对于特稿丨我国首套！巡天观雨有“双睛”以及降水观测的意义相关的题，你们想知道那些呢？下面让小编带你们了解一下。
科技日报编辑付一飞
听到火箭点火起飞的轰鸣声，正在测试出厂检验数据的杨润峰心情复杂。
“这就像你抚养了很多年的孩子突然离开了你。”在最近接受科技日报编辑采访时，他回忆起雷达升起时的感觉。
今年4月16日，我国首颗降水测量专用卫星风云三号发射升空。其主要负载是中国航天科技集团九院704所研制的我国首套星载Ku、Ka双频测雨雷达。截至本文撰写时，雷达已成功用锐利的“双眼”探测到全中低纬度地区降水的三维精细结构，捕捉到了降水的三维精细结构。“玛娃”、“塔利”等台风系统。8月份华北地区暴雨期间，雷达准确探测到降水三维精细结构信息，为防灾减灾提供了宝贵的观测数据。
2023年4月16日，我国首颗降水测量专用卫星风云三号成功发射。王江波摄
作为704所风云三号G星降水测量雷达的总设计师，杨润峰和他的同事们为这款产品辛勤耕耘了17年。当年那个意气风发的年轻人，如今已经蓄起了头发。
“双管齐下”建设雷达
我国位于北太平洋西部台风活动区。台风、内涝一直是一些地区面临的主要自然灾害。
过去，降雨数据主要通过雨量计、地基雷达等手段获取。然而，由于设备数量和位置的，难以获得大范围、高空间分辨率的地面降水信息。1997年，美国和日本联合发射了配备降水雷达的TRMM卫星，开创了星载雷达探测降水的先河，为我国新一代低轨风云气象卫星的研制提供了借鉴。
21世纪初，704所的研究人员开始收集资料，对星载降水雷达进行初步研究。他们敏锐地意识到，与TRMM卫星使用的单频雷达相比，双频降水雷达在实际应用中更为有效。
“Ku和Ka双频测雨雷达可以结合雷达观测分辨率高和卫星观测范围宽的优点。”704所微波遥感技术研究室主任蒋柏森表示，Ku频段有利于探测强降水，Ka频段有利于探测弱降水。两者同时运行可以扩展降水检测能力。即使是每小时02毫米的毛毛雨也能准确感应。
双频测雨雷达工作示意图。图片
另外，利用降水颗粒在不同频段散射雷达信号的不同特性，双频测量可以区分雨、雪、冰雹等，并检测降水过程中的液体和固体变化，这在气象中非常重要应用程序。
当时，美国和日本联合实施的全降水观测计划启动不久，星载双频降水雷达在上也处于探索阶段。“当时我们就想，如果我们想做，就应该做到最好。”蒋柏森说道。
2006年召开的气象卫星发展论坛上，发展国产降水测量卫星成为共识。704所勇敢“揭榜”，肩负起研制卫星主有效载荷测雨雷达的重任。
千方百计做到“标准”
这是我国首次研制星载降水测量雷达。有新方向、新技术，科研工作面临诸多挑战。
“这款雷达的各项指标要求非常高，有些要求对于当时国产相控阵雷达产品来说是前所未有的，设计、加工、制造难度都很大。”杨润峰说道。
更困难的是这款雷达的数量要求。杨润峰介绍，以等效辐射功率为例，常规雷达只要求辐射功率大于指标即可。至于具体金额，通常没有要求。但对于定量雷达来说，必须对雷达系统的参数进行精确标定。它必须成为统治者。必须有测量强度和强度波动的测量标准。
这是开发团队第一次做定量雷达。如何准确地制作“尺子”，他们只能慢慢探索。
双频降水测量雷达。图片
2010年7月，杨润峰和同事带着产品样机来到四川进行测试和调试。时值盛夏，天气炎热潮湿，蚊虫猖獗。杨润峰清楚地记得，在现场调试时，一位同事没有戴手套，仅右手手背就被咬了26处。
当年9月，测试调试初步完成，研制团队马不停蹄赶往江苏盐城，开展机载飞行试验。
蒋柏森介绍，机载试飞需要同时满足几个条件必须有降水且不影响飞行；观测高度必须在6000米以上；天上必须有气象卫星，地面上必须部署观测设备才能穿过天，只有将空中和地面的观测结合起来，才能对数据进行比较和验证。
达到理想的条件是很困难的。身穿羽绒服、呼吸氧气的江柏森跟踪了他7次，但大多无功而返。
与此同时，杨润峰和同事在盐城市郊区的一个村庄里租了一套房子，在屋顶上装满了观测设备。由于TRMM卫星总是在清晨过境，所以他们必须在半夜工作。这种奇怪的行为一度让房东和村民感到困惑。
经过两个多月的飞行测试，开发团队终于获得了所需数据，为后续工程开发奠定了基础。
通过观察头发清晰“辨别”雨情
建造雷达很难，让其适合在天上工作就更难了。
与大多数星载雷达间歇工作不同，风云3G的6年设计寿命期间，测雨雷达需要连续关闭，这意味着它必须连续工作至少约53万小时。其可靠性和长寿命要求成为开发团队面临的难题。
杨润峰带领设计团队探索各种约束条件之间的平衡点。——通过优化算法和资源分配，弥补了高可靠芯片处理能力较弱的题；在满足重量、体积、功耗等要求的同时，还完善了系统级、单机级、软件级等方面的冗余备份设计。
与地面雷达相比，星载雷达从天而下，面临着许多新的题，例如地表回波会干扰探测。蒋柏森表示，地表回波信号比降水回波信号强一百万倍。如果不能很好地分离和消除，降水信号就会不准确，甚至无法检测。对此，研发团队进行了大量的创新研究。
风云三号卫星在轨示意图。图片
雷达阵列上，密布着一排排缝隙，电磁波从这些缝隙中辐射出来。蒋柏森说，这数以万计的波导狭缝是由精密加工设备切割而成，具有不同的宽度、深度和角度，从而可以控制阵列中不同位置的电磁波能量的大小和相位。这种设计可以有效抑制干扰，解决天空观测带来的诸多题。
与美国、日本GPM卫星相比，风云三号卫星具有明显的性能优势。“从观测宽度来看，我们的Ku、Ka波段雷达分别高了20和140；在同等灵敏度条件下，我们的‘CT’每250米扫描一层，精度提高了一倍。”蒋柏森说道。
目前，测雨雷达在轨测试运行稳定，但研发人员丝毫没有懈怠。他们在密切关注雷达在轨状况的同时，还投入了其他星载测雨雷达和下一代测雨雷达的研制。
“气象工作与生命安全、生产发展、生态环境密切相关，是关系人民群众幸福安康的‘国家第一人’。”704所所长于勇告诉小编，“双频测雨雷达是我们迈出的第一步，未来我们将继续在微波主动气象领域深耕细作，不断推出拥有更先进的气象遥感仪器，为我国向‘气象强国’转变作出更大的贡献！”
审稿人张爽
本篇文章详细讲解了特稿丨我国首套！巡天观雨有“双睛”的题和降水观测的意义相关的题，希望能帮助到各大网友!
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