CINRAD雷达基数据格式解析：SA/SB与CA/CB字节结构详解

简介：面向气象数据处理、雷达产品开发与教学科研人员的CINRAD雷达基数据格式参考文档，聚焦SA/SB与CA/CB两类雷达的二进制存储规范，帮助读者解决基数据解析、字段定位与解码换算中的实际问题。资源包共1个doc文件，约92KB，以字节顺序表形式逐项列出雷达信息头、径向数据收集时间、儒略日、不模糊距离、方位角与仰角编码、径向数据状态、体扫仰角数、反射率与多普勒数据的首库距离、库长、库数及数据指针等字段，并给出反射率、速度、谱宽的编码公式与无回波、距离模糊的取值约定。文档还说明每个体扫单独存为一个文件、径向数据按仰角由低到高排列、径向长度固定为2432字节，以及SA/SB与CA/CB在库长和最大库数上的差异。已有2806人学习，适合需要对照字节表编写解析程序或核对数据结构的读者查阅。

1. 雷达基数据格式：一份被二进制藏起来的天气日记

如果你打开过一个雷达基数据文件，第一反应大概率是——这玩意儿怎么全是乱码？没有表头、没有逗号分隔、没有 JSON 的花括号，用文本编辑器打开就是一屏看不懂的字符。可它偏偏记录着一整场天气过程的全部细节：哪个方向、哪个高度、多远距离上，回波有多强、风在往哪吹、气流有多乱。

通俗地说，雷达基数据格式就是一套“约定”：雷达把探测结果按固定顺序、固定字节长度写进文件，读的人必须拿着同一份约定，一个字节一个字节地对号入座，才能把二进制还原成反射率、速度、谱宽这些我们能看懂的量。它像一本没有目录的账本，页码是死的，第几页记什么完全靠规矩。搞懂这套格式，你才能把雷达的原始观测变成图、变成数据、变成能判断天气的东西；搞不懂，文件就永远是个黑匣子。这一篇就围绕 CINRAD SA/SB 与 CA/CB 这两类雷达的基数据格式，把“它是什么、为什么这么设计、容易混在哪”讲清楚。

2. 为什么雷达数据要按字节死磕：固定长度背后的取舍

2.1 一个体扫一个文件，一条径向固定 2432 或 4132 字节

先说存储方式。每个体扫（一次完整的立体扫描）存成一个独立文件，文件内部按径向数据一条一条顺序排列，从低仰角开始，一路排到高仰角结束。所谓径向，就是雷达天线在某个方位角上“扫”出去的那一条射线，这条射线上每隔一段距离取一个采样点，这些点叫距离库。

关键在于：每条径向的长度是固定的。SA/SB 雷达一条径向固定 2432 字节，CA/CB 雷达固定 4132 字节。固定长度意味着什么？意味着你不需要任何分隔符，只要知道第几条径向，就能用“起始字节 + 序号 × 长度”直接跳到它。打个比方，这就像一栋每层户型完全一样的楼，找 302 房间不用逐户敲门，算一下楼梯层数就行。代价是灵活性——不管这条径向上实际有多少有效数据，空间都得按最大值预留，浪费是必然的，但换来的是读取时的确定性和速度。

2.2 28 字节信息头：整条径向的“身份证”

每条径向开头都有 28 字节的雷达信息头，里面塞满了描述这条径向的元信息。别小看这 28 字节，它是解读后面所有数据的钥匙。举几个最常用的字段：

这里最容易被忽略的是“指针”字段。反射率、速度、谱宽三块数据在径向里的起始位置不是写死的，而是由 65-66、67-68、69-70 三个双字节指针告诉你“从信息头往后数多少字节开始”。为什么要这么设计？因为不同雷达、不同模式、不同分辨率下，三块数据的长度会变，用指针比用固定偏移更稳。读的时候先读指针，再按指针跳过去，这是正确姿势。

2.3 编码不是直读：数值要经过一次“翻译”

原始字节里存的不是物理量本身，而是编码后的整数。以反射率为例，SA/SB 雷达的编码方式是(数值 - 2) / 2 - 32 = dBZ。也就是说，你读到一个字节值 66，先减 2 得 64，除以 2 得 32，再减 32 得 0 dBZ。速度的编码分两种：分辨率 0.5 米/秒时是(数值 - 2) / 2 - 63.5，分辨率 1.0 米/秒时是(数值 - 2) - 127。谱宽则统一按(数值 - 2) / 2 - 63.5处理。

还有两个特殊值必须记住：数值为 0 表示无回波（低于信噪比阈值），数值为 1 表示距离模糊。这两个值不能套公式算，得单独判断，否则会算出毫无意义的物理量。很多初学者第一次读数据发现图上一片诡异的负值，八成就是忘了处理这两个哨兵值。

