浅谈综合式气象观探测车的设计

摘要：综合式气象观探测车是一种机动式气象设备，通常担负任务区域内多种气象要素的观测和探测，具备高机动性、准确、迅速、及时、灵活的特点，常用于抗洪救灾，人工影响天气作业等领域。本文主要从技术路线，设计思路，设计难点及解决措施等方面来阐述综合式气象观探测车的设计理念。

关键词：综合、气象观探测、设计理念

1 技术路线

综合式气象观探测车是一个集成多种监测探测手段的气象信息获取和预报保障的机动平台，其建设技术路线是，在理解其需求的前提下，分析其功能和技术指标要求，选择合适的机动平台，在基于成熟技术产品的原则下选型或研制车载气象信息获取设备、车载通信设备和车载信息处理设备，选用满足要求的供电、温控、调平等车载辅助设备，开展布局合理、安全可靠、操作方便的装车结构设计和可靠性、系统软件、电磁兼容性等集成设计，进行关键指标仿真、计算，解决关键技术问题，在此基础上，依据测试大纲对全系统进行试验检验，验证系统对功能性能指标要求的满足情况，最终完成综合式气象观探测车的建设。技术路线图如图1所示。

2设计思路

综合式气象观探测车的总体设计思路是，紧密围绕用户需求，结合项目的具体技术要求，按照“优质先进、管用好用，成熟可靠、稳定耐用，操作便捷、维护方便”的设计原则，有针对性地进行项目建设设计。一是充分考虑技术先进性、科学合理性和实施可行性，以达到尽可能高的功效性能和价格比，充分调研、精心选材，对设备选型以及器材、元器件选取进行多方比对，优先选择性能最优的产品，确保系统各项指标满足要求；二是充分利用相关成熟技术，结合本项目特点进行优化集成，各设备的选型和设计服从系统综合集成设计要求和接口关系，确保系统技术状态稳定可靠，能够满足用户的各项功能要求和使用环境要求；三是从产品设计到生产的全过程认真执行标准化政策，严格贯彻现行标准规范，在满足功能性能要求的基础上，着力加强系统的通用化、系列化、组合化设计，最大限度的采用标准件、通用件和移用件，确保系统操作使用简单、维修维护方便。

3设计难点及解决措施

综合式气象观探测车较之传统的气象车，集成的气象观探测设备更多，可同时担负任务区域内温度、气压、湿度、风、云、雨、雪、能见度等多种气象要素的实时和机动探测，可适用于多种任务场景。但利用空间有限的车载平台，搭载多种气象设备，是设计一款综合式气象观探测车的主要难点。综合集成主要应考虑结构布局的合理性、电磁兼容性以及数据集成处理显示，下面就以上三个方面提出相应的解决措施。

3.1 合理布局设计

设备装车要根据底盘载重特点以及设备工作原理进行合理布局，以保证整车行驶的安全性和系统工作的稳定性。系统集成设计要综合考虑系统的供电体制、系统数据处理流程、设备通信模式和监控模式等因素，遵循工作可靠、高效，使用方便等原则进行合理规划，形成供电、数据流、任务设备和人员协调有序的空间布局。

综合集成不是设备的简单罗列和装车，要体现一体化设计的要求，要根据使用特点进行选型和布局，为了统一风格和布局，在满足功能性能的同时，要求设备采用模块化设计，设备体积尽量小，设备风格与整车协调。对于一些便携式的观测设备，如野战气象仪、能见度仪等，在选型时，应在满足功能性能的同时，选用体积小，架设撤收方便的设备。

另外，系统集成时需结合各设备的工作原理，合理布局，保证各设备可正常工作、互不干扰。首先应考虑舱外部分，若舱外需安装多个天线，应先分析各个天线的工作模式。如有些天线为定向天线，在固定角度上需无遮挡，其他天线的安装位置应避开其指向；有些天线为全向天线，如北斗导航天线，即使有部分遮挡仍可正常工作，此类天线对安装位置的要求相对较低，可先考虑其他天线的安装位置。

系统设计时，还应对功能相同单元进行统一规划合并，减少设备量。如优化合并系统的供电电源，由统一的电源设备为系统中的设备供电，尽量减少电源设备的数量和规格。

3.2 电磁兼容性设计

多种设备集成在一辆车上，电磁环境比较复杂，电磁兼容性的好坏是综合式气象观探测车设计成败的一个关键因素。因此，在设备选择、设备布局、天线布局、布线、搭接、接地、屏蔽、电磁防护、滤波等环节都需进行相应电磁兼容性设计，采用多种控制手段减少设备的电磁干扰，提高通信质量，具备在复杂电磁环境的生存和使用能力，主要采取如下电磁兼容性技术措施。

（1）应对舱外的天线进行电磁兼容仿真，通过仿真给出天线布置的安全距离；同时将舱内设备按其工作频率、性能划分为敏感设备（即对辐射干扰与传导干扰比较敏感的设备）和容易辐射电磁能的发射设备。通过这样划分，充分考虑布局时电磁环境的影响，来决定设备的安装位置，便于采取区域的统一隔离措施，将敏感设备、发射设备、大功率电源采用分开放置的布局；

