PCS.2000 风温廓线雷达SODAR RASS

SODAR是一个移动声廓线雷达，可以给出连续的接近于实时的三维垂直风廓线，通过使用可选择的RASS扩展系统，还可以测量出温度廓线。 SODAR不需要任何的建筑许可，构造杆或永久性固定装置，可以非常方便的进行移动。雷达可以放置在一个货车上或者拖车上，在远程站点时候时安装非常简便，一个训练好的操作员仅需要不到一个小时就可以完成安装。 有三种SODAR系统可以应用
每种型号的典型测量高度 
型号 
高度间隔(>5m增量) 
典型高度范围 
最大高度 
PCS2000-16 
最大40 
20 m——300 m 
>500 m 
PCS2000-24 
最大40 
15 m——500 m 
>1000 m 
PCS2000-64 
最大48 
15 m——800 m 
>1500 m 

最大测量高度 
最大测量高度的定义对于SODAR系统来讲是一个非常关键的技术参数，但是用户必须清楚的知道这些定义。从SODAR基底方程，指定出后散射声音信号密度，后散射SODAR声音信号密度可以通过SODAR的信号质量，声雷达的信号质量依据： 
大气参数 
● 紊流温度脉动的强度 
● 大气吸收率 
● 自然背景噪声(由风、雨滴、冰雹等产生的噪声) 
参量参数 
● 信号频率和信号强度 
● 高度分辨率(名义分辨率和有效分辨率) 
● 平均时间 
测量点参数 
● 背景噪声 (机械，风扇，交通等) 
● 固体结构反射 
● 相邻干扰(限制信号强度) 
系统参数 
● 发出的声音功率 
● 天线面积 
● 天线增益 
内部电子噪声大小 
SODAR通过声音信号传输至大气中来实现远程测量，信号可以返回风速和风向信息，这些都是源于多普勒转换。
SODAR特点 
● 可调整高度范围 
● 多种频率，多种角度操作 
● 通过以太网、电话线或GSM调制解调器远程接受数据 
● 低功率 
● 无人值守操作 
● 通过图形软件数据可视 
● 有效天线屏蔽用于噪声控制 
● RASS扩展用于温度廓线 
● 可运输的、紧凑的、容易安装的 
系统综述 
在糟糕的天气状况下，SODAR可以测量的最小高度达300米；在好的天气状况下，SODAR可测量的最大高度达1000米（对于PCS2000-64，在极好的天气状况下可测量的高度达到1500米）。 
测量的分辨率是可以被调整的，根据用户的需要而定（依据型号而定），最小时可以以10米为分辨率，测量的起始点在地面以上15米处。 
数据可以是原始的格式，也可以是谱或群组数据。分析平均数据和绘图都可以通过用户软件来完成，而且可以给出三维的风速风向，以及其它的矢量信息。 
如果完成正确的安装，SODAR几乎不需要任何维护，而且可以根据用户的需要进行改变扩展，通过改变一个扩音器或两个等，无需服务或标定需求（在最初购买时，有一个扩音器作为备件，在运输箱中）。 
SODA是非常容易安装的，而且由于声音屏蔽的组合，还可以拆开，由5个主要部件组成： 
● 声音天线 
● 天线电子部件 
● 供电电源 
● SODAR控制和数据存储PC 
● 连接电缆(30 m) 
声音天线 
PCS2000-16有16个扩音器，在声音天线处；PCS2000-24 有24个扩音器；PCS2000-64有64个扩音器。扩音器越多，系统的功率的测量范围就更大。 
天线电子部件 
所有的SODAR型号 
电线电子部件安装在天线面板上，在一个防水的不锈钢箱子中（尺寸0.4 m x 0.6 m x 0.3 m， IP 65) 
电子部件和下列一起安装： 
● 16个功率放大器 (PCS2000-16需要8个) MPA24，最大负载60 W 
● 传输/接收开关 
● 低噪声放大器 
● 逻辑相移动用于传输和接收模式 
● 控制和监测单元用于天线加热 
● 三个插头/控制PC连接器，电源线，扩音器排线 
供电电源 (能量缓冲) 
● 插头/电源连接器和控制电缆，主要开关 
● 内部保护保险丝，用于输出出入电压 
● 过载电压保护单位，用于电源线 
● 使用容量0.2 mF，足够用于声音脉冲排放的电能，避免电源线反馈产生的影响 
根据系统的参数（比如脉冲重复，脉冲长度，频率）进行能量消耗的选择，平均功耗为： 
● PCS-16和PCS-24：135——150 W 
● PCS-64：160——175 W 
可选择低功率系统 
为测量点设计的标准系统可以容易的实现，并不受电源功率限制。为了在远程站点使用，我们可以设计一个低功率的版本，采用DC电源供电。这些系统均有防水外壳，保护PC和整个雷达系统在室外的正常操作。 
低功率版本系统平均功率消耗： 
● PCS-16：55W 
● PCS-24：70W 
● PCS-64：95W 




SODAR控制和数据存储PC 
