雷國文　范秀平

摘 要：基于2013-02—05山西省觀象臺探空站對GFE（L）1型二次測風雷達實現(xiàn)遠程控制的技術改造成果，對雷達遠程控制技術的實現(xiàn)過程、系統(tǒng)工作原理、整體布局和各個子系統(tǒng)的功能等進行了簡要介紹，并提出了其在實際工作過程中需要注意的問題，以期為全國其他受觀測環(huán)境影響的探空站在面對類似問題時提供借鑒。

關鍵詞：高空觀測；GFE（L）1型二次測風雷達；遠程控制；探空站

中圖分類號：TN959.4 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）10-0141-02

高空氣象觀測作為氣象觀測系統(tǒng)的重要組成部分，在天氣預報、氣候分析、科學研究等方面發(fā)揮著重要的作用。

山西省觀象臺探空站是全省唯一一個探空站，其探測資料參加全球氣象資料交換，該站的重要性、不可替代性可見一斑。然而，近年來，由于探空站L波段雷達天線下風方向受周圍高層建筑物的遮擋，經常接收不到探空儀信號，導致記錄缺測或終止，嚴重影響了高空氣象探測資料的收集和與世界氣象資料的交換。2013-01，該站L波段雷達位置調整方案獲中國氣象局批準，將L波段雷達天線調整安裝到距原址放球點水平距離264 m的某高層樓頂，雷達天線高度比原址提高了17 m，高空探測環(huán)境大大改善，基本能夠滿足業(yè)務需要。但是，在調整后出現(xiàn)了新的問題，探空氣球的充灌、施放和儀器的基值測定在原址，而觀測和記錄處理在新址，工作人員在值班期間需要穿梭于原址和新址之間，不僅加大了工作人員的勞動量，同時，也影響了氣象探空觀測資料質量的提高和質量的穩(wěn)定性。

1 背景和意義

GFE（L）1型二次測風雷達（以下簡稱“L波段雷達”）在常規(guī)高空氣象觀測中與GTS1型數(shù)字式電子探空儀相互配合，能夠測定地球表面至幾萬米高空的風向、風速、氣溫、氣壓、濕度五個氣象要素。

高空氣象觀測的基本原理如下：探空氣球攜帶無線電回答器（簡稱“回答器”）升空，測量時，雷達在地面向它發(fā)出“詢問信號”，回答器就對應地發(fā)回“回答信號”。根據(jù)每一對詢問與回答信號之間的時間間隔和回答信號的來向，測定每一瞬間探空氣球在空間的位置，即它與雷達站的直線距離、方位角、仰角，然后根據(jù)氣球隨風飄移的情況推算出高空的風向、風速。當探空氣球攜帶探空儀升空后，在上升過程中，探空儀不斷發(fā)出溫、壓、濕無線電信號。這些信號被雷達接收后，就可以測得高空的氣溫、氣壓和濕度。

該探測系統(tǒng)屬于定向天線觀測系統(tǒng)，同樣需要滿足常規(guī)高空氣象觀測業(yè)務規(guī)范中對探測環(huán)境的要求，即四周開闊，障礙物對觀測系統(tǒng)天線形成的遮擋角≤5°，特別是測站盛行風下風方向120°范圍內的障礙物對觀測系統(tǒng)的天線形成的遮擋仰角≤2°。

如何運用遠程控制技術實現(xiàn)開、關計算機系統(tǒng)、雷達電源、遠程實時跟蹤探空氣球是需要重點探討的問題，這對減少工作人員的勞動強度、降低值班成本、提高觀測質量都具有很實際的意義。2013-02—05，該站針對雷達天線調整后觀測工作中遇到的實際困難，從程序設計、網(wǎng)絡編程、硬件改造等多方面入手，對L波段雷達實現(xiàn)了遠程控制，不僅可以遠程實時跟蹤探空氣球，還實現(xiàn)了在原址對高空數(shù)據(jù)的接收處理和報文的編發(fā)等。

