【正文】 雷達(dá)參數(shù)、降水性質(zhì)、強(qiáng)度、距離等的關(guān)系用雷達(dá)氣象方程表示： Pr=（ π 3/1024 ㏑ 2） |(m21)/(m2+2)|2(PtG2τ YΦθΨ K)Z/(λ 2r2) (5) 式中： Pr:雷達(dá)接收的雷達(dá)回波平均功率（ W） Pt:雷達(dá)發(fā)射脈 沖功率（ W） G：雷達(dá)天線有效增益 Φ、θ：天線波束寬度 τ：發(fā)射脈沖寬度（ s） C：電磁波傳播速度（ m/s） Ψ：降水區(qū)在雷達(dá)分辨率體積中的充實(shí)系數(shù) K：電磁波傳播的衰減因子 M：水的復(fù)折射指數(shù) R：目標(biāo)距離（ m） Z：降水目標(biāo)反射率因子 說(shuō)明： a. 上述方程已計(jì)入天線波束掃描損失。此外，可根據(jù)天氣雷達(dá)顯示的降水回波圖像，識(shí)別降水目標(biāo)的性質(zhì)和空間分布（方位、距離、高度等），跟蹤、判斷降水目標(biāo)的移向移速和發(fā)展演變趨勢(shì)。對(duì)于一般降雨 Z=， 其中 Z的單位為 mm6/m3,I的 單位為 mm/h。 雷達(dá)探測(cè)的降水目標(biāo)為水滴群，其有效雷達(dá)截面積為與波瓣寬度和脈沖寬度所組成的體積中所有水滴的σ i的和 σ =(π 5/λ 4) |K|2∑ Di6 （ 2） 通常用“雷達(dá)反射因子” Z表示 ∑ Di6， 它與降水水滴尺寸譜的分布有關(guān)， 即 ： σ =(π 5/λ 4) |K|2Z （ 3） 式中 |K|2和物理性質(zhì)、雷 達(dá)波長(zhǎng)、環(huán)境溫度等有關(guān)。 Di6=(π 5/λ 4)|K|2 對(duì)于球型水 滴，當(dāng)水滴直徑 D 遠(yuǎn)小于雷達(dá)工作波長(zhǎng)λ時(shí)（即 π Ｄ /λ 1） ,則單個(gè)水滴的雷達(dá)截面積為： σ i=(π 5/λ 4) 30m/s 重復(fù)頻率 3001055Hz 速度譜寬 016m/s 動(dòng)目標(biāo)改善因子 45dB 接收機(jī) 噪聲系數(shù) 中頻 帶寬 動(dòng)態(tài)范圍 靈敏度 ≤ 60MHz ≥ 90dB 110dBm 5 天氣雷達(dá)對(duì)降水的測(cè)量方法 探測(cè)原理 雷達(dá)發(fā)射的電磁波照射到天氣目標(biāo)時(shí)，一部分電磁波能量被天氣目標(biāo)中的水滴、冰晶等吸收，另一部分被散射，被散射的電磁波中一部分按入射波方向被雷達(dá)接收，這一部分散射稱為反射。 主要技術(shù)指標(biāo) （如表 所示） 表 WSR98D/XD雷達(dá)的主要技術(shù)性能 工作頻率 9420177。 雙極化饋源 /天線 方位旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 數(shù)字中頻 信號(hào)處理器 頻率綜合器 三極化開(kāi)關(guān) 波導(dǎo)開(kāi)關(guān) 發(fā)射機(jī) 俯仰旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 俯仰旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 環(huán)行器 接收機(jī) 產(chǎn)品生成 /顯示 接收機(jī) 環(huán)行器 高 頻激 勵(lì)信 號(hào)（頻率綜合器） 高頻起始信號(hào) （信號(hào)處理器） 第 10 頁(yè)，共 25 頁(yè) (6)體積小，重量輕，易于改裝，適合于實(shí)施機(jī)動(dòng)性現(xiàn)場(chǎng)氣象保障、大氣科學(xué)試驗(yàn)和軍事行動(dòng)氣象保障任務(wù)。 (4)先進(jìn)的同時(shí)發(fā)射接收雙極化探測(cè)功能和水平、垂直極化雙通道平衡設(shè)計(jì)、雙極化 /單極化轉(zhuǎn)換功能。 (2)很強(qiáng)的 BIT 技術(shù)和自動(dòng)標(biāo)定 校正技術(shù)，硬件、軟件相結(jié)合的全機(jī)工作狀態(tài)監(jiān)控、故障隔離定位、自動(dòng)告警、故障保護(hù)、安全連鎖技術(shù)，故障隔離定位時(shí)間短，雷達(dá)可靠性高、維修好，多普勒參數(shù)定量測(cè)量精度高。功能框圖如圖 所示。 下面簡(jiǎn)單介紹 WSR98D/XD 的工作原理、特點(diǎn)及性能指標(biāo)。 