ITU-R M 1849 FRENCH-2009 Technical and operational aspects of ground-based meteorological radars《陆基气象雷达的技术和操作方面》.pdf

1、 Recommandation UIT-R M.1849(06/2009)Aspects techniques et oprationnels des radars mtorologiques au solSrie MServices mobile, de radioreprage et damateury compris les services par satellite associsii Rec. UIT-T M.1849 Avant-propos Le rle du Secteur des radiocommunications est dassurer lutilisation r

2、ationnelle, quitable, efficace et conomique du spectre radiolectrique par tous les services de radiocommunication, y compris les services par satellite, et de procder des tudes pour toutes les gammes de frquences, partir desquelles les Recommandations seront labores et adoptes. Les fonctions rglemen

3、taires et politiques du Secteur des radiocommunications sont remplies par les Confrences mondiales et rgionales des radiocommunications et par les Assembles des radiocommunications assistes par les Commissions dtudes. Politique en matire de droits de proprit intellectuelle (IPR) La politique de lUIT

4、R en matire de droits de proprit intellectuelle est dcrite dans la Politique commune de lUIT-T, lUIT-R, lISO et la CEI en matire de brevets, dont il est question dans lAnnexe 1 de la Rsolution UIT-R 1. Les formulaires que les titulaires de brevets doivent utiliser pour soumettre les dclarations de

5、brevet et doctroi de licence sont accessibles ladresse http:/www.itu.int/ITU-R/go/patents/fr, o lon trouvera galement les Lignes directrices pour la mise en uvre de la politique commune en matire de brevets de lUIT-T, lUIT-R, lISO et la CEI et la base de donnes en matire de brevets de lUIT-R. Sries

6、des Recommandations UIT-R (Egalement disponible en ligne: http:/www.itu.int/publ/R-REC/fr) Sries Titre BO Diffusion par satellite BR Enregistrement pour la production, larchivage et la diffusion; films pour la tlvision BS Service de radiodiffusion sonore BT Service de radiodiffusion tlvisuelle F Ser

7、vice fixe M Services mobile, de radioreprage et damateur y compris les services par satellite associs P Propagation des ondes radiolectriques RA Radio astronomie RS Systmes de tldtection S Service fixe par satellite SA Applications spatiales et mtorologie SF Partage des frquences et coordination ent

8、re les systmes du service fixe par satellite et du service fixe SM Gestion du spectre SNG Reportage dactualits par satellite TF Emissions de frquences talon et de signaux horaires V Vocabulaire et sujets associs Note: Cette Recommandation UIT-R a t approuve en anglais aux termes de la procdure dtail

9、le dans la Rsolution UIT-R 1. Publication lectronique Genve, 2009 UIT 2009 Tous droits rservs. Aucune partie de cette publication ne peut tre reproduite, par quelque procd que ce soit, sans laccord crit pralable de lUIT. Rec. UIT-T M.1849 1RECOMMANDATION UIT-R M.1849*Aspects techniques et oprationne

10、ls des radars mtorologiques au sol (2009) Domaine dapplication La prsente Recommandation traite des caractristiques techniques et oprationnelles importantes des radars mtorologiques, dcrit les produits connexes fournis, met en vidence leurs principales particularits, examine les effets des brouillag

11、es sur les radars mtorologiques et tablit des critres de protection contre les brouillages. Elle porte uniquement sur les radars mtorologiques au sol, mais pas sur les radars profileurs de vent, galement utiliss des fins mtorologiques, qui sont traits dans une Recommandation UIT-R distincte. LAssemb

12、le des radiocommunications de lUIT, considrant a) que les caractristiques dantenne, de propagation du signal, de dtection des cibles et de grande largeur de bande ncessaire propres aux radars pour remplir leurs fonctions sont optimales dans certaines bandes de frquences; b) que des caractristiques t

13、echniques et oprationnelles reprsentatives des radars mtorologiques sont ncessaires pour dterminer la possibilit dintroduire de nouveaux types de systmes dans les bandes de frquences dans lesquelles ces radars sont exploits; c) que des procdures et des mthodologies sont ncessaires pour analyser la c

14、ompatibilit entre les radars mtorologiques et les systmes dautres services; d) que les radars mtorologiques prsentent des caractristiques techniques et oprationnelles spcifiques par rapport aux autres types de radar, ce qui justifie une Recommandation UIT-R distincte; e) que les radars mtorologiques

15、 fonctionnent principalement dans les bandes 2 700-2 900 MHz, 5 250-5 725 MHz et 9 300-9 500 MHz; f) que les radars mtorologiques sont des stations dobservation essentielles utilises pour les observations mtorologiques et la surveillance de lenvironnement; g) que les radars mtorologiques jouent un r

16、le crucial dans la fourniture dalertes en cas de mauvaises conditions mtorologiques imminentes (par exemple, inondations, cyclones ou ouragans) qui peuvent mettre en danger les populations et causer des dgts linfrastructure conomique stratgique; h) que lapplication de critres de protection doit tre

