ISO 19926-1:2019

Meteorology — Weather radar — Part 1: System performance and operation

ISO 19926-1:2019 specifies system performance of ground-based weather radar systems measuring the atmosphere using frequencies between 2 GHz and 10 GHz. These systems are suitable for the area-wide detection of precipitation and other meteorological targets at different altitudes. This document also describes ways to verify the different aspects of system performance, including infrastructure. ISO 19926-1:2019 is applicable to linear polarization parabolic radar systems, dual-polarization and single-polarization radars. It does not apply to fan-beam radars [narrow in azimuth (AZ) and broad in elevation (EL)], including marine and aeronautical surveillance radars, which are used for, but are not primarily designed for, weather applications. Phased-array radars with electronically formed and steered beams, including multi-beam, with non-circular off-bore sight patterns, are new and insufficient performance information is available. ISO 19926-1:2019 does not describe weather radar technology and its applications. Weather radar systems can be used for applications such as quantitative precipitation estimation (QPE), the classification of hydrometeors (e.g. hail), the estimation of wind speeds and the detection and surveillance of severe meteorological phenomena (e.g. microburst, tornado). Some of these applications have particular requirements for the positioning of the radar system or need specific measurement strategies. However, the procedures for calibration and maintenance described in this document apply here as well. ISO 19926-1:2019 addresses manufacturers and radar operators.

Météorologie — Radars météorologiques — Partie 1: Performance et fonctionnement des systèmes

L'ISO 19926-1 :2019 décrit les performances des systèmes radar météorologiques au sol qui réalisent des mesurages dans l'atmosphère à des fréquences comprises entre 2 GHz et 10 GHz. Ces systèmes conviennent pour la détection des précipitations et d'autres cibles météorologiques à différentes altitudes, sur une zone étendue. Le présent document décrit également des méthodes pour contrôler les différents aspects de performance des systèmes, infrastructure incluse. L'ISO 19926-1 :2019 s'applique aux systèmes radar paraboliques à polarisation linéaire et aux radars à polarisation simple et double. Il ne s'applique pas aux radars à faisceaux en éventail [étroits en azimut (AZ) et larges en élévation (EL)] qui incluent les radars de surveillance maritime et aéronautique qui, bien que non conçus à cette fin, sont utilisés pour des applications météorologiques. Les radars à antenne réseau à commande de phase, qui utilisent des faisceaux dirigés et formés par voie électronique, y compris des faisceaux multiples, avec des diagrammes désaxés non circulaires, sont récents et les données disponibles sur leurs performances sont insuffisantes. L'ISO 19926-1 :2019 ne décrit ni la technologie des radars météorologiques ni leurs applications. Les systèmes radar météorologiques peuvent être utilisés pour des applications telles que l'évaluation quantitative des précipitations (QPE), la classification des hydrométéores (grêle, par exemple), l'estimation des vitesses de vent et la détection et la surveillance des phénomènes météorologiques extrêmes (microrafales ou tornades, par exemple). Certaines de ces applications ont des exigences particulières quant au positionnement du système radar ou nécessitent des stratégies de mesure spécifiques. Cependant, les modes opératoires d'étalonnage et d'entretien décrits dans le présent document s'y appliquent également. L'ISO 19926-1 :2019 est destiné aux fabricants et aux opérateurs de radars.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 21-Feb-2019
• ICS: 07.060 - Geology. Meteorology. Hydrology
• Technical Committee: ISO/TC 146/SC 5 - Meteorology
• Drafting Committee: ISO/TC 146/SC 5/WG 7 - Weather radar
• Current Stage: 6060 - International Standard published
• Due Date: 03-Jul-2018
• Completion Date: 22-Feb-2019

Relations

• Consolidated By: ISO/ASTM 52942:2020 - Additive manufacturing — Qualification principles — Qualifying machine operators of laser metal powder bed fusion machines and equipment used in aerospace applications
• Effective Date: 06-Jun-2022

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 19926-1
First edition
2019-02
Meteorology — Weather radar —
Part 1:
System performance and
operation
Météorologie — Radars météorologiques —
Partie 1: Performance et fonctionnement des systèmes
Reference number
ISO 19926-1:2019(E)
ISO 2019
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ISO 19926-1:2019(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2019

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Published in Switzerland
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ISO 19926-1:2019(E)
Contents Page

Foreword ..........................................................................................................................................................................................................................................v

Introduction ................................................................................................................................................................................................................................vi

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Abbreviated terms .............................................................................................................................................................................................. 1

5 Basics ................................................................................................................................................................................................................................ 2

5.1 Frequency bands ................................................................................................................................................................................... 2

5.2 System configuration ......................................................................................................................................................................... 3

5.2.1 Overview of radar system component units ............................................................................................ 3

5.2.2 Dual-polarization transmit modes ................................................................................................................... 6