2 雷達遠程控制系統(tǒng)技術簡介

所謂“遠程控制”，是指管理人員在異地通過計算機網(wǎng)絡異地撥號或雙方都接入互聯(lián)網(wǎng)（Internet）等手段，連通需要被控制的計算機，將被控計算機的桌面環(huán)境顯示到本地計算機上，通過本地計算機對遠方計算機進行配置、軟件安裝程序、修改等工作。遠程控制軟件工作原理是：遠程控制軟件一般分客戶端程序（Client）和服務器端程序（Server）兩部分，通常將客戶端程序安裝到主控端的電腦上，將服務器端程序安裝到被控端的電腦上。在使用時，客戶端程序向被控端電腦中的服務器端程序發(fā)出信號，建立一個特殊的遠程服務，然后通過這個遠程服務，使用各種遠程控制功能發(fā)送遠程控制命令，控制被控端電腦中的各種應用程序運行。

雷達遠程控制系統(tǒng)技術（以下簡稱“系統(tǒng)”）主要解決雷達安裝與值班放球不在同一地點的高空探測問題。由本站通過程序控制對遠端雷達、計算機進行開關機、操控雷達進行手動、自動跟蹤、接收探空儀數(shù)據(jù)、系統(tǒng)監(jiān)控和操作計算機完成高空記錄處理、編發(fā)報等任務。

2.1 系統(tǒng)組成方案

系統(tǒng)由新址無人值守遠端站（簡稱“遠端站”）、原址本地站（簡稱“本地站”）和通信傳輸系統(tǒng)三部分組成。

遠端站主要包括UPS供電系統(tǒng)、L波段雷達系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、控制和數(shù)據(jù)處理計算機、無線網(wǎng)橋等設備。遠端站布局如圖1所示。

本地站主要由UPS供電系統(tǒng)、網(wǎng)路和控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理計算機、無線網(wǎng)橋等設備組成。本地站布局如圖2所示。

通信傳輸系統(tǒng)為點對點無線網(wǎng)橋組成的寬帶無線接入系統(tǒng)。

系統(tǒng)的整體布局如圖3所示。

2.2 系統(tǒng)功能設計

遠端站要滿足雷達環(huán)境探測指標，雷達天線至本地放球點的仰角不得低于-6°。遠端站在無人值守的情況下，值班員在本地站值班室由計算機遠程開機軟件通過局域網(wǎng)向遠端站的計算機發(fā)出開機指令，打開計算機，實現(xiàn)遠程控制，啟動兩地的遠程控制軟件，即服務器定制軟件和客戶端定制軟件。服務器定制軟件由計算機通過微處理器控制雷達各個開關和雷達手控盒中仰角、方位電位器；客戶端定制軟件由計算機通過微處理器連接本地站仰角、方位手控盒。在本地站和遠端站各設有2臺計算機，A組用于高空氣象探測系統(tǒng)軟件的運行，B組用于雷達控制、監(jiān)視雷達工作狀態(tài)。在遠端站架設攝像機，全程視頻監(jiān)視機房雷達、計算機工作狀態(tài)。系統(tǒng)框圖如圖4所示。

2.2.1 高空氣象探測處理系統(tǒng)軟件的工作原理

由本地站計算機（A）通過遠程控制遠端計算機（A）實現(xiàn)遠程桌面操作，這樣，在本地就可以操作高空氣象探測系統(tǒng)軟件的各個功能，并進行高空數(shù)據(jù)的接收處理、報文的編發(fā)等工作。endprint

2.2.2 L波段雷達的開關、仰角、方位手動控制原理

由本地站計算機（B）通過遠程控制遠端站計算機（B）實現(xiàn)遠程桌面操作，這樣就可以操作遠端站計算機（B）中服務端定制軟件，由定制軟件通過微處理器控制雷達的開、關。

