摘　要：给出了X波段车载型多普勒天气雷达结构总体设计，针对天气雷达的特点及技术和环境条件的要求对总体结构的几个主要组成作了简要的介绍。
    关键词：多普勒；天气雷达；结构总体；方舱；载车

1 引 言
    随着国民经济的快速发展，人们越来越重视气候的变化，气象的预测显得越来越重要。气象事业发展纲要明确指出，大力发展新一代天气雷达，加速多普勒天气雷达软硬件和应用技术的研究，进一步发展并完善中尺度气象监测网和气候监测网，并投入气象业务使用，是气象事业发展的需要。
    天气雷达是利用雨滴、云粒、冰晶、雪花等对电磁波的散射作用来探测大气中的天气现象，主要探测和测量对象包括降水、热带气旋、雷暴、中尺度气旋、湍流、龙卷、冰雹、冻雨、冻结层、融化层等。脉冲多普勒天气雷达技术先进、功能齐全、性能优良，不仅能测定降水位置和强度，还能测定降水内部气流的速度和流向。在多普勒天气雷达上增加双线偏振功能能够获取更多有关降水粒子形状和相态的信息。
    近年来，美国、西欧纷纷进行研究，目前也只是建立各种实验系统，在国内更是没有先例。研制双线偏振多普勒天气雷达是目前双线偏振技术发展的趋势，是二十一世纪雷达的发展目标。
2　概　述
    X波段车载型多普勒天气雷达系统主要用于一些地区性实时气象业务和科研的外场试验、重大工程建设的气象保障和防灾抗灾的气象服务。
    X波段车载型多普勒天气雷达系统的特点：全天候工作是天气雷达的一大特点。越是在天气恶劣的情况下，越需要获得真实可靠的气象数据。其次是雷达连续运行时间相对较长，要适应野外全天候的工作。
    但是，相对于其它测量雷达，其轴系精度和传动精度要求低。
    X波段车载型多普勒天气雷达结构总体主要由天馈伺系统、雷达信号系统和载车系统等三部分组成。
    该雷达结构总体设计和国内外同类产品相比，虽然天线口径达2．4米，但由于采用倒伏机构实现了天线座的倒伏，保证了天线能360°旋转，避免了方舱对电波的遮挡，克服了国外某些雷达采取低高度结构而不能全方位探测的缺点。全机采用单车结构配以手动千斤顶，整机架设时间短、调平精度高且运输状态利用倒伏机构实行整体运输，克服了国外同类雷达运输单元多、现场架设时间长的缺点，技术上在国内外处领先水平。
    雷达工作状态如图1所示。

    雷达运输状态如图2所示。

3　结构总体设计
3．1　环境使用条件
3．1．1　工作温度
　　室外－40℃～＋50℃
    室内0℃～＋40℃
    贮存温度室外－40℃～＋55℃
    相对湿度室外95～98％（＋30℃时）
    室内90～96％（＋30℃时）
3．1．2风载荷25m／s
　  保精度 35m／s　不破坏
3．1．3天线工作范围方位0～360°
    俯仰－1°～＋90°
    探测距离300km
    天线工作角速度　　　方位0～36°／s
　　俯仰0～12°／s
    天线工作角加速度　　　方位10°／s²
　　俯仰6°／s²
3．1．4可靠性及维修性
    平均无故障工作时间　　　MTBF＞400h
    平均修复时间MTTR＜0．5h
3．1．5海拔高度≤3000m。
3．2　电子设备方舱及布局设计
    考虑到雷达采用单车结构，底盘可利用的长度较短以及设备量较少，方舱选用CAF30有梁大板方舱，方舱外形尺寸为：长×宽×高＝2911mm×2100mm×2100mm。尺寸系列和质量符合总后军事交通运输研究所《军用通用方舱外部尺寸与最大总质量系列》的标准。
    方舱的性能应符合国军标GJB870－90《军用电子设备方舱通用规范》。具有良好的防雨、防尘和防腐措施。
    方舱的门窗孔口尺寸符合尺寸系列要求，且均采取屏蔽措施。隔热性能好，在内外温差为55℃时，传热系数＜1．2W／m²℃。
    方舱系统集成时充分考虑到隔振缓冲、防尘、接地、配电、走线和照明等要求。方舱设有新风补充口，风口采取屏蔽措施。
    在发射机柜和接收机柜后开有维修门便于走线和维修。
    方舱后部装有沙发，沙发底部装有备份柜。
    两个机柜间设有工作台，安装有军用加固液晶显示器和打印机，上方装有一调光开关，便于操作人员工作。
    方舱用分体式空调和暖风机调节舱内空气温度，方舱和载车用旋锁固定。舱内布局如图3所示。