5.2.3 Description of components ..................................................................................................................................... 7

6 System performance and measurement parameters ..................................................................................................10

6.1 General aspects ....................................................................................................................................................................................10

6.2 Fundamental parameters ...........................................................................................................................................................12

6.2.1 Sensitivity .................. .................................................... ......................................................................................................12

6.2.2 Spatial resolution .........................................................................................................................................................16

6.2.3 Phase stability .................................................................................................................................................................21

6.2.4 Accuracy of dual-polarization measurement .......................................................................................22

6.3 Other key parameters ....................................................................................................................................................................22

6.3.1 Side lobe ...............................................................................................................................................................................22

6.3.2 Beam direction co-alignment .............................................................................................................................22

6.3.3 Beam width matching ........................................................................................................................................... ....22

6.3.4 Maximum rotation speed ......................................................................................................................................23

6.3.5 Acceleration ......................................................................................................................................................................23

6.3.6 Antenna pointing accuracy ..................................................................................................................................23

6.3.7 Dynamic range ................................................................................................................................................................23

6.3.8 Unwanted emissions..................................................................................................................................................24

7 Calibration, monitoring and maintenance .............................................................................................................................24

7.1 General aspects ....................................................................................................................................................................................24

7.2 Calibration ...............................................................................................................................................................................................25

7.2.1 General...................................................................................................................................................................................25

7.2.2 Types of calibration ....................................................................................................................................................25

7.2.3 Items, procedures and intervals of calibration ...................................................................................26

7.3 Monitoring ...............................................................................................................................................................................................26

7.3.1 General...................................................................................................................................................................................26

7.3.2 Stability of radar system ........................................................................................................................................26

7.3.3 Monitoring receiver stability and electrical pointing using the sun ................................27

7.4 Maintenance ...........................................................................................................................................................................................28

7.4.1 General aspects ..............................................................................................................................................................28

7.4.2 Preventive maintenance .........................................................................................................................................28

7.4.3 Corrective maintenance ..........................................................................................................................................28

7.4.4 Maintenance options .................................................................................................................................................29

7.4.5 Maintenance items and intervals ....................................................................................................................29

7.5 Life-cycle management .................................................................................................................................................................30

7.5.1 Spare-parts strategy ..................................................................................................................................................30

7.5.2 System availability .......................................................................................................................................................30

7.5.3 Life-cycle costs ................................................................................................................................................................31

8 Staff, competencies and training ......................................................................................................................................................31

9 Siting and installation ..................................................................................................................................................................................34

9.1 General aspects ....................................................................................................................................................................................34

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ISO 19926-1:2019(E)

9.2 Selection and preparation of a radar site ......................................................................................................................34

9.3 Supporting infrastructure ..........................................................................................................................................................35

9.4 Coverage ....................................................................................................................................................................................................36

9.5 Visibility and interferences .......................................................................................................................................................37

Annex A (normative) System performance parameter measurement ...........................................................................38

Annex B (informative) Sample radar specifications..........................................................................................................................79

Annex C (informative) Recording of measurement results ........................................................................................................81

Annex D (informative) Recommended maintenance and calibration actions .......................................................85

Annex E (informative) Radar data exchange .............................................................................................................................................88

Annex F (informative) Other radar systems ..............................................................................................................................................89

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................92

iv © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 19926-1:2019(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso

.org/iso/foreword .html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 146, Air quality, Subcommittee SC 5,

Meteorology, and by the World Meteorological Organization (WMO) as a common ISO/WMO Standard

under the Agreement on Working Arrangements signed between the WMO and ISO in 2008.

A list of all parts in the ISO 19926 series can be found on the ISO website.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
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ISO 19926-1:2019(E)
Introduction

The rapid development of weather radar occurred just before and during the Second World War.

Initially, radar was demonstrated at long (10 m to 50 m) wavelengths, but quickly moved to shorter

wavelengths (3 cm and 10 cm) with the requirement for, and development of, compact and high-power

transmitters. C-band (5 cm) wavelengths were available in the late 1950s. The first operational Doppler

radars appeared in the mid-1980s, with demonstration of the technology’s application in operations

and the availability of high-speed, affordable processors and efficient software codes. The adoption of

dual-polarization capability for operational radars followed in the mid to late 1990s.

Radars provide localized, highly detailed, timely and three-dimensional sensing and observing

capability that no other meteorological monitoring system can provide. They are able to measure

variations in precipitation rates at a resolution of a few square kilometres or better and at time cycles

of the order of a few minutes. They provide the capability to monitor rapidly evolving weather events,

which is critical for the provision of early warnings of severe and hazardous weather. This includes

heavy rain, hail, strong winds (e.g. tornadoes and tropical cyclones) and wind shear; the conditions that

have the highest impact on society of all the weather elements. Doppler and dual-polarization radars

are able to resolve the high variability of wind and precipitation types, and even see insects or clear air

turbulence used to predict the onset of thunderstorms and for measuring vertical wind profiles. Dual

polarization is also used for quality assurance and to improve precipitation estimates.