WSR98D/XD 型脈沖多普勒雷達(dá)是 X波段、雙極化（同時(shí)發(fā)射接收） /水平極化、全相參脈沖多普勒雷達(dá)，主要用于發(fā)現(xiàn)、跟蹤和監(jiān)測(cè) 300 公里范圍內(nèi)的雷雨、冰雹、龍卷風(fēng)等局地強(qiáng)對(duì)流天氣和降水現(xiàn)象，定量測(cè)量 150Km 范圍內(nèi)的降水強(qiáng)度，降水云系的垂直分布、移向移速、譜寬等多普勒參數(shù)和雙極化參數(shù)，為天氣預(yù)報(bào)保障、人工影響天氣和大氣科學(xué)研究提供實(shí)時(shí)氣象信息。 （ 4）多普勒天氣雷達(dá)有能力提供詳細(xì)的中小尺度天氣的觀測(cè)資料，特別是通過(guò)獲得的晴空和大范圍降水區(qū)內(nèi)的風(fēng)場(chǎng)資料等信息，對(duì)改善地形影響降水的短時(shí)預(yù)報(bào)、監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)與鋒面相關(guān)的天氣變化、預(yù)報(bào)雷暴的發(fā)展和移動(dòng)等有重要作用，并可明顯提高短期和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)能力。目前依賴于常規(guī)資料難以準(zhǔn)確地進(jìn)行中尺度天氣分析，但大量的實(shí)驗(yàn)研究證明多普勒雷達(dá)對(duì)風(fēng)和降水具有高分辨率 的四維探測(cè)能力，可獲得探測(cè)范圍內(nèi)垂直速度和散度的局地分布。而多普勒雷達(dá)探測(cè)資料可以更好地提供反映熱帶氣旋結(jié)構(gòu)特征的信息，明顯地改善熱帶氣旋（臺(tái)風(fēng)）登陸位置和強(qiáng)度預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。 多普勒雷達(dá)的優(yōu)越性 （ 1）常規(guī)天氣雷達(dá)只能得到天氣系統(tǒng)的雷達(dá)回波分布和強(qiáng)度信息，而多普天線 /天線罩 大口徑 低付瓣 全天候 接收機(jī) 相干穩(wěn)定頻率源 線性通道 對(duì)數(shù)通道 干擾檢測(cè) 測(cè)試信號(hào)源 發(fā)射機(jī) 全相干 大功率 頻譜控制 信號(hào)處理機(jī) 強(qiáng)度信號(hào)處理 多普勒信號(hào)處理 雜波濾除 雷達(dá)監(jiān)控 雷達(dá)控制 伺服控制 數(shù)據(jù)傳輸 參數(shù)標(biāo)定 故障診斷 存 檔 A 衛(wèi)星通道 產(chǎn)品生成 氣象產(chǎn)品生成 系統(tǒng)控制 E1/T1 寬帶傳輸 存檔 B 單元控制臺(tái) 系統(tǒng)管理 狀態(tài)顯示 控制指令 主用工作站 RHI、 PPI 控制 圖象 /圖形顯示 文本信息顯示 人機(jī)交換 輔用戶工作站 圖象 /圖形顯示 文本信息顯示 人機(jī)交換 本地 /遠(yuǎn)程 局域網(wǎng) /廣域網(wǎng) 第 8 頁(yè)，共 25 頁(yè) 勒天氣雷達(dá)除此之外還能通過(guò)產(chǎn)生的多普勒速度場(chǎng)獲得風(fēng)場(chǎng)和譜寬信息，這將顯著的增強(qiáng)多普勒雷達(dá)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的能力。 產(chǎn)品顯示 PUP 通過(guò)各種通信手段，將生成的各種氣象應(yīng)用產(chǎn)品傳送分發(fā)至不同需要的用戶端，并直觀的顯示出來(lái)。雷達(dá)工作前的系統(tǒng)標(biāo)定，雷達(dá)工作過(guò)程中的參數(shù)檢測(cè)，以及工作方式、工作狀態(tài)的設(shè)定等，也在這里完成。整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)包括三大組成部分：雷達(dá)數(shù)據(jù)采集 RDA，產(chǎn)品生成 RPG 和產(chǎn)品顯示 PUP。 天氣雷達(dá)間歇性地向空中發(fā)射電磁波（稱為脈沖式電磁波），它以近于直線的路徑和接近光波的速度在大氣中傳播，在傳播的路徑上，若遇到了氣象目標(biāo)物，脈沖電磁波被氣象目標(biāo)物散射，其中散射返回雷達(dá)的電磁波（稱為回波信號(hào)，也稱為后向散射），在熒光屏上顯示出氣象目標(biāo)的空間位置等的特征 。 