雷达气象组简介

第一篇：雷达气象组简介

雷达气象组简介 一． 简介

灾害性天气研究中心雷达组成立于七十年代初(前身为中央气象局观象台雷达组)，已近三十年，伴随着中国雷达气象事业的发展，协助中国气象局的职能部门，研制我国气象雷达，如三分波段的711天气雷达，五公分波段的713天气雷达、714天气雷达、十公分波段的714天气雷达；为普及和提高雷达气象和气象雷达知识，曾多次举办雷达气象应用和雷达定标学习班，及召开全国雷达气象学术交流会。对雷达气象事业作出应有的贡献。

二．工作任务

1．雷达气象业务组是最早使用常规天气雷达和多普勒天气雷达的单位，常规雷达的使用是从1959年，多普勒天气雷达是在1986年从美国的EEC公司进口的。日常业务工作是按照中国气象局气象雷达汛期观测规范，承担京津冀地区灾害性天气监测、汛期气象业务服务和重大活动天气监测和预报任务；向中国气象局本部和国家气象中心同步传送雷达探测资料业务工作。当好局领导决策参谋和做好天气预报服务工作。监视天气变化过程，遇到强烈天气变化过程，随时加密跟踪观测，即时向中国气象局，中央气象台及有关部门传送天气雷达探测信息，并提供短时天气预报咨询服务。

2.除正常工作外,同时还承担一些专项服务，如首都一些重大活动（如国家庆典，国际比赛等）的气象保障服务任务.3．为深入开展雷达气象的研究和工作经验的积累，汛 期后需要对本年度雷达资料、卫星资料、天气图等资料进行统计、分析、整编；并对灾害性天气个例分析研究.例如每年的雷雨大风、冰雹、暴雨等灾害性天气都要分析总结, 提高灾害性天气预测能力，为减灾防灾提供有价值的资料。每年出版一本《京津冀中尺度气象试验资料汇编》；（该书愿与广大同行进行交流）。

4．雷达组也是气科院的对外学术交流的窗口,接待来中国气象局参观访问的国外学者。我组的气象专家也经常到国外进行学术交流，也请国外专家到我院讲学。也为局领导、院领导、专家学者提供雷达图片、资料、个例分析等有关材料。在国内外进行学术交流，扩大我国雷达气象事业在国际上的影响。

5.按雷达维修维护条例和规范进行全面系统地检修、更换、标定。冬半年每周至少要开机一次，确保机器处于良好状态； 三． 研究发展方向

随着我国现代气象雷达事业的发展，我国将很快布设多普勒雷达替换常规天气雷达。我们将进一步加强多普勒天气雷达资料在临近预报应用；充分发挥多普勒雷达在灾害性天气监测、预警中作用；加强多普勒雷达资料在数值模式中的应用研究；加强多普勒雷达在人工影响天气中应用研究；在防灾减灾中发挥更大的作用。为雷达在气象事业发展作出更多的贡献。

第二篇：气象雷达之演讲稿

气象雷达之演讲稿

老师好，同学们好，我们小组的课题是气象雷达的现状。下面我们将从四个方面阐述我们小组对气象雷达现状的认识。

在这之前要说一说气象雷达的概况。气象雷达是专门用于大气探测的雷达，属于主动式微波大气遥感设备，气象雷达主要用来探测气象状况以及变化趋势，如风、雨、云等，是用于警戒和预报中、小尺度天气系统（如台风和暴雨云系）的主要探测工具之一。

下面进入第一个模块，气象雷达的分类及作用。

测云雷达是用来探测未形成降水的云层高度、厚度以及云内物理特性的雷达。其常用的波长为1.25厘米或0.86厘米。主要用来探测云顶、云底的高度。如空中出现多层云时，还能测出各层的高度。

毫米波测云雷达就是其中的一种，它通常用于识别云的相态，主要用于机场、港口、气象、大气物理研究等部门进行的非降水云和弱降水云探测，可以提供云底高度、云顶高度及云厚等信息，判别云的属性、晕的相态及云滴谱分布等。然而测云雷达只能探测云比较少的高层云和中层云。对于含水量较大的低层云,如积雨云、冰雹等,测云雷达的波束难以穿透，因而只能用测雨雷达探测。

测雨雷达又称天气雷达，是利用雨滴、云状滴、冰晶、雪花等对电磁波的散射作用来探测大气中的降水或云中大滴的浓度、分布、移动和演变，了解天气系统的结构和特征。测雨雷达能探测台风、局部地区强风暴、冰雹、暴雨和强对流云体等，并能监视天气的变化。据不完全的资料分析．世界上的测雨雷达发展至今，已有上千部之多。而其中以美国 英国、日本、法国的发展最为迅速，不仅装备本国，而且出口到世界上的许多国家。

多普勒天气雷达是现如今应用最广泛的测雨雷达。多普勒天气雷达是以多普勒效应为原理测量云和降水粒子等相对于雷达的径向运动速度（叫作多普勒速度）的雷达。它为大气探测；水平风场的结构；垂直气流的结构；某些降水云中粒子直径的分布；特别是比较准确地 辨认与龙卷、冰雹、地面危险风等现象相一致的 “中气旋 ”的存在,研究湍流的基本特性和大范围的平均流初提供了前所未有的机会。

多普勒天气雷达包括脉冲多普勒天气雷达和双线偏振多普勒天气雷达。

为了识别降水目标、区分不同的降水类型,人们采用多参数雷达进行天气研究 ,其中双偏振雷达是人们常采用的技术之一 , 它是根据不同的降水粒子对入射 电 磁波极化散射特性不同对降水类型进行识别和分类的。双线偏振天气雷达对 云雨时空变化的连续观测,可明显提高对水成物形成的微物理过程的理解,提高 降水强度的估测精度, 改善雷达测量单点和流域的降水强度和降水总量的效果。脉冲多普勒天气雷达是大气探测和天气预报的有力工具，它不仅能够探测云高、云厚、云底高、云内含水量、云中流场径向分量及风暴中的气流和湍流的活动区，而且对300KM的中尺度风暴、强的风切变、冰雹、龙卷、大风等灾害性天气具有实时监测和报警能力。可以广泛应用于机场、部队、油田、林场、盐场、农场、海洋等专业气象台及地区、县、市气象台站并能够在灾害天气预报、气象导航、防灾减灾，农业增产以及辅助军事作业等方面发挥重要作用。