With high speed telecommunications and data processing, radar systems are now networked to better

monitor large-scale weather phenomena, such as tropical cyclones and major extra-tropical storms

(both in summer and winter). The data derived from the networking of radars can provide longer

lead times (from 60 min to 90 min to several hours) for early warnings. Numerical weather prediction

systems have also now advanced and the assimilation of continental-scale radar-derived precipitation

data into global models can significantly improve the 4-day to 5-day precipitation forecasts of

neighbouring areas and continents.

The provision of homogeneous, high-quality data starts with the installation and use of appropriate

radar technology for the local weather environment and conditions. The wavelength of the radar, the

beam width of the antenna, the type and power of the transmitter, the sensitivity of the receiver and

the waveform all have significant impacts on the resolution and quality of radar data. Weather radars

have traditionally been specified and configured to meet local requirements for weather monitoring

and surveillance and to cater for local geography and other factors, leading to globally diversity in

technology and in sampling strategies. These all impact on different data quality metrics, such as

availability, timeliness and accuracy. These metrics also rely on the operation and maintenance of

the radar systems through adherence to prescribed and standardized procedures and practices. This

requires the establishment of standards, technical specification best practices and guidelines for

network design, site selection, calibration, system and equipment maintenance, sampling and data

processing, and distribution.

The purpose of this document is wide and addresses organizations in all countries using weather radar,

with particular emphasis on countries that do not have a long tradition of weather radar operation and

usage. It provides:

— support to manufacturers to maintain a comparable and high level of competitive weather radar

systems;

— aid for tendering authorities to take into account state of the art of system performance as well

as merely component definitions in their documents and, thus, to help to compare different

incoming bids;

— provision of a valid documentation on the potential and limitations of weather radar systems, thus

supporting capacity building worldwide;

— advice on the general requirements for siting, operation, maintenance and calibration tasks to keep

radar systems on a high level of data quality and availability;
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ISO 19926-1:2019(E)

— a description of the required range of tasks for operating and maintaining weather radar systems in

order to let managers allocate enough financial resources and staff capacity for this purpose.

Further information, such as the fundamentals of weather radar measurement, can be found in

Reference [1].
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 19926-1:2019(E)
Meteorology — Weather radar —
Part 1:
System performance and operation
1 Scope

This document specifies system performance of ground-based weather radar systems measuring the

atmosphere using frequencies between 2 GHz and 10 GHz. These systems are suitable for the area-wide

detection of precipitation and other meteorological targets at different altitudes. This document also

describes ways to verify the different aspects of system performance, including infrastructure.

This document is applicable to linear polarization parabolic radar systems, dual-polarization and

single-polarization radars. It does not apply to fan-beam radars [narrow in azimuth (AZ) and broad

in elevation (EL)], including marine and aeronautical surveillance radars, which are used for, but are

not primarily designed for, weather applications. Phased-array radars with electronically formed and

steered beams, including multi-beam, with non-circular off-bore sight patterns, are new and insufficient

performance information is available.

This document does not describe weather radar technology and its applications. Weather radar systems

can be used for applications such as quantitative precipitation estimation (QPE), the classification of

hydrometeors (e.g. hail), the estimation of wind speeds and the detection and surveillance of severe

meteorological phenomena (e.g. microburst, tornado). Some of these applications have particular

requirements for the positioning of the radar system or need specific measurement strategies. However,

the procedures for calibration and maintenance described in this document apply here as well.

This document addresses manufacturers and radar operators.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
No terms and definitions are listed in this document.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
4 Abbreviated terms
ADC analogue–digital converter
AZ azimuth
BITE built-in test equipment
BPF band-pass filter
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CW continuous wave
EL elevation
H/V horizontal/vertical
HPBW half power beam width
ITU-R International Telecommunication Union, Radiocommunication Sector
LDR linear depolarization ratio
LNA low noise amplifier
MTBF mean time between failures
NF number of failures
NMHS National Meteorological and Hydrological Service
PRT pulse repetition time
QPE quantitative precipitation estimation
RF radio frequency
SG signal generator
SNR signal-to-noise-ratio
STALO stable local oscillator
STAR simultaneous transmit and receive
TR transmit/receive
TWT travelling wave tube
UPS uninterrupted power supply
5 Basics
5.1 Frequency bands

A weather radar is a system that is designed to measure hydrometeors in a large area, using a remote-

sensing technology based on microwaves. The microwaves of S-, C- and X-bands are used in many

cases and the scale and observation characteristics of the system are different depending on the

characteristics of each frequency (wavelength). S-band systems are large and their observation range

is wide, while X-band systems are compact and their observation range is narrow. The useful range of

S-band and C-band radars are typically limited by the Earth’s curvature (≥ 300 km), whereas at X-band

the limit is normally attenuation dependent (50 km to 100 km). See Reference [1] for more details.

