摘 要：基于2013-02—05山西省观象台探空站对gfe（l）1型二次测风雷达实现远程控制的技术改造成果，对雷达远程控制技术的实现过程、系统工作原理、整体布局和各个子系统的功能等进行了简要介绍，并提出了其在实际工作过程中需要注意的问题，以期为全国其他受观测环境影响的探空站在面对类似问题时提供借鉴。
　　关键词：高空观测；gfe（l）1型二次测风雷达；远程控制；探空站
　　中图分类号：tn959.4 文献标识码：a 文章编号：2095-6835（2014）10-0141-02
　　高空气象观测作为气象观测系统的重要组成部分，在天气预报、气候分析、科学研究等方面发挥着重要的作用。
　　山西省观象台探空站是全省唯一一个探空站，其探测资料参加全球气象资料交换，该站的重要性、不可替代性可见一斑。然而，近年来，由于探空站l波段雷达天线下风方向受周围高层建筑物的遮挡，经常接收不到探空仪信号，导致记录缺测或终止，严重影响了高空气象探测资料的收集和与世界气象资料的交换。2013-01，该站l波段雷达位置调整方案获中国气象局批准，将l波段雷达天线调整安装到距原址放球点水平距离264 m的某高层楼顶，雷达天线高度比原址提高了17 m，高空探测环境大大改善，基本能够满足业务需要。但是，在调整后出现了新的问题，探空气球的充灌、施放和仪器的基值测定在原址，而观测和记录处理在新址，工作人员在值班期间需要穿梭于原址和新址之间，不仅加大了工作人员的劳动量，同时，也影响了气象探空观测资料质量的提高和质量的稳定性。
　　1 背景和意义
　　gfe（l）1型二次测风雷达（以下简称“l波段雷达”）在常规高空气象观测中与gts1型数字式电子探空仪相互配合，能够测定地球表面至几万米高空的风向、风速、气温、气压、湿度五个气象要素。
　　高空气象观测的基本原理如下：探空气球携带无线电回答器（简称“回答器”）升空，测量时，雷达在地面向它发出“询问信号”，回答器就对应地发回“回答信号”。根据每一对询问与回答信号之间的时间间隔和回答信号的来向，测定每一瞬间探空气球在空间的位置，即它与雷达站的直线距离、方位角、仰角，然后根据气球随风飘移的情况推算出高空的风向、风速。当探空气球携带探空仪升空后，在上升过程中，探空仪不断发出温、压、湿无线电信号。这些信号被雷达接收后，就可以测得高空的气温、气压和湿度。
　　该探测系统属于定向天线观测系统，同样需要满足常规高空气象观测业务规范中对探测环境的要求，即四周开阔，障碍物对观测系统天线形成的遮挡角≤5°，特别是测站盛行风下风方向120°范围内的障碍物对观测系统的天线形成的遮挡仰角≤2°。
　　如何运用远程控制技术实现开、关计算机系统、雷达电源、远程实时跟踪探空气球是需要重点探讨的问题，这对减少工作人员的劳动强度、降低值班成本、提高观测质量都具有很实际的意义。2013-02—05，该站针对雷达天线调整后观测工作中遇到的实际困难，从程序设计、网络编程、硬件改造等多方面入手，对l波段雷达实现了远程控制，不仅可以远程实时跟踪探空气球，还实现了在原址对高空数据的接收处理和报文的编发等。
　　2 雷达远程控制系统技术简介
　　所谓“远程控制”，是指管理人员在异地通过计算机网络异地拨号或双方都接入互联网（internet）等手段，连通需要被控制的计算机，将被控计算机的桌面环境显示到本地计算机上，通过本地计算机对远方计算机进行配置、软件安装程序、修改等工作。远程控制软件工作原理是：远程控制软件一般分客户端程序（client）和服务器端程序（server）两部分，通常将客户端程序安装到主控端的电脑上，将服务器端程序安装到被控端的电脑上。在使用时，客户端程序向被控端电脑中的服务器端程序发出信号，建立一个特殊的远程服务，然后通过这个远程服务，使用各种远程控制功能发送远程控制命令，控制被控端电脑中的各种应用程序运行。
　　雷达远程控制系统技术（以下简称“系统”）主要解决雷达安装与值班放球不在同一地点的高空探测问题。由本站通过程序控制对远端雷达、计算机进行开关机、操控雷达进行手动、自动跟踪、接收探空仪数据、系统监控和操作计算机完成高空记录处理、编发报等任务。
　　2.1 系统组成方案
　　系统由新址无人值守远端站（简称“远端站”）、原址本地站（简称“本地站”）和

信传输系统三部分组成。