2.4 为什么库长和库数要分波段定死

反射率和多普勒（速度、谱宽）用的距离库长不一样，这是设计上的必然。SA/SB 雷达反射率库长 1000 米、最大 460 个库，速度和谱宽库长 250 米、最大 920 个库；CA/CB 雷达反射率库长 500 米、最大 800 个库，速度和谱宽库长 125 米、最大 1600 个库。反射率要看得远，库长就粗；速度和谱宽要看得细，库长就短、库数就多。这就像用望远镜看远景和用放大镜看近物，目的不同，刻度自然不同。读数据前先确认自己手上是哪个波段，库数设错了，整张图会错位。

3. 两类雷达格式的区别：SA/SB 与 CA/CB 到底差在哪

3.1 径向长度和库数：2432 对 4132 的连锁反应

最直观的差别是径向长度：SA/SB 是 2432 字节，CA/CB 是 4132 字节。这不是随便定的，而是由库数决定的。SA/SB 反射率最多 460 个库、速度谱宽最多 920 个库，加起来约 2300 字节的数据区，加上信息头和保留区凑成 2432；CA/CB 反射率 800 库、速度谱宽各 1600 库，数据区约 4000 字节，凑成 4132。所以看到文件里每条径向的长度，基本就能反推是哪类雷达。

这个差别会连锁影响到读取程序。原文给出的数组定义里，RGates、VGates、WGates三个常量就是按波段切换的开关：读 S 波段时RGates = 460、VGates = 920、WGates = 920；读 C 波段时改成RGates = 800、VGates = 1600、WGates = 1600。改错一个数，数组就越界或者读不全，这是血泪经验里最常见的一类翻车。

// 读取 S 波段基数据时的库数定义 const int RGates = 460; // 反射率距离库数 const int VGates = 920; // 速度距离库数 const int WGates = 920; // 谱宽距离库数 // 若要读取 C 波段基数据，改为： // const int RGates = 800; // const int VGates = 1600; // const int WGates = 1600;

上面这段定义放在头文件里，本质是把“波段”这个物理事实翻译成“数组维度”这个程序事实。参数说明很直白：RGates 对应反射率那条数组的第三维长度，VGates 和 WGates 对应速度和谱宽。改的时候三个一起改，别只改一个，否则三块数据在内存里对不齐。

3.2 数据区布局：指针相同，偏移不同

两类雷达的信息头字段含义基本一致，指针字段的位置也一样（65-66 反射率、67-68 速度、69-70 谱宽），但指针指向的实际偏移值不同，因为前面的信息头加保留区长度虽然都是 128 字节左右，后面数据区的排布却随库数变化。SA/SB 的反射率数据从第 129 字节开始，速度从R+1开始，谱宽从V+1开始；CA/CB 同样是 129 字节起，但每块的长度拉长到 800、1600、1600。读的时候永远以指针为准，不要硬编码“反射率一定在 129”，虽然多数情况如此，但按指针走才是稳的。

3.3 仰角层数的坑：扫两次不等于两层

这是两类雷达共有的一个易混点，但特别值得单独拎出来说。SA、SB、CB 雷达在低层每个仰角上会扫描两次，比如 21 扫描模式的 VCP 仰角序列是 0.5、0.5、1.5、1.5、2.4、3.4、4.3、6.0、9.9、14.6、19.5，一共 11 次 PPI 扫描。但程序保存时，0.5 和 1.5 各扫的两次被合并记为一个仰角层，所以Elvation[]数组里只有 9 个有效元素：0.5、1.5、2.4、3.4、4.3、6.0、9.9、14.6、19.5。基数据实际有效层数是 9 层，不是 11 层。

如果你按“扫了几次就是几层”去分配数组，后面对不上号，图会叠在一起或者缺层。正确做法是看径向数据状态字段：状态 0 是该仰角第一条，状态 2 是最后一条，状态 3 是体扫第一条，状态 4 是体扫最后一条。靠这些状态位来切层，比数扫描次数可靠得多。

3.4 无效值与距离折叠：-999.0 和 999.0 不是随便定的

程序里把无效数据标记为 -999.0，距离折叠标记为 999.0。为什么用这两个数？因为它们远离真实物理量的合理范围——反射率再低也不会到 -999 dBZ，速度再大也不会到 999 米/秒，用这种极端值当“旗标”，后续判断时一眼就能认出来，不会和真实观测混淆。这跟数据库里用 NULL 表示缺失是一个思路：拿一个不可能出现的值占位，比额外维护一个布尔数组省事。读数据时先把这两个值识别出来，再做插值或绘图，否则它们会把色标拉爆，整张图糊成一团。