Table 1 shows the typical items for each frequency band.

It is necessary to select the frequency band according to the range of observation and the scale of

system at the location.
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ISO 19926-1:2019(E)
Table 1 — Typical specification for different frequency bands of weather radar
a b,c
Frequency band Frequency range Antenna diameter Rain attenuation (two-
way) at 30 mm/h
S 2,700 GHz to 3,000 GHz 8,5 m 0,02 dB/km
C 5,250 GHz to 5,900 GHz 4,2 m 0,13 dB/km
X 9,300 GHz to 9,800 GHz 2,4 m 1,22 dB/km
Operating frequency range differs from each country.

For more information on frequency band and antenna size, refer to Reference [1], Chapter 7.6.8.

Typical values for a 1° HPBW.
For attenuation due to rain, refer to Reference [1], Chapter 7.2.3.
5.2 System configuration
5.2.1 Overview of radar system component units

Figure 1 shows the basic configuration of a radar system. Antenna mounted receivers (and in some

cases transmitters) are also becoming common recently.
Key
1 radome 4 receiver
2 antenna 5 signal processor
3 transmitter 6 data processor
Figure 1 — Configuration and diagram of radar system

The weather radar system is divided into a single-polarization type, which is in most cases horizontal

polarization (see Figure 2), and a dual-polarization type, where both horizontal and vertical

polarizations of the emitted and received microwaves are used. The dual-polarization type is further

divided into a dual-polarization distribution transmitter type (see Figures 3 and 4), which distributes

single transmitter output, and a dual-polarization independent transmitter type, which has two

independent systems of transmitter (see Figure 5).
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ISO 19926-1:2019(E)
Key
1 antenna 4 TR limiter
2 transmitter 5 receiver
Figure 2 — System diagram of a single-polarization type
Key
1 antenna 6 receiver (H channel)
2 horizontal polarization (H) channel 7 vertical polarization (V) channel
3 transmitter 8 TR limiter
4 3 dB power splitter 9 receiver (V channel)
5 TR limiter
Figure 3 — System diagram of a dual-polarization distribution transmitter type
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ISO 19926-1:2019(E)
Key
1 transmitter 7 TR limiter
2 polarization mode switch 8 horizontal polarization receiver channel
3 3 dB power splitter 9 vertical polarization receiver channel
4 circulator 10 signal processor
5 antenna 11 data processor
6 radome

Figure 4 — System diagram of a dual-polarization distribution transmitter type plus additional

linear depolarization ratio mode
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ISO 19926-1:2019(E)
Key
1 antenna 5 receiver (H channel)
2 horizontal polarization (H) channel 6 vertical polarization (V) channel
3 transmitter 7 receiver (V channel)
4 TR limiter
Figure 5 — System diagram of a dual-polarization independent transmitter type
5.2.2 Dual-polarization transmit modes
5.2.2.1 General

Depending on the transmitter system (see types dual-polarization distribution transmitter or

independent transmitter illustrated above) different transmit modes are available.

5.2.2.2 Simultaneous transmit and receive or hybrid mode

In simultaneous transmit and receive (STAR) mode, a linear horizontal and a vertical polarized wave is

transmitted simultaneously and each wave is received by the respective receiver chain. The advantages

of this technique are that it can be used with a single transmitter (distributed transmitter type), no

expensive second transmitter is required and a simple power splitter in the transmit path is sufficient.

The disadvantage is that, in the case of a depolarizing medium (e.g. melting layer, wet or melting hail),

a cross-talk between horizontal and vertical waves occurs and contamination of radar products (e.g.

differential reflectivity Z ) will occur.
5.2.2.3 Alternate H/V mode

In the alternate H/V mode, horizontal and vertical polarized waves are transmitted alternatively

from pulse to pulse. Two receivers will receive the co-polar and the cross-polar signal for each pulse.

The advantage of the alternate H/V mode is that both the co-polar and cross-polar components of

the scatter matrix can be measured. If the radar is of the distributed transmitter type, a polarization

switch is required instead of the power splitter. Fast high-power switches are currently expensive and

brittle. For that reason, the alternate H/V mode is normally only used for research radars, which are

not operated continuously. In cases where the radar uses two independent transmitters, the alternate

H/V mode can be simulated by transmitting alternately every second pulse per transmitter.