脉冲雷达原理：以一特定频率发射高频能量脉冲时，在同一距离门内接收的不同径向速度目标回波有不同的多普勒频移

测风雷达用来探测高空不同大气层的水平风向、风速以及气压、温度、湿度等气象要素。测风雷达的探测方式一般都是利用跟踪挂在气球上的反射靶或应答器，不断对气球进行定位。根据气球单位时间内的位移，就能定出不同大气层水平风向和风速。在气球上同时挂有探空仪，遥测高空的气压、温度和湿度。风廓线雷达是典型的例子~ 大气中存在着各种不同尺度随时间变化的湍流 , 它们能引起折射指数的不规 则变化,对无线电波产生散射作用。风廓线雷达向天空发射无线电波 , 接收到的回波是由于大气湍流对电磁波的散射而产生的。通过对回波的处理和分析就可以获得湍流大气的多普勒系数和强度系数 , 从而反演出湍流强度、运动方向和 运动速度随高度的分布。

调频连续波雷达是一种探测边界层大气的雷达。有极高的距离分辨率和灵敏度，主要用来测定边界层晴空大气的波动、风和湍流（见大气边界层）。在边界层外，流体的速度接近定值，不随位置而变化。在边界层内，在固定表面上流速为0，距固定表面越远，速度会趋近一定值。

圆极化雷达。一般的气象雷达发射的是水平极化波或垂直极化波，而圆极化雷达发射的是圆极化波。雷达发射圆极化波时，球形雨滴的回波将是向相反方向旋转的圆极化波，而非球形大粒子（如冰雹）对圆极化波会引起退极化作用，利用非球形冰雹的退极化性质的回波特征，圆极化雷达可用来识别风暴中有无冰雹存在。

气象雷达对大气探测起到了很大的帮助，然而雷达在气象观测中的应用尚存在一些局限性。例如, 目前的气象雷达技术尚不能完全满足气象科学与业务的实际需要, 用雷达探测降水尚受到地物(低仰 角观测时)等因素 的影响;还不能将气象雷达装载在气象卫星上使用等。

关于气象雷达的组成其实很简单，控制面板、显示器、天线和收发机构成了气象雷达主要部件。机载气象雷达还需由垂 直陀 螺 提 供倾 斜和 俯 仰 稳 定信号，倾 斜和俯仰信号可以由单独的垂直陀螺组 建提供，也可由惯性基准系统提供。

在控制面板上可以选择雷达的工作方式，显示距离范围，扫描区域，设置增益等各项功能。

现 在飞 机的气象雷达信息一 般 都显 示在EFIS而不再用单独的雷达显示器。除可显示目标的强度及位置信息外，还可以显示各种文字信息、辅助信息及系统状态等。用不同的颜色直观的表示出气象信息的强弱，以极 坐标的 方 式表 示出探测的目标的距离及方位，通过距离标志圈可读出其数值。

天 线 主 要 作用 是 辐 射 和 接 收回波，同时 还 要进行方位 扫 略与 俯 仰、倾 斜 稳 定，气象雷达天 线组安装于飞机前 端的雷达罩内，天 线的方向性 越强，雷达的作用距离越远，测向精度和分辨率也越高。

收发机是该系统的核心部件，发射机产生具有足够功率的周期性的矩 形脉冲射 频信号，而接收机则是提取所需的回波信号并将其 转换 为数 据 传 输 给显 示器。雷达收 发组 总是 安 装在 靠近天 线的位 置，以 尽可能 减 少 连 接 波导的长度。

三、那么气象雷达的发展现状是什么样的呢。

首先来看看国外的情况。

欧 洲 国 家 由 于 国 土 紧 密 相 连 , 采 取 联合 方 式 建 立 雷 达 网 , 使 雷 达 探 测 资 料 在 天气预报中得到充分利用。欧洲天气雷达仍然以发展C 波段多普勒雷达为主,双PRF 技术可能用脉冲压缩技术来代替。

日本开发了一种直径仅1 米的小型雷达,其性能与机场等使用的大型气象雷达相当。观测几乎是实时的,时间仅需约1 分钟。由于体积小,能安装在汽车和小型船舶上,可预测1平方公里小范围内的天气现象，非常方便。

美国在 20 世纪 80 年代初开始研制全相干脉冲多原普勒天气雷达 ,1988 年开始批量 生 产 , 并 由 此 组 成 的 美 国 下 一 代 天 气 雷达 网(NEXRAD)作为美国气象现代化的重要组成部分开始实施。美国联邦航空局在纽约已成功地研制成一部风切变告警雷达。该雷达是一部多普勒C波段雷达,可以全自动探测和告警显示机场周围的恶劣天气,防止风切变造成的危害和微爆现象。

加 拿 大 自 1998 起的 6 年 时 间 内 完 成 了“国家多普勒雷达计划”, 主要沿人口密集、灾害性天气频发并造成巨大灾害的海岸线布设了 30 部多普勒雷达 , 其中 11 部多普勒雷 达 是 完 全 新 建 的 , 其余 19 部则是原有的常 规 雷 达 翻 建 成 具 有 多 普 勒 雷 达 功 能 的。目 前 加 拿 大 正 在 进 行 将 多普勒模式下的作用距离加大到 240km的技术 开 发。雷 达 网 的 建 成 , 使 得 对 龙 卷 的 预报从几乎不可能到提前 15min ～ 20min, 对风 暴 位 置 和 雨 雪 量 级 做 出 了 比 以 前 更 为准 确 的 预 报。那么国内的水平目前是