17、examine, en vue de tenir compte de la nature statistique des critres et dautres lments de la mthode permettant deffectuer les tudes de compatibilit (balayage dantenne et affaiblissement de propagation par exemple). La mise au point de ces considrations statistiques pourra tre intgre dans des version

18、s rvises futures de la prsente Recommandation, selon quil conviendra, *La prsente Recommandation devrait tre porte lattention de lOrganisation mtorologique mondiale (OMM). Rec. UIT-T M.1849 2 reconnaissant a) que, conformment au numro 5.423 du Rglement des radiocommunications (RR), les radars mtorol

19、ogiques au sol exploits dans la bande 2 700-2 900 MHz sont autoriss fonctionner sur une base dgalit avec les stations du service de radionavigation aronautique; b) que, conformment au numro 5.452 du RR, les radars mtorologiques au sol exploits dans la bande 5 600-5 650 MHz sont autoriss fonctionner

20、sur une base dgalit avec les stations du service de radionavigation maritime; c) que, conformment au numro 5.475B du RR, les radars mtorologiques au sol exploits dans la bande 9 300-9 500 MHz ont priorit sur les autres utilisations aux fins de la radiolocalisation, notant a) que la Recommandation UI

21、T-R M.1461 sert galement de rfrence pour lanalyse de la compatibilit entre les radars et les systmes dautres services; b) que les critres de protection des radars dpendent des types de signaux brouilleurs, tels que ceux qui sont dcrits dans lAnnexe 1, recommande 1 que les aspects techniques et oprat

22、ionnels des radars mtorologiques dcrits dans lAnnexe 1 et les caractristiques donnes dans lAnnexe 2 soient pris en considration lors de la ralisation dtudes de partage; 2 que les critres de protection des radars mtorologiques soient fonds sur lAnnexe 1, en particulier le 8.5, pour lvaluation de la c

23、ompatibilit avec des types de signaux brouilleurs mis par dautres services et applications. Ces critres de protection reprsentent le niveau de protection contre les brouillages cumulatifs dus la prsence de plusieurs brouilleurs. Annexe 1 Aspects techniques et oprationnels des radars mtorologiques au

24、 sol 1 Introduction Les radars mtorologiques au sol sont utiliss pour la mtorologie oprationnelle et les prvisions mtorologiques, la recherche atmosphrique et la navigation aronautique et maritime, et jouent un rle crucial dans les processus dalerte mtorologique et hydrologique immdiate. Ces radars

25、fonctionnent en permanence, 24 heures sur 24. Les rseaux de radars mtorologiques reprsentent la dernire ligne de dtection de conditions mtorologiques pouvant entraner la perte de vies humaines ou de biens lors de crues soudaines ou de temptes violentes. Le principe de fonctionnement des radars mtoro

26、logiques et les produits quils gnrent sont trs diffrents de ce quils sont pour les autres radars. Il est important de comprendre ces diffrences lors de lvaluation de la compatibilit entre les radars mtorologiques et les autres services de radiocommunication. Les caractristiques techniques et opratio

27、nnelles des radars mtorologiques font que les effets dus aux brouillages admissibles sont diffrents par rapport au cas des autres radars. Rec. UIT-T M.1849 32 Prsentation gnrale Les radars mtorologiques sont utiliss pour dtecter les conditions atmosphriques afin deffectuer les prvisions quotidiennes

28、 de dtecter les mauvaises conditions mtorologiques, de dtecter les vents et les prcipitations, destimer les prcipitations, de dtecter les conditions de formation de givre sur les aronefs et dviter le mauvais temps pour la navigation. Les radars mtorologiques mettent des impulsions polarises horizon

29、talement qui permettent de mesurer la dimension horizontale des nuages (eau des nuages et glace des nuages) et des prcipitations (particules de neige, de grsil, de grle et de pluie). Les radars polarimtriques, galement appels radars double polarisation, mettent la fois une impulsion polarisation hor

30、izontale et une impulsion polarisation verticale. Ils sont nettement plus performants que les systmes non polarimtriques en ce qui concerne lestimation des prcipitations, la classification des prcipitations, la qualit des donnes et la dtection des risques mtorologiques. Les radars mtorologiques ne r

31、elvent pas dun seul service de radiocommunication au sein de lUIT-R, ils relvent du service de radiolocalisation et/ou du service de radionavigation au sens du RR. La question de savoir si un radar donn relve du service de radiolocalisation et/ou du service de radionavigation dpend de son utilisatio

32、n. Un radar mtorologique au sol utilis pour la recherche atmosphrique ou les prvisions mtorologiques est exploit dans le cadre du service de radiolocalisation. Un radar mtorologique aroport sur un aronef commercial est exploit dans le cadre du service de radionavigation. Un radar mtorologique au sol