6 © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 19926-1:2019(E)
5.2.2.4 Linear depolarization ratio mode

The linear depolarization ratio (LDR) mode is a special mode enabling radars built in the distribution

transmitter type configuration (see Figure 4) to measure the LDR. LDR is the ratio between cross-polar

and co-polar reflectivities. LDR is a good indicator for melting layer or wet or melting hail and ground

clutter. To enable LDR mode, a bypass around the power splitter is necessary. This bypass will send the

transmit power only to the horizontal feed. On receipt, the horizontal polarization receiver measures

the co-polar signal and the vertical polarization receiver measures the cross-polar signal. Typically, a

slow switch (switching time approximately 1 s to 3 s) is used and the change between STAR and LDR

modes will be performed after only one plan position indicator (PPI) scan. With the exception of LDR,

no other dual-polarization product can be measured.
5.2.3 Description of components
5.2.3.1 Antenna

A directional antenna is used to concentrate energy into a narrow beam. A parabolic reflector type

is generally used. The size of the antenn
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 19926-1
Première édition
2019-02
Météorologie — Radars
météorologiques —
Partie 1:
Performance et fonctionnement des
systèmes
Meteorology — Weather radar —
Part 1: System performance and operation
Numéro de référence
ISO 19926-1:2019(F)
ISO 2019
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ISO 19926-1:2019(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2019

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être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.

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Publié en Suisse
ii © ISO 2019 – Tous droits réservés
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ISO 19926-1:2019(F)
Sommaire Page

Avant-propos ................................................................................................................................................................................................................................v

Introduction ................................................................................................................................................................................................................................vi

1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Termes abrégés ...................................................................................................................................................................................................... 2

5 Principes fondamentaux .............................................................................................................................................................................. 2

5.1 Bandes de fréquences ....................................................................................................................................................................... 2

5.2 Configuration du système .............................................................................................................................................................. 3

5.2.1 Vue d’ensemble des composants d’un système radar ..................................................................... 3

5.2.2 Modes d’émission en double polarisation ................................................................................................. 6

5.2.3 Description des composants .................. ................................................................................................................ 7

6 Performances et paramètres de mesure des systèmes radar ............................................................................10

6.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................10

6.2 Paramètres fondamentaux ........................................................................................................................................................12

6.2.1 Sensibilité ............................................................................................................................................................................12

6.2.2 Résolution spatiale ......................................................................................................................................................16

6.2.3 Stabilité de phase .........................................................................................................................................................21

6.2.4 Exactitude du mesurage en double polarisation ...............................................................................22

6.3 Autres paramètres clés .................................................................................................................................................................22

6.3.1 Lobe secondaire .............................................................................................................................................................22

6.3.2 Co-alignement directionnel des faisceaux ..............................................................................................22

6.3.3 Adaptation des largeurs de faisceaux .........................................................................................................23

6.3.4 Vitesse de rotation maximale ............................................................................................................................23

6.3.5 Accélération ......................................................................................................................................................................23

6.3.6 Exactitude du pointage de l’antenne ...........................................................................................................23

6.3.7 Gamme dynamique .....................................................................................................................................................24

6.3.8 Émissions non voulues ............................................................................................................................................24

7 Étalonnage, surveillance et entretien ..........................................................................................................................................25

7.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................25

7.2 Étalonnage ...............................................................................................................................................................................................26

7.2.1 Généralités .........................................................................................................................................................................26

7.2.2 Types d’étalonnage .....................................................................................................................................................26

7.2.3 Éléments à étalonner, modes opératoires et intervalles d’étalonnage...........................26

7.3 Surveillance.............................................................................................................................................................................................27

7.3.1 Généralités .........................................................................................................................................................................27

7.3.2 Stabilité du système radar ....................................................................................................................................27

7.3.3 Surveillance de la stabilité du récepteur et du pointage électrique au

moyen du soleil ..............................................................................................................................................................28

7.4 Entretien ....................................................................................................................................................................................................29

7.4.1 Généralités .........................................................................................................................................................................29

7.4.2 Entretien préventif ......................................................................................................................................................29

7.4.3 Entretien correctif .......................................................................................................................................................30

7.4.4 Options d’entretien .....................................................................................................................................................30

7.4.5 Éléments et intervalles d’entretien ...............................................................................................................30

7.5 Gestion du cycle de vie ..................................................................................................................................................................31

7.5.1 Stratégie en matière de pièces de rechange ..........................................................................................31

7.5.2 Disponibilité du système........................................................................................................................................31

7.5.3 Coût du cycle de vie ....................................................................................................................................................32

8 Personnel, compétences et formation ........................................................................................................................................33

9 Choix du site et installation ....................................................................................................................................................................36

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ISO 19926-1:2019(F)

9.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................36

9.2 Sélection et préparation d’un site de radar .................................................................................................................36

9.3 Infrastructure de support ...........................................................................................................................................................38

9.4 Couverture ...............................................................................................................................................................................................38

9.5 Visibilité et interférences ............................................................................................................................................................39

Annexe A (normative) Mesurage des paramètres de performance d’un système .............................................40

Annexe B (informative) Exemple de spécifications d’un radar ..............................................................................................83

Annexe C (informative) Enregistrement des résultats de mesure ......................................................................................85

Annexe D (informative) Opérations d’entretien et d’étalonnage recommandées .............................................89

Annexe E (informative) Échange des données radar ........................................................................................................................93

Annexe F (informative) Autres systèmes radar ......................................................................................................................................94

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................97

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ISO 19926-1:2019(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.