　　远端站主要包括ups供电系统、l波段雷达系统、监控系统、控制和数据处理计算机、无线网桥等设备。远端站布局如图1所示。
　　本地站主要由ups供电系统、网路和控制系统、视频监控、数据处理计算机、无线网桥等设备组成。本地站布局如图2所示。
　　通信传输系统为点对点无线网桥组成的宽带无线接入系统。
　　系统的整体布局如图3所示。
　　2.2 系统功能设计
　　远端站要满足雷达环境探测指标，雷达天线至本地放球点的仰角不得低于-6°。远端站在无人值守的情况下，值班员在本地站值班室由计算机远程开机软件通过局域网向远端站的计算机发出开机指令，打开计算机，实现远程控制，启动两地的远程控制软件，即服务器定制软件和客户端定制软件。服务器定制软件由计算机通过微处理器控制雷达各个开关和雷达手控盒中仰角、方位电位器；客户端定制软件由计算机通过微处理器连接本地站仰角、方位手控盒。在本地站和远端站各设有2台计算机，a组用于高空气象探测系统软件的运行，b组用于雷达控制、监视雷达工作状态。在远端站架设摄像机，全程视频监视机房雷达、计算机工作状态。系统框图如图4所示。
　　2.2.1 高空气象探测处理系统软件的工作原理
　　由本地站计算机（a）通过远程控制远端计算机（a）实现远程桌面操作，这样，在本地就可以操作高空气象探测系统软件的各个功能，并进行高空数据的接收处理、报文的编发等工作。 　　2.2.2 l波段雷达的开关、仰角、方位手动控制原理
　　由本地站计算机（b）通过远程控制远端站计算机（b）实现远程桌面操作，这样就可以操作远端站计算机（b）中服务端定制软件，由定制软件通过微处理器控制雷达的开、关。
　　示波器中4条亮线（仰角、方位）和凹口（距离）通过高速摄像头在远端站计算机（b）中服务端定制软件中显示。
　　操作本地手动盒中仰角、方位的电位器，是通过改变电位器两端的电压，由微处理器发送至本地计算机（b）客户端软件，通过网络传输，由远端服务器端软件通过微处理器控制步进电机来改变雷达手控盒中电位器的电压，以实现对雷达仰角、方位的远程手动控制。图5为雷达远程控制面板截图。
　　2.2.3 高空报表记录的输出打印
　　高空报表记录的保存将被备份到本地计算机中，其高空报表的输出由本地打印机打印输出，可以解决纸张、墨盒的更换问题。
　　2.2.4 视频监控工作原理
　　视频监控分两部分，一部分是雷达视频监控气球；一部分是监控远端站机房设备工作状态。为了解决视频传输流量大的问题，这两部分视频监控信号使用远端视频路由器，通过网络传输，由本地计算机通过网页浏览器访问远端视频路由器地址，并显示出视频监控的图像，以达到全面监控的目的。如图6所示。
　　2.2.5 网络通信
　　在系统运行的过程中，本地站能通过网络对远端站的设备进行实时视频监视，图像显示清晰、稳定。同时，计算机应具备通过远程桌面快捷、安全地接收、处理高空气象探测数据的能力。经过试验，选择了性价比较好的doublecom（多倍通） db6000anst，它是一款5.8 g远距离、高带宽、多功能、室外型电信级室外型ap/网桥。该设备支持ieee802.11 a/n模式，它基于802.11n的mimo（多进多出）技术，采用了2t2r的构架，集成18dbi双极化天线，发射功率最大200 mw，最高带宽300 mbps。
　　3 小结与讨论
　　该系统利用远程雷达控制技术、互联网和物联网技术实现了对高空气象观测业务的远程控制。值班人员在原址就可以通过网络远程控制雷达的运行、探测数据的接收和处理等工作，大大减轻了工作人员的工作强度、工作量，节约了人力、物力资源，避免了值班员两地跑，有效提高了气象业务数据的准确率和时效性。
　　该系统在山西省观象台使用已有近一年的时间，性能基本稳定，能够满足高空气象探测业务的需求。
　　在远程控制过程中，远端站和本地站需要保障网络正常供电，雷达天线至放球点应无遮挡，最低仰角不低于-6°。
　　此解决方案为全国其他探空站因环境问题造成高空业务不能正常运行提供了有效借鉴。同时应注意的是，无线网桥易受到干扰，因此，在为该系统选择网络通信时，应根据当地的电磁环境选择采用无线网桥或是有线网络。
　　参考文献
　　[1]李伟，李柏，陈永清，等.常规高空气象观测

业务手册[m].第1版.北京：气象出版社，2012.
　　[2]中国气象局.常规高空气象观测业务规范[m].第1版.北京：气象出版社，2010.
　　〔编辑：白洁〕