【正文】 強(qiáng)度最大探測(cè)距離 ≥ 300Km 俯仰角 度 最大定量探測(cè)距離 ≥ 150Km 高度 200m(距離 100km) 多普勒最大廁距 ≥ 150Km 300m(100200km) 高度探測(cè)范圍 020Km 發(fā)射機(jī) 脈沖功率 75KW 強(qiáng)度 10dB+75dB 脈沖寬度 /μ s 、 、 速度 177。為表征天氣目標(biāo)的反射能力，通常用目標(biāo)發(fā)射面積σ表示，定義為一個(gè)理想的、各向同性的反射面積，它反射到雷達(dá)的功率密度與實(shí)際目標(biāo)一致。 |(m21)/(m2+2)|2 Di6 （ 1） 式中 m為水的復(fù)折射指數(shù)。對(duì)水和冰晶， |K|2與波長(zhǎng)和溫度的關(guān)系很?。? 對(duì)水晶， |K|2 =； 對(duì)冰晶 ， |K|2= （ 4） 反射因子 Z與降水強(qiáng)度的關(guān)系為： Z=AIB 其中 A、 B 為經(jīng)驗(yàn) 常數(shù)，其取值與降水類型有關(guān)， A的取值范圍為 100400； 第 11 頁(yè)，共 25 頁(yè) B的取值范圍為 。由于雷達(dá)接收的回波功率取決于降水目標(biāo)的反射因子 Z 值，因此天氣雷達(dá)可通過(guò)測(cè)量接收的回波功率 Pr，計(jì)算出降水目標(biāo)的反射因子 Z 值，按（ 4）式計(jì)算出降水 強(qiáng)度 I 值。 雷達(dá)氣象方程 天氣雷達(dá)探測(cè)的降水目標(biāo)是體目標(biāo)，雷達(dá)波瓣所照射的降水目標(biāo)的反射面積和雷達(dá)探測(cè)距離的平方成正比。 b. 饋線衰減已計(jì)入 G、 Pt、 Pr中。 G) 2 (Pmin C 距離訂正 由 雷達(dá)氣象方程可見，當(dāng)降水回波功率相同時(shí)，降水目標(biāo)的 Z值與距離的平方成正比；反之，當(dāng)降水目標(biāo)的 Z 值一定，回波功率與距離平方成反比。 WSR98D/XD 雷達(dá)當(dāng)距離訂正范圍為 300km 時(shí)，則 1~300km 內(nèi)不同距離上回波功率衰減 N（ dB）為： N（ dB） =20lgr 其中： r(km) 在信號(hào)處理器中設(shè) 1km 處訂正值為 0dB,則 300km 處訂正值為 。 反射率因子（ dBZ）： ≤ 1dBZ 速度譜寬（ W）： ≤ 1m/s 徑向速度（ V）： ≤ 1m/s 反射率因子差（ ZDR）： 相位差（Φ dp）： 度 傳播常數(shù)（ KDP）： 度 /Km 線性退極化比（ LDR）： 1dB 零延時(shí)相關(guān)系數(shù)（ρ HV）： 6 新一代天氣雷達(dá)（ CINRAD/SA）與常規(guī)天氣雷達(dá)（ 711）的對(duì)比分析 新一代天氣雷達(dá)與常規(guī)天氣雷達(dá)主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)比分析 由表 ， 711 雷達(dá)的工作波長(zhǎng) 為 ，新一代天氣雷達(dá)（ CINRAD/SA）的工作波長(zhǎng)為 ，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，電磁波在傳播中受云雨的衰減影響越小， 10cm波長(zhǎng)可以不考慮雨的衰減，更有利于對(duì)大范圍降水特別是臺(tái)風(fēng)的觀測(cè)。 711 雷達(dá) PRF 為 400Hz， CINRADSA 的 PRF 為 3181304Hz。新一代天氣雷達(dá)可調(diào)脈沖重復(fù)頻率主要是解決最大距離模糊和最大速度模糊問(wèn)題。λ F/4。 