CINRAD/SA天氣雷達(dá)的主要性能指標(biāo)見(jiàn)表 第 6 頁(yè)，共 25 頁(yè) 表 CINRAD/SA天氣雷達(dá)主要性能指標(biāo) 威力覆蓋范圍 460km 發(fā)射機(jī) 強(qiáng)度 類型 全相干放大鏈 S/N=10dB 定量探測(cè)范圍 230km 頻率 27003000MHz 準(zhǔn)確度 1dB 峰值功率 750kW 最小 精度 1dB 脈沖寬度 s、 s 平均徑向速度 PRF 3181304Hz 當(dāng)譜寬為 4m/s 且S/N8dB 時(shí) 不模糊速度 =50m/s 接收機(jī) 準(zhǔn)確性 精度 譜寬 短時(shí)（ 1S）頻率穩(wěn)定度 =10E9 當(dāng)譜寬為 4m/s 且S/N》 10dB 時(shí) 準(zhǔn)確性 精度 45dB 最 小探測(cè)范圍（當(dāng) S/N=0dB,目標(biāo)位于 50km 時(shí)） 波束寬度 = 度 雜波濾波器 憂于 50dB 第一旁瓣電平 =27dB CINRAD/SA 天氣雷達(dá)系統(tǒng)工作原理 多普勒效應(yīng)是澳大利亞物理學(xué)家 年首先從運(yùn)動(dòng)著的發(fā)聲源中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，多普勒天氣雷達(dá)的工作原理即以多普勒效益為基礎(chǔ)，具體表現(xiàn)為：當(dāng)降水粒子相對(duì)雷達(dá)發(fā)射波束相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以測(cè)定接收信號(hào)與發(fā)射信號(hào)的高頻頻率之間存在的差異，從而得出所需的信息。 CINRAD的軟件更為豐富，在引進(jìn) NEXRAD 的各種軟件的基礎(chǔ)上，還容金了我過(guò)近年來(lái)的科研成果。電磁波在大氣中傳播速度是略小于它在真空中的傳播速度，但對(duì)斜距精度影響不大，故近似用 C來(lái)表示 。 在 雷達(dá)探測(cè)中，氣象目標(biāo)的空間位置是用雷達(dá)天線至目標(biāo)物的直線距離Ｒ(亦稱斜距 ),雷達(dá)天線的仰角和方位角來(lái)表示。 711 雷達(dá)在垂直方向上的波瓣寬度為 度，在水平方向上的波瓣寬度為 度。它是用來(lái)衡量天線定向發(fā)射性能好壞的一個(gè)指標(biāo)。它的形狀就象花瓣一樣，于是人們叫他波瓣，這種圖叫波瓣圖。平均功率是指脈沖 功率在一個(gè)重復(fù)周期內(nèi)的平均值，用符號(hào) Pc表示。脈沖功率的大小，主要影響雷達(dá)的探測(cè)范圍。 (4)脈沖功率和平均功率 711 雷達(dá)的脈沖功率為 75W，平均功率為 30W。τ的寬窄，主要影響到雷達(dá)的最小探測(cè)距離和距離分辨能力。 (3)脈沖寬度 711 雷達(dá)的脈沖寬度為 1μ s。脈沖重復(fù)周期是相鄰兩個(gè)高頻脈沖之間的間隔時(shí)間，用符號(hào) T 表示。 F越高，顯示器熒光屏上顯示的回波越 第 5 頁(yè)，共 25 頁(yè) 清晰，遠(yuǎn)距離的目標(biāo)越容易被發(fā)現(xiàn)。脈沖重復(fù)頻率就是雷達(dá)發(fā)射的高頻脈沖每秒鐘重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)，用符號(hào) F表示。波長(zhǎng)等于光速 c 和工作頻率 f 的比值，即 λ =c/f。但是，由于大氣、云、雨、雪等對(duì)電磁波能量的吸收，是隨著工作頻率的升高而增大的，因此，過(guò)高的工作頻率就會(huì)減小雷達(dá)的 探測(cè)范圍。 工作頻率的高低，直接影響到雷達(dá)的精確度、分辨能力和探測(cè)范圍。 2 頻帶寬度 高度標(biāo)志誤差 /米 小于 177。 微秒 PRF 400Hz 精確度 測(cè)距誤差最大距離 177。 表 711的主要技術(shù)性能 工作波長(zhǎng) /cm 發(fā)射機(jī) 工作頻率 /MHz 93409400 平均功率 30W 探測(cè)范圍 測(cè)高上限 20km 頻率 9370177。距離分辨能力通常是指相同方位、相同高度的相鄰兩個(gè)目標(biāo)，在顯示器熒光屏上能分清時(shí)，兩個(gè)目標(biāo)之間的空間距離。 (3)分辨能力 711 測(cè)雨雷達(dá)的距離分辨能力小于 500 米，方位分辨能力小于 度。 200 米。 2%；方位誤差小于177。因此，雷達(dá)的探測(cè)范圍并不是固定的，情況和條件不同是，探測(cè)范圍的大小也不同。