再来看中国。

气象雷达随着国家气象局以及各地方政府关于气象防灾减灾工作的日益重视，在“十二五”计划中得到体现，如未来5年，新一代天气雷达将在现有158部的基础上继续增补60部左右；风廓线雷达探测系统将建设对流层风廓线雷达探测站120个，边界层风廓线雷达探测站180个；添置10部左右的机动式多普勒测雨雷达的需求等。我国于20世纪90年代开始了多普勒天气雷达阶段。随着国际天气雷达技术发展的新趋势和国家需求的增长，我国确定了发展新一代多普勒天气雷达的思路，并相应制定了新一代多普勒天气雷达功能规格需求。此阶段，我国多普勒天气雷达的颜值和应用水平得到了极大提高，与发达国家在技术和应用上的差距已在10年以内。

我们在不久前进行了【实地参观】  海洋局站

经国家海洋局北海分局的张主任介绍，海洋方面运用气象雷达不多，主要是运用了多普勒雷达探测海面上云层含水率从而预测天气变化。在其他方面：X波端雷达：测波浪，安放在山头站点或车上

SAR雷达：卫星雷达，主要观测海洋环境，用于预报灾害性海洋环境污染，如溢油，虎苔事件。

地波雷达：测两个站点间的海流，测一个剖面，使用不频繁。只有在对海流有特别精细要求时使用，如奥帆赛期间。大洋海流数据主要来自浮标，站点和船舶。

 气象局站

我们在麦岛的气象观测点了解到，海洋要素的观测一般通过海上小浮标来实现，主要测量波高及波的周期，对海啸、地震的监测会与海洋局内网建立联系，还有对气温、气压、能见度、潮位的监测。在验潮室，有对称的卷尺测量潮高，验潮室与海面之间建有温盐传感器，这些数据均可在专门的仪器上显示出。

麦岛的气象观测场是25*25m的标准观测场，由于多普勒气象雷达刚刚建起还没有投入使用，我们观看了气象观测场的其他仪器。我们亲眼看到了干湿球温度器、自动测温传感器、人工及自动的雨量器，其中有翻斗式雨量传感器、还有海啸预警观测台和GNSS测量地壳的仪器。在雷达周围还有避雷针和测风的仪器。

现如今气象雷达还有许多新型技术。双(多)基地雷达

双(多)基地雷达主要针对常见的单基地 雷 达 而 言 的。单 基 地 雷 达 一 般 是 收 发 同址, 即接收站和发射站位于同一个地方, 而双(多)基地雷达则是收发异址, 具有一(多)个发射站和一(多)个接收站, 以离散的形式配 置。从 布 置 的 位 置 方 面 来 看 , 可 分 为 地发 / 地收 , 空发 / 地收 , 地发 / 空收等几种形式, 多基地雷达还具有一发多收 , 多发多收等形式。而双(多)基地天气雷达系统一般采用地发 / 地收 , 由一部常规的多普勒天气雷达与一个或多个没有发射系统和天线伺服系统、布置在远处的双基地接收站组成。它可以从不同的角度对同 一 个 天 气 目 标 进 行 观 测 , 还 可 直 接 测 量 得 到 反 射率、垂直风、涡 流 等 , 利用这些参数应用大气热力学原理可进一步反演出相关的气压与温度。

相控阵天气雷达

相控阵多普勒天气雷达 ,主要优势是可以提高获取资料的时间分辨率、进一步提 高探测能力，它能够快速而精确地转换波束的能力使该雷达能够在 1min内完成全空域的扫描 , 同时获取大量的气象信息。所采用的阵列天线是由大量相同的辐射单元组成的孔径 , 每 个 单 元 在 相 位 和 幅 度 上 是 独立控制的 , 能 得 到 精 确 可 预 测 的 辐 射 方 向图 和 波 束 指 向。激光天气雷达

激光雷达是一种拥有可以精确 地、快速地获取地面或大气三维空间信息的主动探测技术的雷达，应用范围和发展前景十分广阔。它主要是通过分析由激光器发射的激光与大气中的折射率 不 均 匀 层 以 及 遇 到 气 溶 胶 等 大 气 粒 子后, 产生的后向散射(回波信号)而得到的大气一些物理参数 , 如风速、大气温度、大密 度 等。根 据 激 光 与 大 气 作 用 方 式 和 探 测目的的不同 , 演 变 出 多 种 不 同 类 型 的 激 光雷达。米(Mie)散射激光雷达可连续地探测大气边界层中气溶胶粒子的光学特性以及气 溶 胶 粒 子 和 大 气 边 界 层 高 度 的 时 空 分布。差分吸收(DIAL)激光雷达可探测大气边 界 层 中 污 染 气 体 , 如 NO2、SO

2、O 3等 含 量的时空分布。拉曼(Raman)激光雷达根据同时接收到的水汽和氮气分子对激光后向散射信号的比值 , 就可以计算出水汽混合比 ,探测边界层中水汽含量的时空分布。双波长雷达

双波长雷达是通过比较不同波长的回波强度, 给出定量结果,它使强对流天气的分析取得了一定的进展 ,当今苏联已在全境设置了双波长天气雷达网。

双极化雷达

又叫偏振分集雷达 , 这种雷达主要用于考察散射粒子 的变形 特性 , 从而研究风暴中不同粒子 的 空 间 分 布 , 研究非球形降水粒子对 电磁波散射特性 的影 响以及雨区中识别冰雹。我国兰高所在双极化雷达的研究上已经做了大量工作 , 取得了有效的进展 , 为双极化雷达的研制打下了基础。气象雷达组网

气象雷达是灾害天气监测和预警的重要手段，但单部雷达的监测能力有限，一些天气系统本身会跨越多部雷达覆盖区域，且由于扫描策略（只能在0.5度到19.5度仰角范围内以一定时间间隔扫描）以及地球曲率的影响，即使在雷达的有效探测范围内也有部分区域无法被观测到。因此，为了提高中尺度灾害性天气的研究及预警能力，必须把来自多部雷达的资料进行组网。目前气象雷达组网存在三种形式：、新一代天气来打的组网、多基站技术，即一发多收的多接收站天气雷达系统

