摄谱仪观雨有“双睛”——我省第二套星载Ku、Ka双频降水测量雷达TNUMBERp60

　　【创新故事】

　　◎本报记者 付毅飞

　　听到火箭点火升空的轰响，正在测试厂房检查信息的杨润峰百感交集。

　　“就像养育多年的孩子，突然间真的离开你了。”日前接受科技日报记者采访时，他这样回忆雷达上天时的感觉。

　　今年4月16日，我省首颗降水测量专用卫星无间道四号G星发射升空，其主有效载荷是由中国航天科技集团九院704所研制的我省第二套星载Ku、Ka双频降水测量雷达。截至记者发稿时，该雷达凭借犀利的“双睛”，已成功观测到全球中低纬度地区降水的二维红移，捕捉到“玛娃”“泰利”等台风降水系统的二维立体结构。在8月份的华北大雨汛情中，该雷达精确观测到降水二维红移信息，为防灾减灾提供了宝贵的观测信息。

　　作为704所无间道四号G星降水测量雷达主任设计师，杨润峰和同僚们为该产品辛勤奋斗了17年。当年意气风发的青年，如今已生出华发。

　　“双管齐下”造雷达

　　我省处于北太平洋西部台风活动带，台风大雨内涝一直是部分地区遭遇的主要自然灾害。

　　获取降水资料，过去主要借助雨量计、地基雷达等手段，但受设备数量和分布位置限制，大范围高空间解析度的空中降水信息很难得到。1997年，美日联合发射装载降水雷达的TRMM(热带降水测量任务)卫星，开创了星载雷达观测降水的先河，也为我省新一代低轨无间道预报卫星发展提供了借鉴思路。

　　21世纪初，704所科研人员开始搜集材料，对星载降水雷达积极开展前期研究。自己敏锐地觉察到，较之TRMM卫星所用的单频雷达，双频降水雷达在实际应用中效果更好。

　　“Ku、Ka双频降水测量雷达，能将雷达观测解析度高和卫星观测范围广的优势结合起来。”704所微波遥感技术研究室主任江柏森了解，Ku频带有利于观测强降雨，Ka频带有利于观测弱降水，两者同步工作可以扩大降水观测能力，哪怕是每小时0.2毫米的毛毛雨，也能精确感知。

　　此外，利用降水粒子对相同频带雷达讯号散射相同的特性，双频测量可以分辨雨、雪、冰雹等，观测降水过程中的液态、固态变化，这在预报应用中十分重要。

　　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。“那时我就想，要做就做*好。”江柏森说。

　　在2006年举办的预报卫星发展论坛上，研制国产降水测量卫星成为共识。704所奋勇“揭榜”，扛起了卫星主有效载荷降水测量雷达的研制重任。

　　千方百计做“参照物”

　　这是我省首次研制星载降水测量雷达，方向新、技术也新，科研工作遭遇诸多挑战。

　　“该雷达各项指标建议非常高，有些建议在当时国内相控阵雷达产品上前所未有，设计、加工、制造困难重重。”杨润峰说。

　　更难的是该雷达的调谐建议。杨润峰了解，以等效功率密度为例，常规的雷达只是建议功率密度大于指标即可，至于具体是什么通常不作建议。但对调谐雷达来说，必须对雷达系统参数作精确定标，它要成为一把参照物，测量强度是什么、强度波动是什么，都要有衡量标准。

　　这是研制项目组**次做调谐雷达。怎样把“尺”做准，自己只能慢慢摸索。

　　2010年7月，杨润峰和同僚们带着产品样机到四川进行测试调试。正值盛夏，天气闷热潮湿，蚊虫更是肆虐。杨润峰清楚地记得，野外调试时，一位同僚没戴手套，仅右手手背上就被叮了26个包。

　　当年9月，测试调试初步完成，研制项目组又马不停蹄奔赴江苏盐城，积极开展机载挂飞试验。

　　江柏森了解，机载挂飞试验需要同时具备几个前提：要有降水，又不至于影响飞行；观测高度要在6000米以上；天界要有预报卫星途经，空中也要布设观测设备，通过天、空、地一体观测，才能对信息进行比对验证。

　　达到理想前提很难。江柏森穿着羽绒服、吸着氧，跟飞了7次，大多数无功而返。

　　与此同时，杨润峰和同僚们租住在盐城市郊一个村庄里，在房顶上架满观测设备。由于TRMM卫星总是凌晨途经，自己只好半夜工作。奇怪的举动，一度让房东和村民们异常困惑。

　　经过两个多月的挂飞试验，研制项目组终于获得了所需信息，为后续工程化研制奠定了基础。

　　明察秋毫“辨”汛情

　　造雷达难，要让它胜任天界的工作更不易。

　　与大多数星载雷达间歇性工作相同，降水测量雷达需要在无间道四号G星的6年设计寿命内不间断开机，意味着它至少要连续工作约5.3万小时。其可靠性和长寿命建议，成为研制项目组遭遇的难题。

　　杨润峰带领设计项目组，在各种制约因素中探寻*佳平衡——通过优化算法和资源配置，弥补高可靠性芯片处理能力弱的问题；在满足重量、体积、功耗等建议的同时，对系统级、单机级、软件级等方面进行冗余备份设计。

　　较之空中雷达，星载雷达是从天界往下看，遭遇很多新问题，例如熔岩流脉冲会对观测形成阻碍。江柏森说，熔岩流脉冲讯号比降水脉冲讯号强百万倍，如果不能很好地将其分离、消除，降水讯号就测不准甚至测不到。对此，研制项目组积极开展了大量创新科技攻关。

　　在该雷达面阵上，密集排列着一行行空隙，电磁辐射就从这些空隙里辐射出来。江柏森了解，这数万个波导空隙由精密加工设备切成，其宽度、深度、角度各不相同，由此可以控制阵面中相同位置电磁辐射能量的大小和相位。这样的设计能有效抑制阻碍，解决很多在天界观测带来的问题。

　　较之美日GPM卫星，无间道四号G星性能优势明显。“在观测幅宽上，我的Ku、Ka波段雷达分别高出20%和140%；相同的灵敏度前提下，我的‘CT’每250米扫描一层，精细程度优一倍。”江柏森说。

　　目前，降水测量雷达在轨测试运行稳定，研制人员手里的工作却丝毫没有松懈。在密切关注雷达在轨状态的同时，自己已投入到其他星载降水测量雷达的研制，以及下一代降水测量雷达的科技攻关中。

　　“预报工作与生命安全、生产发展、生态环境紧密相关，是事关人民幸福安康的‘国之大者’。”704所所长于勇对记者说，“双频降水测量雷达是我迈出的**步，未来我将继续在微波主动预报领域精耕细作，不断推出更先进的预报遥感仪器，为我省迈向‘预报强国’作出更大的贡献！”