L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents

critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www

.iso .org/directives).

L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion

de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/avant -propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 146, Qualité de l’air, sous-comité SC 5,

Météorologie, et par l’Organisation Météorologique Mondiale (OMM) en tant que norme commune ISO/

OMM en vertu de l’Accord sur les modalités de travail signé entre l’OMM et l’ISO en 2008.

Une liste de toutes les parties de la série ISO 19926 se trouve sur le site web de l’ISO.

Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent

document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l’adresse www .iso .org/fr/members .html.
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ISO 19926-1:2019(F)
Introduction

Les radars météorologiques ont connu un développement rapide juste avant et pendant la Seconde

Guerre mondiale. À l’origine, les radars fonctionnaient à de grandes longueurs d’onde (10 m à 50 m),

mais leur longueur d’onde s’est rapidement réduite (3 cm et 10 cm) en raison du besoin associé à

l’utilisation d’émetteurs compacts et très puissants, et de leur développement. Des radars à bande C

(5 cm) devinrent disponibles vers la fin des années 1950. Les premiers radars Doppler furent exploités

opérationnellement au milieu des années 1980 grâce à la disponibilité de processeurs à grande vitesse à

un coût abordable et de codes logiciels performants. La double polarisation fut ensuite adoptée dans les

radars opérationnels dans la seconde moitié des années 1990.

Les radars offrent des capacités de détection et d’observation en 3D localisées, particulièrement

détaillées et en temps réel qu’aucun autre système de surveillance météorologique n’est en mesure

de fournir. Ils peuvent mesurer des variations d’intensité de précipitations avec une résolution de

quelques kilomètres carrés, voire mieux, et avec une fréquence de rafraîchissement de l’ordre de

quelques minutes. Ils permettent également de surveiller les événements météorologiques à évolution

rapide, cette surveillance étant cruciale pour le déclenchement d’alertes précoces en cas de conditions

météorologiques défavorables et dangereuses, notamment de fortes pluies, de grêle, des vents forts

(tornades et cyclones tropicaux, par exemple) et le cisaillement du vent, c’est-à-dire les conditions qui

ont, de tous les éléments atmosphériques, le plus grand impact sur la société. Les radars Doppler et

les radars à double polarisation sont capables de mesurer la grande variabilité du vent et des types de

précipitations, voire de détecter les insectes ou la turbulence en ciel clair pour prédire le déclenchement

d’orages et déterminer des profils de vent verticaux. La double polarisation est également utilisée pour

l’assurance qualité et pour améliorer les estimations de précipitations.

Grâce aux télécommunications et au traitement des données à haut débit, les systèmes radar

fonctionnent désormais en réseau afin d’améliorer la surveillance des phénomènes météorologiques de

grande ampleur tels que les cyclones tropicaux et les tempêtes extratropicales majeures (aussi bien

estivales qu’hivernales). Les données produites par les réseaux de radars peuvent également réduire

le délai d’alerte (de 60 min à 90 min jusqu’à plusieurs heures). Les systèmes de prévision numérique

du temps ont également progressé et l’assimilation des données radar sur les précipitations à l’échelle

continentale dans les modèles globaux peut nettement améliorer les prévisions de précipitations à 4 ou

5 jours dans les zones environnantes et sur les continents.

La fourniture de données homogènes de qualité passe par la mise en œuvre et l’utilisation d’une

technologie radar adaptée à l’environnement et aux conditions météorologiques locales. La longueur

d’onde du radar, la largeur de faisceau de l’antenne, le type et la puissance de l’émetteur, la sensibilité du

récepteur et la forme d’onde ont tous des impacts significatifs sur la résolution et la qualité des données

radar. Les radars météorologiques ont traditionnellement été spécifiés et configurés pour satisfaire aux

exigences locales en matière de contrôle et de surveillance météorologiques, et s’adapter à la géographie

locale et à d’autres facteurs, conduisant à une grande diversité en termes de technologie et de stratégies

d’échantillonnage. Tous ces facteurs influent sur les différentes mesures de la qualité des données telles

que la disponibilité, la rapidité d’acquisition et l’exactitude de ces dernières. Ces mesures reposent

également sur l’exploitation et l’entretien des systèmes radar dans le respect de pratiques et de modes

opératoires prescrits et normalisés, ce qui nécessite l’élaboration de normes, de bonnes pratiques et

de lignes directrices pour la conception des réseaux, le choix des sites, l’étalonnage, l’entretien des

systèmes et équipements, l’échantillonnage et le traitement et la distribution des données.

