降雨过程的液体、固体转变，这一点在气候运用中十分重要。

那时候，美日协同开展的全世界降雨观察方案(GPM)运行没多久，星载单频降雨雷达探测在世界范围内仍然处于探索期。“那时我们就要，要做就做最好。”江柏森说。

在2006年举行的卫星学术研讨会上，研发国内降雨精确测量通讯卫星变成的共识。704所英勇“发榜”，抗下了通讯卫星主负载降雨精确测量雷达探测的研发重担。

想方设法做“标准”

这是中国初次研发星载降雨精确测量雷达探测，方位新、技术性也新，科学研究存在诸多考验。

“该雷达探测各项性能指标要求很高，有一些规定在那时候中国相控阵雷达商品上史无前例，设计方案、生产加工、生产制造举步维艰。”杨润峰说。

更难就难在该雷达探测的定量分析法规定。杨润峰详细介绍，以等效电路辐射强度为例子，常规雷达探测仅仅规定辐射强度超过指标值就可以，对于一般是是多少一般不作要求。但是对定量分析法雷达探测而言，一定要对雷达探测控制参数作精准校准，它要想成为一把标准，精确测量抗压强度多少钱、抗压强度起伏多少钱，都需要有评价指标。

这个是研发精英团队第一次做定量分析法雷达探测。如何把“尺”做准，他们只会自己摸索。

2010年7月，杨润峰和同事带上产品样机到四川进行检测调节。正值盛夏，天气炎热湿冷，蚊子更加是席卷。杨润峰清楚地记得，郊外调节时，一位朋友没戴上手套，仅左手手背上便被叮了26个包。

当初9月，检测调节基本进行，研发精英团队又快马加鞭赶赴江苏省盐城市，进行L波段挂飞实验。

江柏森详细介绍，L波段挂飞实验必须同时具有好多个标准：需有降雨，又不会危害航行；观察相对高度需在6000米左右；天空需有卫星入境，路面也需要布置观察机器设备，根据天、空、地一体观察，才可以进行数据核对认证。

做到理想化标准难以。江柏森衣着羽绒衣、吸得氧，跟飞走了7次，大部分万念俱灭。

此外，杨润峰和同事住在盐城市郊区一个村庄里，在屋顶上架满观察机器设备。因为TRMM通讯卫星一直零晨入境，她们只能深夜工作中。怪异的行为，一度让房主和乡亲们出现异常疑惑。

通过两个多月的挂飞实验，研发精英团队总算赢得了需要数据信息，为后续工程化研发打下基础。

独具慧眼“辨”雨情

造雷达探测难，想让它担任天上工作中更不容易。

与大部分星载雷达探测间断性工作中不一样，降雨精确测量雷达探测必须在风云三号G星的6年工作寿命内无间断启动，代表着它起码要连续运行约5.3万钟头。其稳定性和使用期长规定，变成研发精英团队面临的问题。

杨润峰领着设计部门，在各类限制因素中探索最好均衡——根据优化计算方法和资源分配，填补很高的可靠性处理芯片处理量较弱的难题；在符合净重、容积、功能损耗等条件的前提下，系统级、单机版级、手机软件级等多个方面网络冗余设计方案。

对比地面雷达，星载雷达探测是以天空看下去，遭遇许多新的问题，比如地面雷达回波会让检测产生影响。江柏森说，地面回波信号比降水回波信号强百万倍，假如不能很好的把它分离出来、清除，降雨数据信号就测不准乃至测不上。对于此事，研发精英团队组织开展了很多自主创新科技攻关。

在这个雷达探测面阵上，密集排列着一行行间隙，无线电波先从这种缝隙中辐射源出去。江柏森详细介绍，这数十万个介质波导间隙由精密机械加工机器设备切割成，其总宽、深层、视角不尽相同，从而能控制阵面中不同部位无线电波动能大小和相位差。这种设计能有效的防止影响，处理许多在天空中观察带来的负面影响。

对比美日GPM通讯卫星，风云三号G星性能特点显著。“在观察宽度上，我们自己的Ku、Ka波段雷达探测各自高于20%和140%；同样的敏感度环境下，我们自己的‘CT’每250米扫描仪一层，细致水平优一倍。”江柏森说。

现阶段，降雨精确测量雷达探测在轨测试性能稳定，研发工作人员手上的工作中却一点也没有懈怠。在高度关注雷达探测在轨情况的前提下，她们已资金投入到另一个星载降雨精确测量雷达探测的研发，及其下一代降雨精确测量雷达探测的科技攻关中。

“气候工作和人身安全、现代化发展、生态环境保护密切相关，是关乎老百姓幸福美满的‘国之大者’。”704所所长于勇对记者说，“单频降雨精确测量雷达探测就是我们迈出的第一步，将来我们将继续在微波加热积极气候行业深耕细作，不断研发更完善的气候遥感技术仪器设备，为国内迈进‘气候大国’做出应有的贡献！”