SODAR控制单元是一个预配置的PC，使用Windows操作系统，并且已经安装了SOＤAR软件 。软件可以控制数据存储和数据收集，标准部件工作温度范围为5℃——45℃，因此PC可以安装在通风的室内或者空调环境中。但是，计算机也有可能放置在室外使用，此时用户就应该选择室外机箱。 
电缆 
● 所有电缆都是高质量的电缆，IP65保护等级的电缆插头/插孔可用于室外的部件： 
● 电源电缆，25米，插头/插孔连接器，连接230 VAC电源线 
● 控制电缆，25米，插头/插孔连接器，用于传输，束选择，接收，连接SODAR控制 
● 电源电缆，15米，插头/插孔连接器，连接至±30VDC，连接电源支持SODAR电子部件 
软件 
控制软件PCS2000.exe (含3个运行时间执照，用于PCS-24和 64，5 个用于 PCS-16) 
这是一个控制行工具，可以用于和多普勒SODAR进行通讯，用于数据收集和可视PC。这些程序可以用在Windows操作系统或者Linux操作系统的PC上的任何终端仿真程序，命令是简单的，是清晰的英文ASCII文本，允许SODAR被控制和改变设置。在很低配置的计算机上就可以运行。 
SODAR控制软件 
● 提供访问系统，并控制所有系统参数、测量变量、端口选择 
● 手动把参数列表输入Windows 
● 远程系统访问，用于系统控制和系统测试（比如通过调制解调器） 
● 自动存储数据和处理数据，采用树结构文件系统；用户可以在线模式或离线模式友好数据归档和恢复 
● 数据设置为ACCII码文件，可选择的结构根据用户需要进行定义 
可选择GSM调制解调器访问远程站点 
为了设置远程访问和控制，通过一个调制解调器，用户需要一个二级计算机站点，该计算机上应使用WINDOWS NT软件。SODAR安装完毕后，用户可以通过调制解调器连接至SODAR　PC，调制解调器（电话线或GSM）的型号根据实际情况而定。 
SODAR数据可视软件 
● 群组模式，用户长期数据评估 
● 一个框架可以有１个或４个或９个布局 
● 廓线，时间序列，矢量图形，外形图形以时间高度的横断面用于所有测量变量 
● 统计学数据可以应用，可选择级别范围 
● 风玫瑰显示，可选择级别范围和风向扇区 
● 独立谱显示，或者谱廓线 
● 时间间隔（天，周，月，单独）和高度范围可选择，也可以自动调整● 可选择真实有效性检查/数据接收开始 
● 对所有数据可选择滑动功能 
● 相对的和绝对的柱状图和风玫瑰 
● 自动的或用户选择的纵坐标和横坐标缩放比例 
● 指针指向位置显示数字数值 
● 对所有数据均可实现缩放功能和滑动功能 
● 手动无效程序 
● WINDOWS支持全球打印路径 
● 图形可输出多种图片格式 (Windows位图，Windows图元, agfa SCODL，HPGL，LOTUS 1-2-3，PIC， GIF，TIFF，GEM，Encapsulated Postscript，CGM) 
● 数据输出格式为CSV格式 
PCS2000 SODAR可选项 
● 防水控制机箱 (SODAR控制PC室外使用) 
● 低功耗SODAR系统 
● 拖车安装选项 
● GSM调制解调器 
SODAR室外控制单元防水控制机箱 
如果设备用于一个远程站点，而且还需要使用室外计算机，这些都安装在一个室外的防水支架上。单位本身的性能是不会改变的，但是通过加热可以使系统工作至零下35℃。 
除了声音天线以外，SODAR的所有电子部件都可以集成在一个IP65保护等级的白色油漆覆盖的(RAL9010)19“的铝制盒子内，依从IEC-297-3标准。盒子的前后都有盖子，双重锁扣件和自动压力平衡阀门。 
防水控制机箱可以总是直接安装在SODAR天线的旁边，在天线和屏蔽之间有一根5米长的连接电缆，含电缆连接器。 
低功率系统 
设计的标准系统是很容易访问的，而且不受供电电源限制。为了在远程站点使用，我们设计了低功率的DC供电配置。这些系统都可以用在一个防水连接的外壳中，和PC安装在一起，可以是整个系统在室外使用。 
低功耗系统的平均功耗： 
● PCS-16：55W 
● PCS-24：70W 
● PCS-64：95W 
这些系统提供所有的标准系统工作模式，但是SODAR控制PC在低功耗系统上是一个单独的PC面板，可以提供完整的PC功能。配置如下： 
● 300 MHz 处理器PCM489， INTEL兼容 
● 128 MB RAM，20 GB HD 
● 1.44软驱 
● 1个鼠标，1个键盘或触摸板 
● 1个 RS232/422，用于GSM调制解调器 
● 1个并行口，用于SODAR接口 
这个配置设计优化了功耗的减小，数据可以存储在系统的硬盘上。 
SODAR PC的性能用于数据显示和数据分析，和标准版本并不一样有高质量的数据，因此我们推荐使用一个二级PC，最好能是一台笔记本电脑，用于读取SODAR PC (通过一个网络)的数据，通过二级PC系统用于数据显示和数据分析。 