30 2830 波長(zhǎng) /cm 脈沖重復(fù)頻率 /Hz 400 3181304(1μ s) 318452(4μ s) 脈沖寬 度 /μ s 1 、 脈沖功率 /kw 75 650 波束寬度 度 1 度 天線直徑 /m 天線增益 /dB 40 44 靈敏度 /dB 96 112 接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍 /dB 50 90 產(chǎn)品應(yīng)用 Z dBz,V,W 大最大監(jiān)測(cè)距離，但必然會(huì)減小最大徑向速度，就有可能導(dǎo)致速度模糊。 增加脈沖寬度有利于增加雷達(dá)最大探測(cè)距離，但另一方面又直接影響到雷達(dá)距離分辨力，也決定了雷達(dá)盲區(qū)的大小。 發(fā)射功率是雷達(dá)的重要參數(shù)之一，在其他參數(shù)已定的情況下，由雷達(dá)氣象方程可知，發(fā)射功率越大，雷達(dá)最大探測(cè)距離越大。 波束寬度越小，天線輻射的電磁波能量在空間的分布上越集中，定向性能越好，切向分辨率越高，切向探測(cè)精度也相應(yīng)提高。 從雷達(dá)氣象方程可知，雷達(dá)接收到的回波功率與天線增益的平方成正比，所以，加大天線增益是提高雷達(dá)探測(cè)能力的一個(gè)重要因素。 靈敏度是雷達(dá)接收機(jī)的重要參數(shù)，表明雷達(dá)接收機(jī)接受微弱信號(hào)的能力。新一代天氣雷達(dá)除了具有常規(guī)天氣雷達(dá)的這種功 能外，本質(zhì)差別在于，它利用多普勒效應(yīng)，能檢測(cè)到回波信號(hào)中微小的頻率變化，即降水粒子徑向運(yùn)動(dòng)速 第 14 頁(yè)，共 25 頁(yè) 度引起的多普勒頻率。由于新一代天氣雷達(dá)發(fā)射的脈沖信號(hào)頻率非常穩(wěn)定，同時(shí)各脈沖信號(hào)間具有確定的頻率進(jìn)行比較，以檢測(cè)出散射體的多普勒頻率。而新一代天氣雷達(dá)除常規(guī)數(shù)字化天氣雷達(dá)信號(hào)處理一般功能外，還具有精度較高的多普勒信號(hào)處理器，可以實(shí)時(shí)的提供較準(zhǔn)確的徑向風(fēng)場(chǎng)分布的數(shù)據(jù)，從而識(shí)別龍卷、暴流等災(zāi)害性天氣。因?yàn)樾乱淮鞖饫走_(dá)具有大天線、高增益、高發(fā)射功率、寬脈沖寬度、高接收靈敏度等特點(diǎn)，而這些特點(diǎn)直接影響到探測(cè)能力的大小，且能較為有效的監(jiān)測(cè)強(qiáng)降水、冰雹和大風(fēng)等災(zāi)害性天氣。 精 確 幅度在 515dBz 左右，亦即強(qiáng)度在 1015dBz 及以下的回波用常規(guī)天氣雷達(dá)是探測(cè)不到的，而新一代天氣雷達(dá)可探測(cè)到 515dBz 范圍內(nèi)弱的回波。一是新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)的主要參數(shù)經(jīng)過(guò)較準(zhǔn)確的定標(biāo)和測(cè)量，從而保證了新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)量回波強(qiáng)度的可 第 15 頁(yè)，共 25 頁(yè) 靠性和準(zhǔn)確性。為克服降水回波信號(hào)的漲落對(duì)回波強(qiáng)度測(cè)量的影響，新一代天氣雷達(dá)對(duì)信號(hào)進(jìn)行積累處理、以提高回波強(qiáng)度測(cè)量的準(zhǔn)確性。三是自動(dòng)標(biāo)校技術(shù)。 