3、网络雷达技术，即分布式协同自适应探测网络天气雷达系统

气象雷达在当代已有了很好的发展与应用，更好技术的开发与利用需要每一个气象人才的共同努力。谢谢大家！

第三篇：雷达通信简介

雷达通信简介

雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备。电磁波同声波一样，遇到障碍物要发生反射，雷达就是利用电磁波的这个特性工作的。波长越短的电磁波，传播的直线性越好，反射性能越强，因此，雷达用的是微波波段的无线电波。

利用雷达可以探测飞机、舰艇、导弹以及其他军事目标，除了军事用途外，雷达在交通运输上可以用来为飞机、船只导航，在天文学上可以用来研究星体，在气象上可以用来探测台风，雷雨，乌云。雷达的基本工作原理

雷达的基本工作原理是:雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传送给天线;天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播;电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取;天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，形成雷达的回波信号。由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减，雷达回波信号非常微弱，几乎被噪声所淹没。接收机放大微弱的回波信号，经过信号处理机，可提取出包含在回波中的信息，并在显示器上表示出目标的距离、方向、速度等。1测量距离

为了测定目标的距离，雷达准确测量从电磁波发射时刻至接收到回波时刻的延迟时间，即电磁波从发射机到目标，再由目标返回雷达接收机的传播时间。根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离为:S=CT/2。

其中:S为目标距离，T为电磁波从雷达到目标的往返传播时间，C为光速。2确定方向

雷达测定目标的方向是利用天线的方向性来实现的。两坐标雷达只能测定目标的方位角，三坐标雷达可以测定方位角和俯仰角。3测定速度

测定目标的运动速度是雷达的一个重要功能，雷达测速利用了物理学中的多普勒原理。当目标和雷达之间存在着相对位置运动时，目标回波的频率就会发生改变，频率的改变量称为多普勒频移，用于确定目标的相对径向速度。通常，具有测速能力的雷达，要比一般雷达复杂得多，例如脉冲多普勒雷达。雷达技术发展简史

雷达技术首先在美国应用成功。美国在1922年利用连续波干涉雷达检测到木船，1933年6月利用连续波干涉雷达首次检测到飞机。该种雷达不能测距。1934年美国海军开始发展脉冲雷达。英国于1935年开始研究脉冲雷达，1937年4月成功验证了CH（Chain Home）雷达站，1938年大量的CH雷达站投入运行。英国于1939年发展飞机截击雷达。1940年由英国设计的10cm波长的磁控管由美国生产。磁控管的发展是实现微波雷达的最重要的贡献。1940年11月，美国开发微波雷达，在二次世界大战末期生产出了10cm的SCR-584炮瞄雷达，使高射炮命中率提高了十倍。二战中，俄、法、德、意、日等国都独立发展了雷达技术。但除美国、英国外，雷达频率都不超过600MHz。二战中，由于雷达的很大作用，产生了对雷达的电子对抗。研制了大量的对雷达的电子侦察与干扰设备，并成立了反雷达特种部队。

二战后，特别是五、六十年代，由于航空航天技术的飞速发展，用雷达探测飞机、导弹、卫星、以及反洲际弹道导弹的需要，对雷达提出了远距离、高精度、高分辨率及多目标测量的要求，雷达进入蓬勃发展阶段，解决了一系列关键性问题：脉冲压缩技术、单脉冲雷达技术、微波高功率管、脉冲多卜勒雷达、微波接收机低噪声放大器（低噪声行波管、量子、参量、隧首二极管放大器等）、相控阵雷达。七十至九十年代，由于发展反弹道导弹、空间卫星探测与监视、军用对地侦察、民用环境和资源勘测等的需要，推动了雷达的发展。出现了合成孔径雷达（SAR），高频超视距雷达（OTHR），双/多基地雷达，超宽带（UWB）雷达，逆合成孔径雷达（ISAR），干涉仪合成孔径雷达（InSAR），综合脉冲与孔径雷达等新技术新体制。雷达的应用

雷达不仅用于探测目标，并且成为武器的重要组成部分（如精确制导导弹）。雷达的军事用途简述如下： 搜索雷达和警戒雷达：作用距离400-600km，用于发现飞机。2 预警雷达/超远程雷达:作用距离数千公里,用于发现战略轰炸机,洲际导弹。引导指挥雷达(监视雷达),用于对歼击机的引导和指挥作战,机场调度。机载预警雷达是当前一种重要雷达。制导雷达：控制导弹去攻击飞机和/或导弹等目标。战场监视雷达:用于发现坦克军用车辆人和其它在战场上的运动目标.6 机载雷达：（截击、轰炸瞄准、护尾、导航雷达）：现代战斗机上的雷达具有搜索、截获目标，空对空制导导弹，空对地观察地形和引导轰炸，敌我识别、地形跟随和回避等多种功能。舰载雷达:搜索雷达、导航雷达、舰载多功能相控阵监视、预警雷达、侦察雷达、炮瞄雷达、导弹制导雷达等。8 炮瞄雷达:自动控制火炮跟踪攻击目标。炮兵雷达:炮兵部队使用的战场目标侦察雷达、战场炮位侦校雷达、对海侦校雷达、炮兵气象雷达、初速测量雷达、阵地标定雷达。10 靶场测量雷达:测距、测速、精密定位、安全控制等单功能雷达。11 雷达导引头(寻的器)/雷达引信:装在导弹/炮弹上,末段制导导弹,精确命中目标。毫米波雷达导引头已应用于导弹制导中。

虽然雷达面临隐身、电子对抗、反雷达导弹、低空/超低空的挑战，正处于重大变革时期。但雷达具有全天候，并且不依赖于威胁目标的辐射，因此雷达仍是一种重要的探测手段。现代战争中雷达具有非常重要的作用，现代国防离不开雷达技术。

在民用雷达方面, 举出以下一些类型和应用#;1 气象雷达 这是观察气象的雷达, 用来测量暴风雨和云层的位置及其移动路线。2 航行管制(空中交通)雷达 航行管制雷达兼有警戒雷达和引导雷达的作用, 故有时也称为机场监视雷达, 它和二次雷达配合起来应用。这一雷达系统可以鉴定空中目标的高度、速度和属性, 用以识别目标。宇宙航行中用雷达 这种雷达用来控制飞船的交会和对接, 以及在月球上的着陆。某些地面上的雷达用来探测和跟踪人造卫星。4 遥感设备 安放在卫星或飞机上的某种雷达, 可以作为微波遥感设备。它主要感受地球物理方面的信息, 由于具有二维高分辨力而可对地形、地貌成像。雷达遥感也参与地球资源的勘探, 其中包括对海的情况、水资源、冰覆盖层、农业森林、地质结构及环境污染等进行测量和地图描绘。也曾利用此类雷达来探测月亮和行星(雷达天文学)。