（2）为防止带外干扰，在天线接收端可接入滤波器、低噪放及单向器。另外，集成后应检查天线是否安装牢固可靠、接触良好、无锈蚀，绝缘构件及表面是否清洁无损，接地线是否完整、无断裂、变形、虚焊等；

（3）电缆应采用屏蔽电缆，电缆连接器选用外表面导电的连接器，电缆制作需符合电磁兼容性要求。同类（传输的信号电平和频带或波形在同一规定范围内）电缆线可捆扎成束，不同类电缆线必须在一束内或相互邻近时，提出屏蔽或滤波要求和措施。

3.3 数据集成处理显示设计

综合式气象观探测车的数据种类较多，要实现多类别数据的集成处理显示主要需要解决以下几个问题：一是数据的分拣和质量控制；二是数据的统一编码和入库；三是数据的智能化显示。

数据的分拣和质量控制：统计分析观探测设备所获取的数据，确定各类数据的有效范围，通过编程自动剔除超范围数据，以确保观探测的准确性。

数据的统一编码和入库：按照观探测数据、设备状态数据、用户信息数据的类别进行编码。

数据的智能化显示：拟使用GDI+提供的绘图方法在窗口中绘制点、线、面和栅格等，组合成地图，从底层建立一套符合气象数据显示要求的地理信息系统。在实现气象保障信息智能化显示功能时，引入图层的概念，支持标准的shp格式和自定义地图数据格式，并对图层是否可见、标记文本字体、画笔颜色、画笔粗细、画刷颜色（包括透明度）、平滑模式、图层可视范围等属性进行设置，将不同类型绘制单元使用图层进行操作和管理，来实现单图显示和图层的叠加综合显示。

4测试与验证方法

测试与验证是综合式气象观探测车设计中的关键环节，其必要性贯穿于产品全生命周期，直接决定了设计的可靠性、功能性和实际应用价值。以下对综合式气象观探测车的测试与验证方法提出几点设计思路。

（1）明确测试条件、测试项目

首先需明确测试的条件，如是否需避开雨雪天气，某个功能的测试是否与地理位置有关，是否需要合适的电磁环境进行相关验证等；然后，需明确需要进行测试的项目，一般测试项目应包含齐套性检查、功能测试、性能测试、“六性”测试等。最后制定完善的测试与验证方案。

（2）明确抽样方案

若被测品数量不只1台，应制定抽样方案，可将测试项目进行分组，分为全检项和抽检项，抽样方法可参见GJB179A-1996《计数抽样检验程序及表》。

（3）功能测试与验证方法

功能测试与验证一般采用实际使用的方式进行测试，以验证野战气象功能为例，测试方法为：取出野战气象仪，将其架设与车辆附近，将信号及电源电缆接至车内，打开计算机内的终端显示软件，查看是否可观测到测站周边的温度、湿度、风向、风速等气象要素。

（4）性能测试与验证方法

性能测试通常需使用相应的仪器仪表进行测试，以测试某设备的天线增益为例，测试方法为：

将发射用的喇叭天线架于距被测天线90m以外的相对较高点处，并将喇叭与信号源（SMR20或同档仪表）相接，信号源输出频率为3840MHz的等幅信号，信号幅度为最大；

被测天线架于天线座上。被测天线经波导和电缆接频谱仪（E4440A或同档仪表），频谱仪中心频率为3840MHz；

转动天线找出被测天线接收信号的最大值；

分别测出方位面信号在最大值两侧，较最大值小于3dB处对应的方位角度值θ1、θ2，即方位面波束宽度为2θE=θ1-θ2；

分别测出俯仰面信号在最大值两侧较最大值小于3dB处对应的俯仰角度值θ3、θ4，即俯仰面波束宽度为2θH=θ3-θ4；

用所测的波束宽度可计算天线的增益G，计算公式如下：

（5）“六性”测试与验证

“六性”是指可靠性、维修性、测试性、保障性、环境适应性、安全性；“六性”的测试方法可参考相关国军标或国标，如可靠性测试可参考GJB899A-2009《可靠性鉴定和验收试验方法》或GB11463-1989《电子测量仪器可靠性试验》，环境适应性可参考GJB150A-2009《军用装备实验室环境试验方法》或GB/T2423系列电工电子产品环境试验方法。参考相关标准的同时应根据用户的实际需求，制定详细的方法进行测试。

5结束语

综合式气象观探测车比传统的、功能单一的气象车装载的气象探测设备更多，集成度较高，电磁环境复杂，其设计错在一定的难点，本文为此类产品的设计提供了理论框架，此类产品设计时，应先对用户需求进行分析，得出设备组成，可依据本文提到的技术路线进行相关的设计。在设计时，重点关注硬件集成、软件集成和电磁兼容性的设计，并在生产完成后，对相关功能及性能进行测试与验证，保证产品的可靠性和实用性，必要时，可进行用户试运行，根据用户使用习惯进行相应的整改，使其更符合用户的需求。

参考文献

[1]潘红兵.抛物面天线反射体结构设计的基本思路.现代机械，2013.2.

[2]余晓梅.某车载设备电磁兼容设计方案.环境技术，2024.2.