新一代天氣雷達(dá)具有較完善的監(jiān)控系統(tǒng)，以保證雷達(dá)能長(zhǎng)期的連續(xù)運(yùn)行，保障雷達(dá)獲取數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的管理。 豐富的應(yīng)用產(chǎn)品 新一代天氣雷達(dá)具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力及豐富的應(yīng)用軟件支持，形成多種產(chǎn)品供用戶使用。 (2) 物理量產(chǎn)品 由 dBz,V,W 數(shù)據(jù)經(jīng)一定的轉(zhuǎn)換關(guān)系派生出的氣象物理量圖形和圖象產(chǎn)品，如ETPPI（回波頂高度顯示）、 PA（降水累積顯示）、 RZ（雨強(qiáng)顯示）、 VIL（垂直累積液態(tài)含水量）、 RVD（徑向散度顯示）、 ARD（方位渦度顯示）等。 (4) 自動(dòng)識(shí)別產(chǎn)品 如中尺度氣旋、龍卷、冰雹、陣風(fēng)等自動(dòng)識(shí)別，冰雹跟蹤、強(qiáng)天氣概率等。對(duì)于常規(guī)雷達(dá)來(lái)講，雖然也有 PPI， RHI， CAPPI， ETPPI， RZ， VIL， PA 等產(chǎn)品，但因雷達(dá)參數(shù)無(wú)法實(shí)時(shí)標(biāo)校等原因，其產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)性較大，定量分析也存在較大誤差。影響探測(cè)范圍的因素包括：脈沖功率、脈沖寬度、脈沖重復(fù)周期、天線的性能、接收機(jī)的性能等等。 20 波長(zhǎng) /cm 脈沖重復(fù)頻率 /Hz 3181304(1μ s) 318452(4μ s) 3001500 脈沖寬度 /μ s 、 、 、 脈沖功率 /kw 650 75 波束寬度 1度 1度 天線直徑 /m 天線增益 /dB 44 44 靈敏度 /dB 112 110 接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍 /dB 90 ≥ 90 產(chǎn)品應(yīng)用 dBZ,V,W dBZ， W， V， ZDR，Φ DP， KDP等 產(chǎn)品。饋線系統(tǒng)分為發(fā)射和接收兩部分，發(fā)射支路用于傳送高功率信號(hào)至天線，接收支路傳送來(lái)自天線的回波功率。伺服系統(tǒng)根據(jù) RDASC 給出的控制命令，控制天線座完成所要求的天線掃描運(yùn)動(dòng)或位置定位，在進(jìn)行位置定位時(shí)，要求有很好的超調(diào)。 WSR98D/XD 該雷達(dá)天線和饋線的主要功用為，將發(fā)射機(jī)速調(diào)管輸出的大功率射頻脈沖轉(zhuǎn)換成水平極化、垂直極化電磁波或單一水平極化（垂直極化）電磁波，高效地傳輸?shù)诫p極化饋源，經(jīng)天線反射體形成針狀波束，向空間輻射；接收來(lái)自空間降水目標(biāo)后向散射的、微弱的回波脈沖信號(hào)，分解為水平、垂直極化電磁波或寄售單一的水平（垂直）極化電磁波，傳輸?shù)浇邮諜C(jī)前端。同是天線伺服系統(tǒng)可連續(xù)地向信號(hào)處理系統(tǒng)和雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)輸出天線角度信息和狀態(tài)信息。這是一部主振放大式速調(diào)管發(fā)射機(jī)，除高功率速調(diào)管外，其余組成部分為全固態(tài)電路。窄脈沖時(shí)，脈沖重復(fù)頻率從 318HZ~1304HZ 可變，也可在工作比不超過(guò)最大值的前提下，工作于脈沖重復(fù)頻率組合狀態(tài)；寬脈沖時(shí)，脈沖重復(fù)頻率從 318HZ~452HZ 可變。 