此外，在飞机导航, 航道探测(用以保证航行安全), 公路上车速测量等方面, 雷达也在发挥其积极作用。为了满足多种用途不同的要求, 已研制了各雷达。例如, 按照雷达信号的形式分类, 可以分为以下几类： 脉冲雷达 此类雷达发射的波形是矩形脉冲, 按一定的或交错的重复周期工作, 这是目前使用最广的。连续波雷达 此类雷达发射连续的正弦波, 主要用来测量目标的速度。如需同时测量目标的距离, 则往往需对发射信号进行调制, 例如，对连续的正弦信号进行周期性的频率调制。脉冲压缩雷达 此类雷达发射宽的脉冲波, 在接收机中对收到的回波信号加以压缩处理, 以便得到窄脉冲。目前实现脉冲压缩主要有两种。线性调频脉冲压缩处理和相位编码脉冲压缩处理。脉冲压缩能解决距离分辨力和作用距离之间的矛盾。20世纪70年代研制的新型雷达绝大部分采用脉冲压缩的体制。

此外，还有脉冲多卜勒雷达、噪声雷达、频率捷变雷达等。雷达技术发展展望

现代战争是陆、海、空、天的多维战场，信息战成为一种关键的作战样式。信息能力是衡量作战能力的关键因素，信息能力是被摧毁的首要目标。雷达是一种获取信息的重要装备。它面临电子侦察、电子干扰、隐身、反辐射导弹四大威胁。所以增进强雷达抗侦察、抗干扰、抗隐身（包括抗低空突防）、搞反辐射导弹的能力，是现代战争下雷达技术发展的主要方向。雷达在现代战争下担负：目标的精确、实时、全天候侦察监视；对弹道导弹、巡航导弹等大规模破坏性武器的探测与跟踪；各种隐身目标的探测与识别；战斗杀伤效果判别和目标识别等任务。雷达还担任导弹制导和武器火控等任务。雷达为实现上述任务的关键技术是：相控阵雷达（PAR），超视距雷达（OHTR）、合成孔径雷达（SAR）和干涉仪合成孔径雷达（InSAR）、毫米波雷达（MMW），双/多基地雷达；高速、实时信号/数据处理技术；雷达组网技术等。1 相控阵雷达发展方向是:固态有源相相控阵,灵敏、宽带有源阵列，分布式有源相控阵，有源共形阵，自适应共形阵，超高频、低旁瓣相控阵天线，多波束相控阵天线，自适应波束形成技术，自适应抗干扰技术，采用光电子技术的有源相控阵技术，数字组件相控阵技术，毫米波空间监视相控阵雷达，反隐身相控阵雷达。合成孔径雷达（SAR）是战场监视系统的发展方向。重点开发的内容是：宽带、超宽带SAR，探测叶簇、地表下的隐蔽目标，各种目标分类、识别；多功能、多模式，特别是将SAR与GMTI相结合。干涉仪合成孔径雷达（InSAR）可得到数字地形高程图；生成二维舰船目标图像，可用于船只分类；重点解决INSAR的雷达回波“实时”处理问题。高分辨、多波段、多极化、多模式卫星SAR/（INSAR）图像的解译技术。超视距雷达（OHTR）发展重点是利用高频无线电波的电离层反射，扩大雷达的覆盖范围，提高分辨率；超视距雷达探测隐身飞机的机理和能力；电离层引起的相位畸变修正技术；非稳定性电离层条件下，低径向速度目标检测的信号处理技术；超视距雷达的外噪声自适应抑制技术。毫米波雷达(MMW),重点发展毫米波导引头,用于精确制导导弹、灵巧炸弹；毫米波高分辨率目标识别雷达；模块化、积木式毫米波战场侦察雷达；毫米波雷达与红外（光学）传感器相结合的导引头、侦察系统；空间（卫星）毫米波相控阵雷达。双/多基地雷达，重点发展反隐身目标的双/多基地雷达。重点解决双/多基地雷达的配置、布站技术；双/多基地雷达的检测、数据处理技术。

第四篇：雷达气象期末复习整理版

雷达气象期末复习整理版

雷达气象 第一章 第一节 雷达的含义，雷达气象含义及其用处

Radar ：通过无线电技术对目标物进行探测和定位，确定目标位置和强度的技术。气象雷达：是用于探测气象要素和各种天气现象的雷达，常称为“千里眼、顺风耳”。雷达气象：利用气象雷达，进行大气探测和研究雷达波与大气相互作用的学科，是大气物理学、大气探测和天气学共同研究的一个分支。雷达气象学在突发性、灾害性天气的监测、预报和警报中具有极为重要的作用。2 气象雷达的特点

气象雷达是雷达中的一个重要成员，探测的对象是覆盖整个地球的大气，不受季节、昼夜和天气条件的影响，能全天时、全天候工作，不受能见度，探测条件的影响。采用大功率发射机、高增益天线、高灵敏接收机，可增加雷达威力，探测数百公里外的目标。现代化的雷达机，与计算机技术结合，使其数据处理技术进一步提高，测定目标的精度更高。3 我国雷达分布情况 根据天气现象：

? 沿海地区：暴雨台风多，S波段（5cm）为主 ? 内陆地区：一般性降水，C波段（10cm）为主

电磁特性： 暴雨，S波段穿透能力强，衰减小；一般性降水，S波段反射弱，C波段反射强 4 我国天气雷达的应用

强对流天气的监测与预警：灾害性大风、冰雹和暴洪。天气尺度和次天气尺度降水系统的监测。

应用：人工影响天气、降水测量、风的测量、数据同化。第二节 我国新一代雷达的组成部分----雷达的硬件系统 新一代天气雷达系统的三个部分：（1）数据采集子系统（RDA）；