探測(cè)范圍是由很多因素決定的。由表 所示， (1)探測(cè)范圍 711 雷達(dá)對(duì)于中等強(qiáng)度的積雨云層能夠測(cè)距的范圍不大于 300 公里，測(cè)高的上限是 20 公里。 天線控制器控制天線做方位旋轉(zhuǎn)和俯仰往返。同時(shí)，它產(chǎn)生重復(fù)頻率為 200 赫的觸發(fā)脈沖送到高度顯示器，使之產(chǎn)生高度掃描電壓。接收機(jī)將微弱的高頻回波脈沖進(jìn)行頻率變換和幅度放大以后，輸出視頻脈沖到距離顯示器，并經(jīng)過(guò)距離顯示器送到平面顯示器。此外，發(fā)射機(jī)還分五路輸出觸發(fā)脈沖：一路送到接收機(jī)，用來(lái)控制接收機(jī)中的自動(dòng)頻率控制器，使該電路與發(fā)射機(jī)同步工 作；另一路送到分頻器；還有三積雨云層 D H α 第 3 頁(yè)，共 25 頁(yè) 路分別送到距離顯示器和高度顯示器，使各個(gè)顯示器和發(fā)射機(jī)同步工作。/17000 711雷達(dá)的組成及 工作過(guò)程 概述 圖 所示，它由發(fā)射機(jī)、天線波導(dǎo)系統(tǒng)，接受機(jī)、距離顯示器、平面顯示器、分頻器、顯示器電源部、天線控制器以及供電系統(tǒng)等部分組成。因此， H=D修正量△ H=D178。然而，由于地面的球型彎曲和大氣折射的影響，計(jì)算目標(biāo)高度是，就不能用 H=D 目標(biāo)高度的測(cè)定 測(cè)高原理是以測(cè)定斜距 D 和測(cè)定仰角β之間的關(guān)系，可由三角公式 H=D t/2 圖 目標(biāo)的位置 目標(biāo)方位的測(cè)定 從天線發(fā)射出去的電磁波并不是四面八方都有，而是象探照燈的燈光一樣，集中在某一個(gè)方向上形成波束。由于電磁波在空間的傳播速度等于光速 c,因此，只要測(cè)出電磁波從出發(fā)到返回所經(jīng)過(guò)的時(shí)間 t，就能計(jì)算出電磁波往返的路程，這個(gè)路程的一半就是目標(biāo)的距離 D。 目標(biāo)距離的測(cè)定 雷達(dá)的測(cè)距原理是以電磁波的反射和電磁波的傳播速度為依據(jù)的。圖中原點(diǎn)為雷達(dá)所在的位置，斜距就是目標(biāo)與雷達(dá)之間的直線距離 D，方位角就是目標(biāo)與正北方位之間的夾角α（規(guī)定以正北方位作為起始方位），在水平面上 按順時(shí)針?lè)较騽澐譃?360 度。目標(biāo)的斜距 D、方位角α和高度 H，這三個(gè)數(shù)據(jù)都是以雷達(dá)所在的位置為原點(diǎn)來(lái)計(jì)量的。 2 711雷達(dá)概述 711測(cè)雨雷達(dá)的基本工作原理 711 測(cè)雨雷達(dá)用來(lái)測(cè)定 200 公里范圍內(nèi)空間的云、雨、雪、雹等的距離、方位和高度，以及云層的厚度。因此我們對(duì)這三種不同天氣雷達(dá)的性能進(jìn)行對(duì)比分析是很有必要的。目前就我國(guó)的現(xiàn)代天氣雷達(dá)的發(fā)展規(guī)劃和發(fā)展趨勢(shì)來(lái)講，雙線偏振天氣雷達(dá)將是今后的主要探測(cè)手段。雙偏振雷達(dá)在我國(guó)起步較晚，至今沒(méi)有 投入 正常的 業(yè)務(wù)使用，開(kāi)展這方面的應(yīng)用研究也比較少。部分天氣雷達(dá)工作近 20 年，已接近或超過(guò)其使用壽命。 ： 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，原有的常規(guī)化天氣雷達(dá)已難以滿足社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警服務(wù)越來(lái)越高的要求。這時(shí)在顯示器上的熒光屏上就會(huì)出現(xiàn)許多明亮不等的區(qū)域，即云、雨、雪、雹的回波圖像，簡(jiǎn)稱氣象回波。 目 錄 論文總頁(yè)數(shù)： 25 頁(yè) ..................................................................... 1 2 711雷達(dá)概述 .............................................................. 1 711測(cè)雨雷達(dá)的基本工作原理 ............................................