示波器中4條亮線（仰角、方位）和凹口（距離）通過高速攝像頭在遠端站計算機（B）中服務端定制軟件中顯示。

操作本地手動盒中仰角、方位的電位器，是通過改變電位器兩端的電壓，由微處理器發(fā)送至本地計算機（B）客戶端軟件，通過網(wǎng)絡傳輸，由遠端服務器端軟件通過微處理器控制步進電機來改變雷達手控盒中電位器的電壓，以實現(xiàn)對雷達仰角、方位的遠程手動控制。圖5為雷達遠程控制面板截圖。

2.2.3 高空報表記錄的輸出打印

高空報表記錄的保存將被備份到本地計算機中，其高空報表的輸出由本地打印機打印輸出，可以解決紙張、墨盒的更換問題。

2.2.4 視頻監(jiān)控工作原理

視頻監(jiān)控分兩部分，一部分是雷達視頻監(jiān)控氣球；一部分是監(jiān)控遠端站機房設備工作狀態(tài)。為了解決視頻傳輸流量大的問題，這兩部分視頻監(jiān)控信號使用遠端視頻路由器，通過網(wǎng)絡傳輸，由本地計算機通過網(wǎng)頁瀏覽器訪問遠端視頻路由器地址，并顯示出視頻監(jiān)控的圖像，以達到全面監(jiān)控的目的。如圖6所示。

2.2.5 網(wǎng)絡通信

在系統(tǒng)運行的過程中，本地站能通過網(wǎng)絡對遠端站的設備進行實時視頻監(jiān)視，圖像顯示清晰、穩(wěn)定。同時，計算機應具備通過遠程桌面快捷、安全地接收、處理高空氣象探測數(shù)據(jù)的能力。經過試驗，選擇了性價比較好的Doublecom（多倍通） DB6000ANST，它是一款5.8 G遠距離、高帶寬、多功能、室外型電信級室外型AP/網(wǎng)橋。該設備支持IEEE802.11 A/N模式，它基于802.11n的MIMO（多進多出）技術，采用了2T2R的構架，集成18dBi雙極化天線，發(fā)射功率最大200 MW，最高帶寬300 Mbps。

3 小結與討論

該系統(tǒng)利用遠程雷達控制技術、互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)了對高空氣象觀測業(yè)務的遠程控制。值班人員在原址就可以通過網(wǎng)絡遠程控制雷達的運行、探測數(shù)據(jù)的接收和處理等工作，大大減輕了工作人員的工作強度、工作量，節(jié)約了人力、物力資源，避免了值班員兩地跑，有效提高了氣象業(yè)務數(shù)據(jù)的準確率和時效性。

該系統(tǒng)在山西省觀象臺使用已有近一年的時間，性能基本穩(wěn)定，能夠滿足高空氣象探測業(yè)務的需求。

在遠程控制過程中，遠端站和本地站需要保障網(wǎng)絡正常供電，雷達天線至放球點應無遮擋，最低仰角不低于-6°。

此解決方案為全國其他探空站因環(huán)境問題造成高空業(yè)務不能正常運行提供了有效借鑒。同時應注意的是，無線網(wǎng)橋易受到干擾，因此，在為該系統(tǒng)選擇網(wǎng)絡通信時，應根據(jù)當?shù)氐碾姶怒h(huán)境選擇采用無線網(wǎng)橋或是有線網(wǎng)絡。

參考文獻

[1]李偉，李柏，陳永清，等.常規(guī)高空氣象觀測業(yè)務手冊[M].第1版.北京：氣象出版社，2012.

[2]中國氣象局.常規(guī)高空氣象觀測業(yè)務規(guī)范[M].第1版.北京：氣象出版社，2010.