定义：用户所使用雷达数据的采集系统。

功能：产生和发射电磁波，接收目标物对这些电磁波的散射能量，并形成数字化的基数据。

主要结构： ①发射机

RDA是取得雷达数据的第一步——发射电磁波信号。RDA主要是由放大器来完成，产生高功率且非常稳定的电磁波信号。稳定是非常重要的，产生的每个信号必须具有相同的初位相，以保证回波信号中的多普勒信息能够被提取。一旦信号产生，就被送到天线。②天线(天线沿一定的仰角，围绕自身旋转360°，圆锥面扫描)将发射机产生的脉冲信号以波束的形式发送到大气，并接收返回的能量，确定目标物的强度，同时确定目标物的仰角、方位角和斜距，进行定位。

雷达天线仰角的变化范围：0 ～90?。天线仰角的设置取决于天线的扫描方式、体扫模式和天气模式。

新一代多普勒雷达有3 种扫描方式：

扫描方式＃1 ：5 分钟完成14个不同仰角上的扫描（14/5分钟）扫描方式＃2 ：6 分钟完成9 个不同仰角上的扫描（9/6分钟）（我国）扫描方式＃3 ：10分钟完成5 个不同仰角上的扫描（5/10分钟）新一代多普勒雷达的天气模式：(1)：降水模式，天线转动快，仰角多

使用VCP11 和VCP21，扫描方式为14/5和9/6。(2)：晴空模式，天线转动慢，仰角少 ③接收机

当天线接收到返回的电磁波时，把信号传送给接收机。由于接收到的电磁波能量很小，所以在以模拟信号的形式传送给信号处理器之前必须由接收机进行放大。④信号处理器 功能：

(1)地物杂波消除：目标是否运动。(2)模拟信号向数字化的基本数据转换。基数据：反射率因子R，径向速度V，谱宽W。

(3)退距离折叠和速度模糊。（距离折叠：雷达接收到位于其最大距离之外较强的回波；速度模糊：环境风场超过雷达的最大速度）

（2）产品生成子系统（RPG）---雷达软件系统或指令中心，控制RDA,PUP（雷达控制台UCP：RPG的操作界面）； 工作任务：

i 将雷达探测所得的原始基数据，采集下来，进行质量控制和预处理，形成原始数据文件。ii 生成雷达的物理量产品—导出产品；

iii 对基数据和产品数据进行存档，并将产品下发给用户。（3）主用户处理器（PUP）；

功能：获取、存贮和显示雷达数据产品。预报员通过这一界面获取所需要的雷达产品，并将它们以适当的形式显示在监视器上。(浏览雷达图像，保存、生成、分析天气)其次还包括：通讯线路、附属安装设备等。第二章 第一节 1 散射的定义

当电磁波束在大气中传播，遇到空气介质或云滴、雨滴等悬浮粒子时，入射电磁波会从这些介质或粒子上向四面八方传播开来，这种现象称为散射现象。

粒子产生散射的原因：粒子在入射电磁波极化下作强迫的多极振荡，从而发出次波，这就是散射波。粒子对入射电磁波的散射，只改变电磁波的传播方向，没有使电磁形式的能量转化为别的形式的能量。但当入射电磁波在粒子介质内部传播时，有一部分电磁能会被吸收并转化为热能，这就是粒子对电磁波的吸收。粒子对入射电磁波的散射和吸收，其能量均取自于入射电磁波，故使原入射方向上的电磁波能量受到衰减。(散射波是全方位，是不均匀的）PS：能流密度：单位面积单位时间内接收或发射的能量。Si：入射电磁波能流密度；SS：散射电磁波能流密度

散射总功率：单位时间散射波的总能量。2 散射的分类

粒子散射电磁波的能力，除和电磁波的波长等因素有关外，和粒子的大小、形状、以及粒子的电学特性有关。当雷达波长确定后，球形粒子的散射情况主要取决于粒子直径d和入射波长λ的相对大小。瑞利散射：d 瑞利散射的特征（当α=2πr/λ >0.13时，瑞利公式计算会产生误差，随着α增大，瑞利公式就不适用）

①粒子的散射能力与λ4成反比。波长越短，散射越强。②粒子的散射能力与D6成正比。粒子半径越大，散射越强。③粒子的前向散射和后向散射为最大，粒子无侧向散射。散射截面为纺锤形。

米散射：d≈λ

（1）散射波是以粒子为中心的球面发散波；（2）散射波是横波，且是椭圆偏振波；（3）散射波和入射波同频率；

（4）散射波能流密度是各向异性的；大部分能量集中在θ=0°附近的向前方向上，α越大，向前散射的能量占全部散射能量的比重越大。

（5）散射波性质与入射波波长λ、散射粒子半径r、粒子周围环境的特性等有关。3 散射截面（雷达截面）的定义

粒子总散射功率与入射波能流密度之比。与粒子性质、大小以及入射波波长等有关。由于实际粒子不是理想的散射体，因此粒子后向散射截面不等于它的几何截面积，通常小于几何截面积。意义：从粒子的雷达截面大小了解它所造成的后向散射能力的大小。后向散射截面越大，粒子的后向散射能力越强，在同样条件下，它所产生的回波信号也越强。PS：后向散射能量：雷达天线接收到的只是粒子散射中返回雷达方向（θ＝π）的那一部分能量，这部分能量称为后向散射能量。4 雷达反射率与反射率因子

雷达反射率η：单位体积内全部降水粒子的雷达截面之和。反映单位体积内一群云、雨滴在天线处造成的回波功率的大小。

PS：回波功率不仅与单位体积内的云、雨粒子的数目有关，还与雷达本身的参数、粒子群离雷达的距离等因子有关。因此，对同一群云滴或雨滴，使用不同波长的雷达，或在不同距离上进行观测，回波功率也将不同。故不能简单地通过回波功率的比较来了解云、雨的不同情况。为使不同波长雷达所观测到的云、雨等情况可以直接比较，因此引进雷达反射率因子。反射率因子： 与反射率的关系：