33、 peut aussi tre exploit dans le cadre du service de radionavigation si, par exemple, il est utilis par le contrle du trafic arien pour dterminer la route des aronefs en cas de mauvaise mto. Il sensuit que les radars mtorologiques peuvent tre exploits dans diverses bandes attribues au service de radi

34、olocalisation et au service de radionavigation, sous rserve que lutilisation soit conforme la dfinition du service de radiocommunication. Le RR contient trois rfrences spcifiques aux radars mtorologiques dans le Tableau dattribution des bandes de frquences. Ces trois rfrences figurent dans des renvo

35、is associs aux bandes 2 700-2 900 MHz (numro 5.423 du RR), 5 600-5 650 MHz (numro 5.452 du RR) et 9 300-9 500 MHz (numro 5.475 du RR). 2.1 Equation du radar pour une cible ponctuelle1Les radars mtorologiques ne poursuivent pas des cibles ponctuelles. Toutefois, lquation du radar peut tre adapte pour

36、 tre utilise avec des radars mtorologiques. La quantit de puissance retourne un radar mtorologique qui a effectu un balayage volumique dtermine si des phnomnes mtorologiques seront dtectables. Lquation du radar exprime la puissance renvoye par une cible en fonction des caractristiques de la cible et

37、 du radar metteur. Les variables de lquation du radar pour une cible ponctuelle sont les suivantes: PR: puissance reue par le radar PT: puissance de crte mise par le radar AT: surface de la cible R: distance entre le radar et la cible G: gain de lantenne dmission. 1Les informations et la dterminatio

38、n des quations figurant dans ces paragraphes proviennent de YAU, M. K. et ROGERS, R. R. 1er janvier 1989 A Short Course in Cloud Physics, Chapitre 11. Rec. UIT-T M.1849 4 Lquation gnrale du radar pour une cible ponctuelle est alors la suivante: ()TTRArGPP =43224Lquation ci-dessus repose sur lhypoths

39、e dun rayonnement isotrope et dune diffusion isotrope. Toutefois, la plupart des cibles ne diffusent pas un rayonnement incident de manire isotrope, et la section efficace de rtrodiffusion, , de la cible est alors ncessaire: ()=43224 rGPPTR2.2 Equation du radar mtorologique A partir de lquation pour

40、 une cible ponctuelle, ltape suivante consiste diter cette quation compte tenu des cibles du radar mtorologique. Les gouttes de pluie, les flocons de neige et les gouttelettes de nuage sont des exemples dune catgorie importante de cibles de radar, savoir la catgorie des cibles distribues. Limpulsion

41、 radar incidente claire un volume atmosphrique, le volume de rsolution du radar mtorologique. La puissance moyenne reue en provenance des particules mtorologiques contenues dans ce volume est donne par lquation ci-dessous, o est la somme des sections efficaces de rtrodiffusion de toutes les particul

42、es contenues dans le volume de rsolution. ()=nTRrGPP43224Etant donn que le volume du faisceau radar augmente en fonction de la distance, le faisceau radar contient de plus en plus de cibles. Le volume dfini du faisceau radar est quivalent : 222hrV = o h = c est la longueur de limpulsion et est louve

43、rture de faisceau de lantenne. Si on combine lquation gnrale du radar avec le volume du faisceau radar, la puissance moyenne retourne devient: ()=22424322hrrGPPTRo dsigne la rflectivit du radar par unit de volume. Dans lquation ci-dessus, on suppose toutefois que le gain dantenne est uniforme plus o

44、u moins 3 dB, ce qui est faux. Dans lhypothse dun diagramme de faisceau gaussien, le volume effectif est alors mieux dfini sur le diagramme de faisceau radar et la puissance moyenne retourne devient: 22222)2(1n0241 rhGPPTR= Rec. UIT-T M.1849 5Si on prend en considration une seule particule sphrique

45、qui est petite par rapport la longueur donde du radar, la section efficace de rtrodiffusion peut tre reprsente par = 64 5/4|K|2ro2, o K est lindice de rfraction complexe et roreprsente le rayon de la sphre. Les particules mtorologiques qui sont suffisamment petites pour que la loi de diffusion de Ra

46、yleigh sapplique sont appeles diffuseurs de Rayleigh. Les gouttes de pluie et les flocons de neige sont considrs comme des diffuseurs de Rayleigh mesurs avec une approximation prcise lorsque la longueur donde du radar est comprise entre 5 cm et 10 cm, longueurs donde de fonctionnement courantes des

47、radars mtorologiques. A une longueur donde de 3 cm, la diffusion approche peut encore tre utile, mais elle est moins prcise. Pour un groupe de gouttes sphriques qui sont petites par rapport la longueur donde du radar, la puissance moyenne retourne est alors donne par: ()()=noTRrKrGPP62454322644o est une sommation du rayon sphrique de chacun des diffuseurs mtorologiques. En prenant (D/2)6gal 6or , la puissance moyenne retourne peut tre exprime en fonction du diamtre des diffuseurs sphriques