發(fā)射機(jī)接受來(lái)自接收機(jī)的高頻激勵(lì)信號(hào) (約 10mW)，及來(lái)自信號(hào)處理機(jī)的七種同步信 號(hào) 、 重復(fù)頻率預(yù)報(bào)碼 、 脈寬選擇信號(hào)；并向接收機(jī)返回速調(diào)管高頻激勵(lì)取樣信號(hào)，向信號(hào)處理機(jī)返回速調(diào)管陰極電流脈沖取樣信號(hào)。出現(xiàn)故障時(shí)，可在微秒級(jí)時(shí)間內(nèi)切斷高壓。若出現(xiàn)電網(wǎng)斷電故障并隨即恢復(fù)，發(fā)射機(jī)可根據(jù)斷電時(shí)間，自行決定速調(diào)管重新預(yù)熱時(shí)間 。監(jiān)控系統(tǒng)還將這些信息傳送給 RDA。 發(fā)射機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)如下： (1) 高頻工作頻率： ~，機(jī)械可調(diào)。 (3) 高頻輸出峰值功率： ≥ 650KW。 B. 寬脈沖： 高頻脈沖寬度 (50%處計(jì) )： ~ S； 高頻脈沖前沿 (10% ~ 90%)： 略大于 S； 高頻脈沖后沿 (90% ~ 10%)： 略大于 S； 脈沖重復(fù)頻率： 318~452HZ。 ； 50dB 處譜寬不大于 177。 。 (7) 預(yù)熱時(shí)間： 正常預(yù)熱時(shí)間 12+1 分鐘。 (8) 交流供電： 三相 380VAC177。 。 貯存溫度及濕 度：溫度 ： 35 ~ +60 ℃ ；濕度： 15 ~100%( 不 結(jié)露 )。 WSR98D/XD WSR98D/XD 多普勒天氣雷達(dá)發(fā)射機(jī)是 X 波段、固態(tài)微波功率放大、主振放大式速調(diào)管放大鏈接發(fā)射機(jī)，工作頻率： 9420177。發(fā)射機(jī)輸出高穩(wěn)定的高頻脈沖，動(dòng)目標(biāo)改善因子優(yōu)于 45dB。 %MHz， τ =10μ s， p=10mW），經(jīng)微波固態(tài)功率放大器放大，推動(dòng)末級(jí)速調(diào)管功率放大器放大后，輸出功率為 75Kw 的高頻大功率脈沖，經(jīng)饋線和天線向空間發(fā)射。 發(fā)射機(jī)除輸出大功率高頻脈沖外，還輸出速調(diào)管高頻激勵(lì) 采樣信號(hào)（τ =μ s、 s、 s， F=3002500Hz， 1020dBm），送到接收機(jī)，用于監(jiān)測(cè)。接收機(jī)的頻率源還給發(fā)射機(jī)提供射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 接收機(jī)是專門為中國(guó)新一代脈沖多普勒天氣雷達(dá)而研制的，其主要功能有： 1. 向發(fā)射機(jī)提供高穩(wěn)定的發(fā)射信號(hào)。 3. 能自動(dòng)進(jìn)行故障檢測(cè)和故障定位。 5. 能進(jìn)行干擾檢測(cè) 接收機(jī)的主要技術(shù)性能指標(biāo) ： 1. 接收頻率為 ～ GHz 之間已預(yù)選的射頻信號(hào)。 2. 接收機(jī)有瞬時(shí) AGC，控制范圍 0～ 。 4. 接收機(jī)中頻頻率為 ， 6dB 帶寬為 。 序號(hào) 重復(fù)頻率 脈沖寬度 1 單重復(fù)頻率（ Hz）： 300500 177。 S 3 單重復(fù)頻率： 1500Hz 177。 S 第 20 頁(yè)，共 25 頁(yè) 6. 接收機(jī)線性通道的動(dòng)態(tài)范圍≥ 93dB，瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍≥ 50dB。 8. 接收機(jī)鏡像抑制度≥ 50dB，寄生響應(yīng)≥ 60dB。 10. 接收機(jī)系統(tǒng) DC偏置校準(zhǔn)≤177。 11. 接收機(jī)冷啟動(dòng)響應(yīng)時(shí)間≤ 10分鐘，熱啟動(dòng)響應(yīng)時(shí)間≤ 10 秒鐘。 13. 接收機(jī)能在海拔 3300m 范圍內(nèi)工作。 WSR98D/XD 該雷達(dá)接收機(jī)是全相參，水平、垂直極化雙通道、一次變頻、模擬接收通道/中頻直接采樣數(shù)字接收機(jī)。其主要功能為： 1. 接收來(lái)自天線和饋線系統(tǒng)的頻率為 9420MHz 的水平、垂直極化回波信號(hào) 分別經(jīng)水平、垂直通道低躁聲放大器進(jìn)行放大，再經(jīng)濾波、混頻變換為60MHz 中頻信號(hào)、由中頻放大器放大，輸出模擬中頻信號(hào)到雙通道數(shù)字接收機(jī)，由雙通道中頻采樣 A/D 變換器進(jìn)行采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出正交的數(shù)字 I、 Q信號(hào)至信號(hào)處理器。 3. 實(shí)時(shí)標(biāo)定校正功能，能對(duì)雷達(dá)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、標(biāo)定和校正。 接收機(jī)主要性能指標(biāo) 1. 工作頻率： 9420177?；井a(chǎn)品有三個(gè)：反射率因子、平均徑向速度、譜寬。 方位掃描的回波強(qiáng)度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)等級(jí)用 dBZ 表示。平均徑向速度表示整個(gè) 360186。 徑向速度有許多直接的應(yīng)用，可以導(dǎo)出大氣結(jié)構(gòu)，風(fēng)暴結(jié)構(gòu)，可以幫助產(chǎn)生、調(diào)整和更新高空分析圖等。 譜寬數(shù)據(jù)實(shí)際上指的是速度譜寬數(shù)據(jù)，它是一個(gè)對(duì)速度離散量的度量。導(dǎo)出產(chǎn)品是雷達(dá)產(chǎn)品生成系統(tǒng)（ RPG）根據(jù)基本數(shù)據(jù)資料通過(guò)氣象算法處理后得到的產(chǎn)品，比較重要的有相對(duì)于風(fēng)暴的平均徑向速度圖、相對(duì)于風(fēng)暴的平均徑向速度 區(qū)、強(qiáng)天氣分析、組合反射率因子、回波頂、剖面產(chǎn)品等。 WSR98D/XD 雷達(dá)有兩種制式，一種是工作時(shí)雷達(dá)同時(shí)發(fā)射和接收水平和垂直兩種偏振信號(hào)，其中接收到的垂直和水平回波信號(hào)的大小之比的對(duì)數(shù)就是差反射率 Zdr， 它 反映了探測(cè)目標(biāo)偏離球形的大小和在水平和垂直方向上的優(yōu)勢(shì)取向程度。 還有一種制式是雷達(dá)只有一個(gè)發(fā)射和接收機(jī)，工作是雷達(dá)以觸發(fā)脈沖為時(shí)間間隔，交替發(fā)射和接收水平和垂直兩種線偏振波，這樣得到的 Zdr、 Φ dp 和ρ HV的相關(guān) 性能稍微差些，它要求雷達(dá)的觸發(fā)脈沖頻率較高。Ψ dp的變化率反映了傳播介質(zhì)顆粒的形狀 。若傳播介質(zhì)的主軸為水平和垂直方向，ρ HV不受傳播效應(yīng)的影響。 第 22 頁(yè)，共 25 頁(yè) 結(jié) 論 由表 ，常規(guī)天氣雷達(dá)在性能方面遠(yuǎn)不及新一代天氣雷達(dá)和雙偏振雷達(dá)