Z：与入射波波长无关，取决于云、雨滴谱分布（不同半径粒子数目的大小），还与粒子的直径有关，与粒子直径D6成正比。少数大水滴将提供散射回波功率的绝大部分，对Z值贡献大，即大雨滴对观测到的回波功率起主要作用。第二节 1 衰减

电磁波能量沿传播路径减弱的现象称为电磁波的衰减。衰减是散射和吸收的总和，当电磁波投射到气体或云雨粒子上时，一部分能量被散射，一部分能量被吸收，转变为热能或其它形式的能量，从而使电磁波能量减弱。衰减的影响和规律

衰减对气象雷达信号的不利影响：

一、由于衰减的存在，同一方向上远处降雨的后向散射的定量测量比近处难得多。——距离

二、如果传输过程的衰减太大，则强吸收区后面的降雨单元的回波有可能被完全衰减掉。——V缺口（PS：溶化的冰粒产生更强的后向散射，这一现象会导致在零度等温线附近出现雷达所发现的“亮带”，对C 波段的雷达会出现“V” 字型缺口。（层状云的零度层亮带））吸收电磁波的大气气体主要是水汽和氧气。第三节 1 大气折射

大气折射：电磁波在真空中以约速度3×108m/s直线传播，但在大气中在远距离传播时，且当大气中气象要素有异常的铅直分布时，电磁波会出现明显的曲线传播的现象，称为大气折射。

(1)盛夏的中午：大气温度直减率有可能低于干绝热直减率，从而发生负折射，探测范围明显减少。

(2)雨后晴朗的夜间：由于地面辐射，形成上干下湿的逆温层，发生超折射。当实际大气偏离标准折射形式时，就会产生测高误差。2 大气折射的形式 ①标准大气折射

? 波束路径向下弯曲，这种折射称标准大气折射，亦称为 正常折射。

? 标准大气折射时可能使最大探测距离增大了16％。②临界折射

当波束路径的曲率与地球表面的曲率相同时，即波束传播路径与地表面平行，电磁波将环绕地表面在一定高度上传播而不与地面接触，则称为临界折射。③超折射★

? 当波束路径曲率大于地球表面曲率时，雷达波束在传播时将碰到地面，经地面反射后继续向前传播。然后再弯曲到地面，再经地面反射，重复多次，雷达波束在地面和某层大气之间，依靠地面的反射向前传播，与波导管中的微波传播相似，又称超折射。? 超折射回波的影响：

由于超折射的存在会导致产生超折射回波，使原来雷达探测不到的目标物在荧光屏上显示出来，增加了雷达探测的极限距离－－有利的一面。

由于超折射的存在，会增加雷达的探测误差，特别是测高误差。? 超折射形成的气象条件

有利于产生超折射的条件：逆温显著；水汽压随高度随高度迅速减少，大气折射指数m随高度迅速减小。常说“暖干盖”的大气层结。

①大陆上晴朗夜晚，由于地面辐射，近地面降温强烈而形成辐射逆温。尤其是地面潮湿，逆温使水汽不能向上输送，形成水汽压随高度急剧减少－辐射超折射

②当暖而干的较干空气移到冷水面时使低层空气冷却，温度有所增加。－－平流超折射。③雷暴消散期，其底部下沉气流造成近地面层几百米高度处逆温，形成超折射－－雷暴超折射大气层中，形成超折射的气层通常只是近地面很薄的气层（1km），适当提高仰角，雷达波能穿透超折射层，超折射回波大大减少。④负折射

如果雷达波束不是向下弯曲，而向上弯曲，出现的折射现象称为负折射。这时K 负折射现象出现在：湿度随高度增加而增加，温度随高度的递减率比干绝热递减率大时。当冷空气移到暖水域上空时，就有可能形成这种超干绝热而产生负折射现象。负折射发生时正常能观测到的目标看不到了。⑤零折射

对于均质大气，雷达波束沿直线传播，没有折射现象发生时，称为零折射或无折射。在一般情况下，大气不会出现这种情况。3 雷达气象方程★★书P67 ? 雷达回波：当雷达波束投射到云、降水粒子上时，云、降水粒子就会发生散射现象，其中向后方散射的一部分散射波重新返回到雷达天线处，并在雷达显示器上显示出的各种图像，称雷达回波。

? 雷达气象方程：根据所测定的回波强度去推断云、降水粒子的物理状况，将雷达的作用距离与发射机、接收机、天线、目标和环境的各种特性联系起来的方程。a 单个目标的雷达方程：

（1）天线辐散强度在两半功率点间均匀分布：

? 假设：雷达波束的能量集中在以两个半功率点为界的狭窄波束照射体积中，做这样规定后的狭窄波束的横截面内，天线辐射强度处处相同，都等于最大辐射方向上的能流度值Si max。? 天线增益G 天气雷达具有高度方向性的定向辐射天线，它使大部分能量集中在一个很窄的范围内朝一定的方向发射出去。若定向辐射天线和一个方向均匀辐射天线所辐射的总功率相同，把定向天

线最大辐射方向的能流密度与各向均匀辐射天线的能流密度之比，称为天线增益。普通雷达方程：适用于飞机、船舶、单个雨滴等任何一个单个目标物。

结论：雷达回波功率强弱取决于雷达参数（发射机功率Pt，天线增益G，雷达机波长λ），目标距雷达站的距离R和目标物的雷达截面σ等。（2）天线辐射强度不均匀分布的雷达方程

半功率点内天线辐射显然是不均匀的，而且半功率点外也有一部分辐射能量。引入天 线方向图函数f(θ,ψ)。θ、φ是以天线最大辐射方向为基准的水平与垂直的角坐标。由于雷达波束的电场强度在各个方向上分布不一样。对一个单目标物，天线辐射不均匀时的雷达气象方程： b云及降水粒子的雷达气象方程 假设：

1）雷达波的能量完全集中在以两半功率点为界的狭窄照射体内，并假设横截面内的天线辐射强度处处相等，并等于最大辐射方向的能流出度值，G为常数。2）云及降水粒子的散射波是非相干波。