〔編輯：白潔〕endprint

2.2.2 L波段雷達的開關、仰角、方位手動控制原理

由本地站計算機（B）通過遠程控制遠端站計算機（B）實現(xiàn)遠程桌面操作，這樣就可以操作遠端站計算機（B）中服務端定制軟件，由定制軟件通過微處理器控制雷達的開、關。

示波器中4條亮線（仰角、方位）和凹口（距離）通過高速攝像頭在遠端站計算機（B）中服務端定制軟件中顯示。

操作本地手動盒中仰角、方位的電位器，是通過改變電位器兩端的電壓，由微處理器發(fā)送至本地計算機（B）客戶端軟件，通過網(wǎng)絡傳輸，由遠端服務器端軟件通過微處理器控制步進電機來改變雷達手控盒中電位器的電壓，以實現(xiàn)對雷達仰角、方位的遠程手動控制。圖5為雷達遠程控制面板截圖。

2.2.3 高空報表記錄的輸出打印

高空報表記錄的保存將被備份到本地計算機中，其高空報表的輸出由本地打印機打印輸出，可以解決紙張、墨盒的更換問題。

2.2.4 視頻監(jiān)控工作原理

視頻監(jiān)控分兩部分，一部分是雷達視頻監(jiān)控氣球；一部分是監(jiān)控遠端站機房設備工作狀態(tài)。為了解決視頻傳輸流量大的問題，這兩部分視頻監(jiān)控信號使用遠端視頻路由器，通過網(wǎng)絡傳輸，由本地計算機通過網(wǎng)頁瀏覽器訪問遠端視頻路由器地址，并顯示出視頻監(jiān)控的圖像，以達到全面監(jiān)控的目的。如圖6所示。

2.2.5 網(wǎng)絡通信

在系統(tǒng)運行的過程中，本地站能通過網(wǎng)絡對遠端站的設備進行實時視頻監(jiān)視，圖像顯示清晰、穩(wěn)定。同時，計算機應具備通過遠程桌面快捷、安全地接收、處理高空氣象探測數(shù)據(jù)的能力。經過試驗，選擇了性價比較好的Doublecom（多倍通） DB6000ANST，它是一款5.8 G遠距離、高帶寬、多功能、室外型電信級室外型AP/網(wǎng)橋。該設備支持IEEE802.11 A/N模式，它基于802.11n的MIMO（多進多出）技術，采用了2T2R的構架，集成18dBi雙極化天線，發(fā)射功率最大200 MW，最高帶寬300 Mbps。

3 小結與討論

該系統(tǒng)利用遠程雷達控制技術、互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)了對高空氣象觀測業(yè)務的遠程控制。值班人員在原址就可以通過網(wǎng)絡遠程控制雷達的運行、探測數(shù)據(jù)的接收和處理等工作，大大減輕了工作人員的工作強度、工作量，節(jié)約了人力、物力資源，避免了值班員兩地跑，有效提高了氣象業(yè)務數(shù)據(jù)的準確率和時效性。

該系統(tǒng)在山西省觀象臺使用已有近一年的時間，性能基本穩(wěn)定，能夠滿足高空氣象探測業(yè)務的需求。

在遠程控制過程中，遠端站和本地站需要保障網(wǎng)絡正常供電，雷達天線至放球點應無遮擋，最低仰角不低于-6°。

此解決方案為全國其他探空站因環(huán)境問題造成高空業(yè)務不能正常運行提供了有效借鑒。同時應注意的是，無線網(wǎng)橋易受到干擾，因此，在為該系統(tǒng)選擇網(wǎng)絡通信時，應根據(jù)當?shù)氐碾姶怒h(huán)境選擇采用無線網(wǎng)橋或是有線網(wǎng)絡。

參考文獻

[1]李偉，李柏，陳永清，等.常規(guī)高空氣象觀測業(yè)務手冊[M].第1版.北京：氣象出版社，2012.

[2]中國氣象局.常規(guī)高空氣象觀測業(yè)務規(guī)范[M].第1版.北京：氣象出版社，2010.