功耗和低功耗系统 
必须使用下列任意一种供电方式： 
● 标准230±10 % VAC电源，50±5 % Hz 
● 24 VDC供电 
230 VAC或24 VD输入电压将支持SODAR-PC和电子部件的电压需求。 
在230VAC电源支持下，可以进一步的让SODAR天线加热工作，同时RASS温度锡系统也可以扩展到SODAR系统中。
低功耗SODAR (PCS2000-24)将消耗大约60-70 W的功率，根据操作参数的设置而定。当所有的外部组件( 6.4 “ TFT显示器，1.44 MB，GSM调制解调器) 都关闭后，就会减少已停止使用部件的功耗，这些都是正常的省电操作模式。工业级的GSM调制解调器是可选择的，如果选择，其将通过一个定时器来开关，另外一些部件也可以由用户来开启关闭。 
调制解调器 
可选择的工业级标准GSM调制解调器可用于远程登陆，并检查或改变一些设置，完成一些操作。当出现一些潜在的问题诸如供电失败，这个时候也允许发送一些SMS信息给用户。 
调制解调器适合在野外使用，传输速率在14400bps，操作频率在900/1800 MHz，供电为10-80 VDC。 
SODAR / RASS的拖车安装，容易运输，提高效率 
SODAR/RASS系统可以被安装在一个适当的拖车（大约7米长，2米宽）的平台上。所有的部件都是全天候的，可封闭的，放置在一个大约2m x 2m x 1.5 m的保护结构中，包含电池和电子部件。天线安装在拖车上一个安全的位置，当拖车在行进中时，仅需要附加一个接地线。 
一个单人大约在10分钟左右即可完成设置，如果需要，在拖车上还可以布置一台发电机或者其它部件，不需要攀爬就可以轻松的获得。 
测量范围 
测量范围 
风速 
0——35 m/s 
风向 
0——360° 
标准偏差径向风组成 
0——3 m/s 
测量精度 
风速(0——5 m/s) 
± 0.5 m/s 
风速 (5——35 m/s 
± 10% 
风向 (0.8——35 m/s) 
± 5° 
径向风组成 
± 0.1 m/s 
标准偏差径向风组成 
± 0.15 m/s 
测量高度 
最低测量高度（根据分辨率可调高度） 
10 m 
高度分辨率（可调节） 
5——50 
数据有效性 (依据站点条件和系统参数) 
80% ，最大200 m 
传输频率 
声音：可调节 
1.5——3 kHz 
技术性能参数 
电磁(可选择/RASS) 
1290 MHz 
功耗 
PC和接口 
230 V，250W 
供电单元 
230 V，130 W 
RASS电子单元 (可选项) 
230 V，350 W 
低功率PCS-2000/24 LP 
230 V，90 W 
数据传输 
网络连接器 
10/100 Mbit/s，以太网 


三个多普勒SODA型号的技术性能参数：PCS2000-16 PCS2000-24 PCS2000-64 
RASS综述 
RASS扩展系统，附加在SODAR仪器上，是一个可靠的容易使用的仪器，可以快速的获得大气温度差信息。尤其是在垂直成层结构方面，在污染物浓度垂直观测上具有非常重要的意义。SODAR/RASS可 
RASS方法使用的是垂直发射无线电波扫描，在垂直方向上发出垂直声波，探测垂直温度廓线。 
RASS组件 
RASS扩展系统由两个抛物面天线，一个接收器和一个发射机加上RASS的电子部件组成，RASS的电子部件主要有信号源，功率放大器，接收器。 
RASS声波对风的影响、 
同样是声波，当透过大气层向上传播时，可能会被接收点的水平改变。因此在强风情形下，接收区域以外的变化非常快。在使用上，这个不仅可以被单声源补偿，而且还可以在雷达的天线周围布置大量的声源，然后根据观测风向选择操作。这些操作会增加RASS的价格，但是至少是一种改善数据有效性覆盖的范围的方法，高度在300——400米以上。 
声波转换的进一步选择是使用大一些的雷达天线，这样就可以增加天线的孔径，对于发射和接收都有所改善。因此，大一些的雷达天线使用可以有更多的成本有效方法，而且RASS的雷达部分频率可以被改变为480 MHz。低一些的频率提供跟多的益处：频率减少和声能减少的大气吸收，因此散射横截面将高于散射过程。 
1290 MHz对480 MHz RASS 
从长期的操作经验来看，两个系统我们都可以制定一个80%的高度覆盖范围，在5米/秒的风速下，1290MHz可以为RASS提供300——400米高度测量，480MHz可以为RASS提供600——800米高度测量。和大功率风廓线结合在一起，RASS的范围也可以被扩展到1000米的高度，甚至是到达3000米的高度，只是需要增加一些成本和比较差的分辨率。