3．3　载车选择与改装设计
    设备重约3T，底盘承载面较长，考虑到工作在海拔3000m，且用户非雨季值班时载车另有它用，经比较拟选用东风汽车公司生产的EQ1108G6D14底盘改装。该车采用东风康明斯6BT5．9型直列六缸增压柴油发动机，具有良好的低温起动性能，装配PTC电热陶瓷冷起动装置可在零下40度顺利起动。该车采用平头带卧二门驾驶室，外形美观大方，价格适中，性价比好。
    载车改装时平板上表面铺设花纹钢板。考虑到成本及使用性，在平板的下方安装六只机械千斤顶而不采用液压自动调平支腿。运输时千斤顶翻起悬挂在平板下方，载车到位后打开千斤顶，底部垫以垫木调平平板，使车轮处于不受力状态，防止底盘板簧变形，延长轮胎的使用寿命。
    平板上留有和天线倒伏机构接口法兰，与天线倒伏机构相连。接口法兰和车架焊接联接，以增强抗倾图3　电子设备舱布局图覆能力。
    平板上留有四个旋锁以利方舱和载车固定，改装车与方舱大门相应处设有爬梯与踏板，平板后部装有油机电站，电缆盘装在平板底部车架侧面。为不影响天线的倒伏，将车箱前挡板断成两截，中间安装铰链便于运输状态翻转。载车改装后不影响其原车型的性能。
3．4　天线座与倒伏机构的设计
    天线座为方位俯仰型结构，主要由底座、左右支臂、方位支承、俯仰支承、方位传动、俯仰传动、同步传动、缓冲器、汇流环、限位开关等组成。俯仰轴头安装有俯仰波导铰链，方位同轴安装有方位波导铰链和汇流环。
    底座为圆筒形结构，上层安装轴承，中层安装减速器和同步轮系，在底座内下端处有二个用于支承汇流环托架的支脚，汇流环由底座下面向上装入。为缩短轴向尺寸，提高刚性和抗倾覆能力，便于汇流环、方位铰链的装拆及维护。天线座的方位支承为转盘式结构。
    俯仰支承部分设计成支臂形式，左右支臂为钢板焊接成型，与左右轴承的外圈一起转动，通过天线托架带动天线作俯仰运动。右端俯仰轴上装有波导铰链支架、内孔走波导和电缆。
    工作时为防止阻挡，天线应升起一定的高度，而运输时为满足运输条件，又必须使天线座系统的高度降低，为此设计了天线系统倒伏机构。该机构由电机带动一级蜗轮蜗杆，蜗轮通过花键带动梯形丝杆转动，螺母导向套沿梯形丝杆直线运动，实现天线系统的倒伏。为保证设备、人员工作安全，天线座上设缓冲和锁定装置。机械上的安全保护均与伺服联锁。
3．5　雷达的抗风能力和工作的稳定性
    雷达天线型式和口径：圆形抛物面天线，天线口径D＝2．4m；
    载车重量5000kg，方舱重量700kg；
    雷达设备重量700kg，天馈伺系统1100kg；

    抗倾覆安全系数n＝M_稳／M₁＋M₂＋M₃＝4．21
雷达车抗倾覆是安全的。
3．6　全机安全性设计
    1．电器安全性设计：在高压电路中的电容器应有高压放电装置，高压部分应有明显的警告标志，发射机柜门打开后应有自动切断高压装置，主电源开关应能保护性切断。
    2．机械性安全设计：天线俯仰超过规定范围极限位置时，应有切断电源和防碰撞的电气和机械安全保护装置。天线座的倒伏应有驱动电机的电源手动安全开关，当天线控制系统发生故障时应设有驱动天线的应急电路，雷达在撤收运输时其活动部分均应能锁定。
    3．为保证雷达正常运行，并具有较好的可靠性，在系统中设置了较多的检测装置，在雷达分系统的重要部位设有自保装置，当出现工作不正常时，自保装置启动保护系统的安全。
    4．雷达各分系统采用模块或组件化设计并具有良好的可更换性，操作人员能迅速用各分单元替换故障单元，迅速排除故障。
    5．发射机是高压设备，高功率结构上采取以下措施：
    a．射线保护；
    b．门开关设计；
        c. 超过安全电压的接线端子均加有绝缘覆盖板，并具有醒目的警示标志。
4结论
    该雷达采用单车结构，载车选用平头二门带卧驾驶室，整体布局协调合理，全机外观喷涂林地南方型迷彩色漆，运输状态满足铁路、公路运输要求，舱内布局整洁，人员活动空间充分，机柜和方舱内壁颜色协调，全机设备整体美观大方。可作为车载式天气雷达结构总体设计参考。