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2.2.2 L波段雷達的開關、仰角、方位手動控制原理

由本地站計算機（B）通過遠程控制遠端站計算機（B）實現(xiàn)遠程桌面操作，這樣就可以操作遠端站計算機（B）中服務端定制軟件，由定制軟件通過微處理器控制雷達的開、關。

示波器中4條亮線（仰角、方位）和凹口（距離）通過高速攝像頭在遠端站計算機（B）中服務端定制軟件中顯示。

操作本地手動盒中仰角、方位的電位器，是通過改變電位器兩端的電壓，由微處理器發(fā)送至本地計算機（B）客戶端軟件，通過網(wǎng)絡傳輸，由遠端服務器端軟件通過微處理器控制步進電機來改變雷達手控盒中電位器的電壓，以實現(xiàn)對雷達仰角、方位的遠程手動控制。圖5為雷達遠程控制面板截圖。

2.2.3 高空報表記錄的輸出打印

高空報表記錄的保存將被備份到本地計算機中，其高空報表的輸出由本地打印機打印輸出，可以解決紙張、墨盒的更換問題。

2.2.4 視頻監(jiān)控工作原理

視頻監(jiān)控分兩部分，一部分是雷達視頻監(jiān)控氣球；一部分是監(jiān)控遠端站機房設備工作狀態(tài)。為了解決視頻傳輸流量大的問題，這兩部分視頻監(jiān)控信號使用遠端視頻路由器，通過網(wǎng)絡傳輸，由本地計算機通過網(wǎng)頁瀏覽器訪問遠端視頻路由器地址，并顯示出視頻監(jiān)控的圖像，以達到全面監(jiān)控的目的。如圖6所示。

2.2.5 網(wǎng)絡通信

在系統(tǒng)運行的過程中，本地站能通過網(wǎng)絡對遠端站的設備進行實時視頻監(jiān)視，圖像顯示清晰、穩(wěn)定。同時，計算機應具備通過遠程桌面快捷、安全地接收、處理高空氣象探測數(shù)據(jù)的能力。經過試驗，選擇了性價比較好的Doublecom（多倍通） DB6000ANST，它是一款5.8 G遠距離、高帶寬、多功能、室外型電信級室外型AP/網(wǎng)橋。該設備支持IEEE802.11 A/N模式，它基于802.11n的MIMO（多進多出）技術，采用了2T2R的構架，集成18dBi雙極化天線，發(fā)射功率最大200 MW，最高帶寬300 Mbps。

3 小結與討論

該系統(tǒng)利用遠程雷達控制技術、互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)了對高空氣象觀測業(yè)務的遠程控制。值班人員在原址就可以通過網(wǎng)絡遠程控制雷達的運行、探測數(shù)據(jù)的接收和處理等工作，大大減輕了工作人員的工作強度、工作量，節(jié)約了人力、物力資源，避免了值班員兩地跑，有效提高了氣象業(yè)務數(shù)據(jù)的準確率和時效性。

該系統(tǒng)在山西省觀象臺使用已有近一年的時間，性能基本穩(wěn)定，能夠滿足高空氣象探測業(yè)務的需求。

在遠程控制過程中，遠端站和本地站需要保障網(wǎng)絡正常供電，雷達天線至放球點應無遮擋，最低仰角不低于-6°。

此解決方案為全國其他探空站因環(huán)境問題造成高空業(yè)務不能正常運行提供了有效借鑒。同時應注意的是，無線網(wǎng)橋易受到干擾，因此，在為該系統(tǒng)選擇網(wǎng)絡通信時，應根據(jù)當?shù)氐碾姶怒h(huán)境選擇采用無線網(wǎng)橋或是有線網(wǎng)絡。

參考文獻

[1]李偉，李柏，陳永清，等.常規(guī)高空氣象觀測業(yè)務手冊[M].第1版.北京：氣象出版社，2012.

[2]中國氣象局.常規(guī)高空氣象觀測業(yè)務規(guī)范[M].第1版.北京：氣象出版社，2010.

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