风云-3 G星在轨示意图。图片来源:中国航天科技集团公司九院704所
正在检测厂房检测数据的杨听到火箭点火空的轰隆声，百感交集。
“就像养了多年的孩子突然离你而去。”日前在接受科技日报记者采访时，他回忆起雷达上天的感觉。
今年4月16日，我国首颗降水测量专用卫星风云三号G-Star发射空，主要载荷为我国首台星载双频Ku和Ka降水测量雷达，由中国航天科技集团公司七院研制。截至记者发稿时，该雷达凭借其锐利的目光，已成功探测到全球中低纬度地区降水的三维精细结构，捕捉到玛瓦、泰利等台风降水系统的三维结构。8月华北暴雨期间，雷达准确探测到降水的三维精细结构信息，为防灾减灾提供了宝贵的观测资料。
作为704风云-3 G-star测雨雷达的总设计师，杨和他的同事们为这一产品辛勤工作了17年。当年意气风发的年轻人现在已经生下了法华。
“双管齐下”雷达
我国位于北太平洋西部的台风活动区，台风暴雨内涝一直是一些地区面临的主要自然灾害。
以往主要通过雨量计和地基雷达获取降水数据，但受限于设备数量和分布位置，难以获得高分辨率的大尺度地面降水信息空。1997年，美日联合发射了带降水雷达的TRMM(热带降雨测量任务)卫星，开创了星载雷达探测降水的先河，为我国新一代低轨道风云气象卫星的研制提供了参考。
21世纪初，704所科研人员开始收集资料，开展星载降水雷达的前期研究。他们敏锐地意识到双频降水雷达在实际应用中比TRMM卫星使用的单频雷达更有效。
“Ku和Ka双频测雨雷达可以结合雷达观测分辨率高、卫星观测范围广的优势。”704所微波遥感技术研究室主任蒋柏森说，Ku频段有利于探测强降水，Ka频段有利于探测弱降水。两者的同步运行可以扩展降水探测的能力，即使是每小时0.2毫米的毛毛雨，也能被准确地感测到。
此外，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，这在气象应用中非常重要。
当时美日联合实施的全球降水观测计划(GPM)启动不久，星载双频降水雷达在国际上也处于探索阶段。“当时我们就想，要做就要做到最好。”江柏森说。
在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“揭牌”，肩负起研制卫星主载荷降水测量雷达的重任。
千方百计做“统治者”
这是中国首次研制星载降水测量雷达。方心香和技术也是新生事物，科学研究面临着许多挑战。
“该雷达的要求非常高，有些要求在当时的国产相控阵雷达产品中是前所未有的，设计、加工、制造难度大。”杨对说道。
更困难的是雷达的定量要求。杨介绍，以等效辐射功率为例，常规雷达只要求辐射功率大于指标，通常不要求具体多少。但是对于定量雷达来说，雷达系统的参数必须经过精确的标定，它要成为一个标尺，要有衡量强度和强度起伏的标准。
这是研制团队第一次做定量雷达。如何让“尺子”准确，他们只能慢慢摸索。
2010年7月，杨和他的同事把产品样机带到四川进行测试和调试。时值盛夏，天气闷热潮湿，蚊虫猖獗。杨清楚地记得，现场调试时，一位同事没戴手套右手背上被蛰了26个包。
当年9月，试验调试初步完成，研制团队马不停蹄地奔赴江苏盐城开展空中飞行试验。
蒋柏森介绍，空中飞行试验需要同时满足几个条件:必须有降水，不影响飞行；观测高度应在6000米以上；气象卫星要穿过天空，观测设备要布置在地面。只有通过对天空、空和地球的观测，才能对数据进行对比和验证。
很难达到理想的条件。江柏森穿着羽绒服，吸着氧气。他跟随他七次，但大多数都失败了。
与此同时，杨和他的同事们在盐城郊区租了一个村子，把观测设备放在房顶上。由于TRMM卫星总是在凌晨过境，他们不得不在半夜工作。奇怪的举动一度让地主和村民感到困惑。
经过两个多月的飞行试验，研制团队终于获得了所需的数据，为后续的工程研制奠定了基础。
看透秋“辨”雨
造一个雷达很难，要让它胜任天上的工作就更难了。
与大多数星载雷达的间歇工作不同，测雨雷达需要在风云-3 G星的6年设计寿命内持续开启，这意味着它至少要连续工作53000小时。其可靠性和长寿命要求成为开发团队的难题。
杨带领设计团队在各种约束条件中寻找最佳平衡点——通过优化算法和资源分配，弥补高可靠芯片处理能力的薄弱；同时满足重量、体积、功耗等要求。，在系统级、单机级、软件级进行冗余备份设计。
与地基雷达相比，星载雷达从天上往下看，面临很多新问题，比如地面回波会干扰探测。蒋柏森说，地表回波信号比降水回波信号强几百万倍。如果不能很好的分离和消除，降水信号就会不准确，甚至无法测量。在这方面，开发团队进行了大量的创新研究。
在雷达阵列上，密密麻麻排列着一排排缝隙，电磁波就是从这些缝隙中辐射出来的。蒋柏森介绍，这几万个波导槽都是用精密加工设备切割出来的，宽度、深度、角度都不一样，这样就可以控制阵列中不同位置电磁波能量的大小和相位。这样的设计可以有效抑制干扰，解决很多在天上观测带来的问题。
与美国和日本的GPM卫星相比，风云-3 G卫星具有明显的性能优势。“在观测宽度上，我们的Ku和Ka波段雷达分别高出20%和140%；在同样的灵敏度条件下，我们的‘CT’每250米扫描一层，精细了一倍。”江柏森说。
目前测雨雷达在轨测试运行稳定，但研制人员手中的工作丝毫没有懈怠。在密切关注雷达在轨状态的同时，他们还致力于其他星载降水测量雷达的研制和下一代降水测量雷达的攻关。
“气象工作与生命安全、生产发展、生态环境息息相关，是关乎人民幸福安康的‘大国’。”704研究所所长于勇告诉记者:“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精耕细作，不断推出更先进的气象遥感仪器，为我国迈向‘气象强国’做出更大贡献！”(记者付毅飞)
来源:科技日报
温馨提示：注：内容来源均采集于互联网，不要轻信任何，后果自负，本站不承担任何责任。若本站收录的信息无意侵犯了贵司版权，请给我们来信(j7hr0a@163.com)，我们会及时处理和回复。
原文地址"巡天观雨有“双睛”——我国首套星载Ku、Ka双频降水测量雷达诞生记"：http://www.guoyinggangguan.com/xedk/133733.html。
微信扫描二维码关注官方微信
▲长按图片识别二维码