Le présent document a un objectif relativement vaste et s’adresse aux organisations de tous les pays qui

utilisent des radars météorologiques, et plus particulièrement ceux n’ayant pas une longue expérience

en matière d’exploitation et d’utilisation des radars météorologiques. Le présent document fournit

notamment:

— un support aux fabricants afin de maintenir une offre de systèmes radar météorologiques similaires

et concurrentiels de haut niveau;

— une aide aux autorités adjudicatrices afin de tenir compte de l’état de la technique au niveau des

performances des systèmes ainsi que des simples définitions de composants dans leurs documents,

en les aidant ainsi à comparer les différentes offres reçues;
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ISO 19926-1:2019(F)

— une documentation valide sur le potentiel et les limites des systèmes radar météorologiques, qui

vient ainsi à l’appui du renforcement des capacités à l’échelle mondiale;

— des conseils relatifs aux exigences générales concernant les tâches de sélection des sites,

d’exploitation, d’entretien et d’étalonnage afin de maintenir un haut niveau de qualité et de

disponibilité des données générées par les systèmes radar;

— une description de l’éventail des tâches exigées pour l’exploitation et l’entretien des systèmes

radar météorologiques afin de permettre aux responsables d’allouer des ressources financières et

humaines suffisantes à ces tâches.

La Référence [1] fournit des informations complémentaires telles que les principes de base du mesurage

des radars météorologiques.
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NORME INTERNATIONALE ISO 19926-1:2019(F)
Météorologie — Radars météorologiques —
Partie 1:
Performance et fonctionnement des systèmes
1 Domaine d’application

Le présent document décrit les performances des systèmes radar météorologiques au sol qui réalisent

des mesurages dans l’atmosphère à des fréquences comprises entre 2 GHz et 10 GHz. Ces systèmes

conviennent pour la détection des précipitations et d’autres cibles météorologiques à différentes

altitudes, sur une zone étendue. Le présent document décrit également des méthodes pour contrôler les

différents aspects de performance des systèmes, infrastructure incluse.

Le présent document s’applique aux systèmes radar paraboliques à polarisation linéaire et aux radars à

polarisation simple et double. Il ne s’applique pas aux radars à faisceaux en éventail [étroits en azimut

(AZ) et larges en élévation (EL)] qui incluent les radars de surveillance maritime et aéronautique qui,

bien que non conçus à cette fin, sont utilisés pour des applications météorologiques. Les radars à

antenne réseau à commande de phase, qui utilisent des faisceaux dirigés et formés par voie électronique,

y compris des faisceaux multiples, avec des diagrammes désaxés non circulaires, sont récents et les

données disponibles sur leurs performances sont insuffisantes.

Le présent document ne décrit ni la technologie des radars météorologiques ni leurs applications. Les

systèmes radar météorologiques peuvent être utilisés pour des applications telles que l’évaluation

quantitative des précipitations (QPE), la classification des hydrométéores (grêle, par exemple),

l’estimation des vitesses de vent et la détection et la surveillance des phénomènes météorologiques

extrêmes (microrafales ou tornades, par exemple). Certaines de ces applications ont des exigences

particulières quant au positionnement du système radar ou nécessitent des stratégies de mesure

spécifiques. Cependant, les modes opératoires d’étalonnage et d’entretien décrits dans le présent

document s’y appliquent également.
Le présent document est destiné aux fabricants et aux opérateurs de radars.
2 Références normatives
Le présent document ne contient aucune référence normative.
3 Termes et définitions
Aucun terme n’est défini dans le présent document.

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp

— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/
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ISO 19926-1:2019(F)
4 Termes abrégés
ADC convertisseur analogique numérique
AZ azimut
BITE dispositif d’essai intégré
BPF filtre passe-bande
CW onde continue
EL élévation
H/V horizontal/vertical
HPBW largeur du faisceau à demi-puissance

ITU-R Union internationale des télécommunications, secteur des radiocommunications

LDR taux de dépolarisation linéaire
LNA amplificateur à faible bruit
MTBF temps moyen entre deux pannes
NF nombre de pannes
NMHS service météorologique et hydrologique national
PRT période de répétition des impulsions
QPE évaluation quantitative des précipitations
RF radiofréquence
SG générateur de signaux
SNR rapport signal-bruit
STALO oscillateur local stable
STAR émission et réception simultanées
TR émission/réception
TWT tube à onde progressive
UPS alimentation électrique sans interruption
5 Principes fondamentaux
5.1 Bandes de fréquences