4. 常见误区与易混概念：读基数据时最容易踩的五个坑

4.1 把“字节位置”当成“数组下标”

易混点：信息头里写“35-36 字节是不模糊距离”，有人就直接拿数组第 35 个元素去读。为什么混：字节位置是从 1 开始数的文件偏移，数组下标是从 0 开始的内存位置，两者差一位，而且多字节字段还涉及高低字节顺序。怎么区分：记住“文件偏移从 1 数、数组下标从 0 数”，读双字节字段时先确认字节顺序（原文明确是双字节顺序），再拼成一个整数。差一位的后果是读出来的方位角永远偏一点，图看着“差不多”但就是不对。

4.2 把“径向序号”当成“方位角”

易混点：信息头里有“当前仰角内径向数据序号”（39-40 字节），也有“方位角”（37-38 字节），两个都是数字，容易拿来就用。为什么混：序号是第几条径向，方位角是天线指向多少度，前者是计数，后者是角度。怎么区分：序号用来排序和切层，方位角用来定位。程序里MaxRads按“每度保存一个径向”来设，说明最终要的是方位角，不是序号。用序号当角度，图会整体旋转错位。

4.3 把“扫描次数”当成“仰角层数”

易混点：前面说过，低层仰角扫两次，有人就认为层数等于扫描次数。为什么混：物理上确实扫了两次，但数据组织上合并为一层。怎么区分：看Elvation[]的有效元素个数，或者靠径向状态位切层。以 21 模式为例，11 次扫描对应 9 层，这个换算关系要刻在脑子里。

4.4 把“反射率库长”套到“速度库长”上

易混点：反射率库长 1000 米（S 波段），速度库长 250 米，有人图省事全用 1000 米去算距离。为什么混：都是“距离库长”，名字一样。怎么区分：反射率和多普勒是两套独立的距离刻度，第一个库的实际距离也分别存在 47-48 和 49-50 字节。算速度数据的距离时，必须用多普勒那套库长和首库距离，混用会让速度图的空间尺度整体拉伸四倍。

4.5 把“距离模糊”当成“无回波”

易混点：编码值 0 是无回波，编码值 1 是距离模糊，两个都是特殊值，有人统一当缺失处理。为什么混：都不套公式，看起来都“不是正常数据”。怎么区分：无回波是真的没信号，距离模糊是信号来自更远处、被折叠进来了，物理含义完全不同。做质量控制时，距离模糊点该单独标记，不能和无回波一起抹掉，否则会丢掉远处强回波的线索。

5. 什么时候该用这份格式说明，什么时候别硬套

先说该用的场景。如果你手上有一批 CINRAD SA/SB 或 CA/CB 的基数据文件，想把它还原成反射率、速度、谱宽的二维或三维场，这份格式说明就是必需的对照表——从 28 字节信息头逐字段解析，按指针定位三块数据区，按编码公式翻译成物理量，按库长和首库距离还原空间坐标，最后按径向状态位切仰角层。整个链路里每一步都依赖格式里的某个字段，缺一环就断。尤其是做历史数据回算、做算法验证、做教学演示，这种“从字节到物理量”的完整还原能力是绕不开的基本功。

再说别硬套的场景。第一，如果你只是要看现成的雷达图产品，没必要碰基数据——产品级数据已经做过坐标变换、质量控制、拼图，直接拿来用效率高得多，硬啃基数据属于用放大镜看报纸，费力不讨好。第二，不同雷达型号、不同年代的格式可能有细微差异，这份说明覆盖的是 SA/SB 和 CA/CB 两类，遇到别的型号别想当然套用，先确认字段定义是否一致。第三，格式里的保留字段（比如 1-14、17-28、75-82、91-128 这些）不要自作主张去解读，保留就是保留，里面可能是历史遗留或厂商私有内容，硬读出来的东西没有意义，还可能误导后续判断。

我自己的习惯是：每次拿到一批新来源的基数据，先不急着写解析逻辑，而是先抽一条径向，把 28 字节信息头逐字段打印出来，核对数据类型标识是不是 1、方位角和仰角算出来是否落在合理范围、三个指针是否指向文件内合法位置、库数和波段是否匹配。这一遍走完，心里就有底了，后面批量处理才不容易翻车。从那以后我每次读陌生格式的基数据，都强制先走一遍这个“单条径向体检”，省下的调试时间远比这一步花的多。希望这套思路帮到你。

如果你想把这份格式说明连同字段表、编码公式、数组定义一起留着随时对照，完整资料已经整理好，按文末方式获取即可，读基数据的时候摊在手边，比来回翻网页踏实。

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