Un radar météorologique est un système conçu pour mesurer des hydrométéores sur une zone étendue,

en utilisant une technologie de télédétection basée sur les hyperfréquences. Les hyperfréquences

des bandes S, C et X sont utilisées dans de nombreuses applications et l’échelle et les caractéristiques

d’observation du système diffèrent en fonction des caractéristiques de chaque fréquence (longueur

d’onde). Les systèmes en bande S sont volumineux et ont une grande portée d’observation, alors que les

systèmes en bande X sont compacts et leur portée est réduite. La portée utile des radars en bandes S et

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ISO 19926-1:2019(F)

C est généralement limitée par la courbure de la Terre (≥ 300 km), alors que pour la bande X, la limite

dépend normalement de l’atténuation (50 km à 100 km). Voir la Référence [1] pour obtenir de plus

amples détails. Le Tableau 1 présente les caractéristiques types de chaque bande de fréquences.

Il est nécessaire de choisir la bande de fréquences en fonction de la portée d’observation et de l’échelle

du système à l’emplacement voulu.

Tableau 1 — Caractéristiques types des différentes bandes de fréquences des radars

météorologiques
a b,c
Bande de fréquences Gamme de fréquences Diamètre d’antenne Atténuation (bidirec-
tionnelle) due à une
pluie de 30 mm/h
S 2,700 GHz à 3,000 GHz 8,5 m 0,02 dB/km
C 5,250 GHz à 5,900 GHz 4,2 m 0,13 dB/km
X 9,300 GHz à 9,800 GHz 2,4 m 1,22 dB/km
La gamme des fréquences de fonctionnement varie d’un pays à l’autre.

Pour obtenir des informations complémentaires sur la bande de fréquences et le diamètre de l’antenne, se reporter à la

Référence [1], Chapitre 7.6.8.
Valeurs types pour une largeur de faisceau à demi-puissance de 1°.

Pour l’atténuation due à la pluie, se reporter à la Référence [1], Chapitre 7.2.3.

5.2 Configuration du système
5.2.1 Vue d’ensemble des composants d’un système radar

La Figure 1 indique la configuration de base d’un système radar. Les récepteurs (et dans certains cas les

émetteurs) montés sur antenne se développent de plus en plus.
Légende
1 radôme 4 récepteur
2 antenne 5 module de traitement du signal
3 émetteur 6 module de traitement des données
Figure 1 — Configuration schématique d’un système radar

Le système radar météorologique peut être à polarisation simple, presque toujours horizontale

(voir Figure 2), ou double (ce type de système utilise les polarisations horizontale et verticale des

hyperfréquences émises et reçues). Les systèmes radar à double polarisation peuvent également être

équipés soit d’un seul émetteur dont la puissance d’émission est répartie (voir Figures 3 et 4), soit de

deux émetteurs indépendants (voir Figure 5).
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ISO 19926-1:2019(F)
Légende
1 antenne 4 limiteur d’émission/réception
2 émetteur 5 récepteur
Figure 2 — Configuration d’un système à simple polarisation
Légende
1 antenne 6 récepteur (canal H)
2 canal de polarisation horizontale (H) 7 canal de polarisation verticale (V)
3 émetteur 8 limiteur d’émission/réception
4 diviseur de puissance 3 dB 9 récepteur (canal V)
5 limiteur d’émission/réception

Figure 3 — Configuration d’un système à double polarisation à émission distribuée

(un seul émetteur)
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ISO 19926-1:2019(F)
Légende
1 émetteur 7 limiteur d’émission/réception

2 sélecteur de mode de polarisation 8 canal du récepteur de polarisation horizontale (H)

3 diviseur de puissance 3 dB 9 canal du récepteur de polarisation verticale (V)
4 circulateur 10 module de traitement du signal
5 antenne 11 module de traitement des données
6 radôme

Figure 4 — Configuration d’un système à double polarisation à émission distribuée (un seul

émetteur) avec mode LDR supplémentaire
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ISO 19926-1:2019(F)
Légende
1 antenne 5 récepteur (canal H)
2 canal de polarisation horizontale (H) 6 canal de polarisation verticale (V)
3 émetteur 7 récepteur (canal V)
4 limiteur d’émission/réception
Figure 5 — Configuration d’un système à double polarisation à double émetteur
5.2.2 Modes d’émission en double polarisation
5.2.2.1 Généralités

Selon le type du système d’émission (voir les systèmes à émission distribuée et à double émetteur

décrits ci-dessus), différents modes d’émission sont possibles.
5.2.2.2 Mode STAR ou hybride

En mode STAR (émission et réception simultanées), une onde à polarisation horizontale linéaire et

une onde à polarisation verticale linéaire sont émises en même temps et chaque onde est reçue par la

chaîne de réception respective. Cet
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