3）在波束有效照射体内，粒子的尺度谱处处相等。波束有效照射深度和有效照射体积 P71 ? 雷达波束所照射到的云及降水粒子都要产生回波，但并不是波束内所有降水粒子的回波都能同时到达天线。? 雷达发射的脉冲具有一定的宽度Γ，定向发射到空间占有一定的长度h，只有在波束距离R到R h/2范围内的那些粒子散射的回拨，才能在同一时刻到达天线。称h/2为波束有效照射深度。

? 在两个半功率点内，水平波瓣宽度θ1，距离雷达天线为R 处散射回天线的有效照射体积为

云及降水粒子的雷达气象方程 瑞利散射条件下的雷达气象方程 4 雷达气象方程的讨论★★P81 雷达气象方程：①雷达机各参数、②气象因子、③目标物和雷达机之间的距离，这三个方面的因子共同影响着雷达回波的强弱，或者相互促进，或者相互抑制。（1）雷达机参数：

①发射功率：增加发射功率通常可以提高信噪比，从而增大最大探测距离。但最大探测距离还取决于脉冲重复频率，目标物最大高度，雷达架设高度，以及地球曲率等影响。3cm 和5cm 的测雨雷达：几十～几百千瓦

10cm的测雨雷达：几个兆瓦。

雷达最大探测距离还与雷达机灵敏度以及电磁波在传播过程中衰减情况等有关。

②脉冲宽度和脉冲长度：当脉冲宽度Γ（雷达发射电磁波信号，一个信号所占用的时间）和脉冲长度h（信号空间所占距离）两者增加时，雷达脉冲在空间的体积增加，同一时间里被电磁波所照射到的降水粒子数量增多，所以回波接收功率增大，使一些弱的雨区等容易发现。缺点：1）雷达的距离分辨率变低。2）雷达的盲区变大。

③波束宽度θ（雷达发射出的信号在圆锥空间里面最大的夹角）：水平波束宽度和垂直宽度愈大，天线发射的能量愈分散，入射能流密度将随距离增加而较快地减小，造成回波能量变弱，并引起误差。一般测雨雷达希望两者尽可能小些。

天线波束宽度：反映雷达探测的角度分辨率，会影响雷达的测量精度，一般在0.8°~ 3.0°之间。

多普勒天气雷达的波束宽度为1.0°

波束宽度与波长、天线尺寸、天线类型有关。有旁瓣影响。

当气象目标离雷达较远时，由于雷达波束宽度的切向宽度增大，特别是由于地球曲率的影响使波束轴线离地面的高度越来越高，远距离的目标就很难充满雷达的有效照射体积。雷达波束越高，气象目标的距离愈远和尺度愈小，并且探测时天线的仰角愈大，波束愈不容易被气象目标所充满。

波束宽度也能引起雷达的测高误差。

④天线增益G：天线增益增加时，回波功率以平方的倍数增大，可提高雷达的探测能力。提高G，必须增大圆抛物面口径的几何面积，带来转动性能和抗风能力差的缺点。增大天线口径面积可以提高天线的增益和减小波束宽度，从而增大雷达的探测能力和探测的角分辨率。⑤波长：雷达机最重要参数，云雨粒子对电磁波散射能力和衰减能力，都与波长有密切关系。S波段[10cm] ：反射率低、衰减小、天线大； C 波段[5cm] ：折衷；

X波段[3cm] ：反射率高、衰减大、天线小。

在降水强度较小的地区，常采用3.2cm波长。在降水强度较大的地区，探测台风以及为了测定降水区内部结构，采用10cm的大功率雷达。(2)气象因子

气象因子对回波功率的影响表现在：）目标物的后向散射特性。反映在因子上，包括粒子的大小，相态，形状，温度等对散射的影响。

(2）波束路径上各种粒子对雷达波的衰减作用。反映在因子冰雹等粒子在不同波长，不同温度时的衰减作用。

（3）距离因子的影响 上，包括大气，云，雨，雪，雷达接收功率Pr 与距离R成反比，随距离的增加而减小，同样强度的降水出现在远距离处要比近距离处回波弱得多，且雷达只能显示Pr 大于某一定值的回波信号，在观测分析回波强弱以及移动情况时容易产生错觉。同一气象目标处在不同的距离时，回波亮度，尺度等也发生变化（对降水变化判断）。距离影响回波的原因是：当实际存在的云、降水粒子的数密度及谱特征不变时，在远距离处由于波束发散宽度增加，使发射能量分散，入射能流密度随距离增大而减小，造成回波能量的减弱。

（4）影响雷达探测其它因素 ⅰ回波涨落现象

空气中降水粒子之间的距离比粒子本身的尺度大得多，可以认为彼此没有相互作用，是互相独立，无规则分布的粒子。但是各个粒子产生的回波有时相互加强，有时互相抵消，使得合成的回波呈现涨落现象。在平面和高度显示上，会使回波的边缘变得有些模糊。2 来自粒子群的回波信号，虽然瞬时值随时间迅速脉动，但是对时间的平均值却是比较平稳的。在大量粒子彼此独立，并且在空间做无规则分布的情况下，只要测定的时间足够长，总的回波功率的时间平均值等于各个粒子的回波功率之和。ⅱ衰减（见前）ⅲ折射（见前）第四节 多普勒效应与多普勒频率（雷达测速原理）

多普勒效应：相对运动体之间有电波传输时，其传输频率随瞬时相对距离的缩短和增大而相应增高和降低的现象。

多普勒频率：当目标物与雷达之间存在相对运动时，接收到回波信号的频率相对于原来发射的频率产生一个频率偏移，在物理学上称之为多普勒频率。

气象目标物的多普勒频移很小，但天气雷达还是能够测量到。这就要求雷达以一种非常稳定的方式发射脉冲，才能满足所需的精度。多普勒速度是径向速度，垂直于雷达波束的速度分量，即风场的切向速度，测量不到。PS：

径向速度：物体（目标）在观察者视线方向的速度，或沿径向方向的速度。多普勒频率与径向速度的关系：

若径向速度为0，则多普勒频率等于0；若径向速度不为0，多普勒频率与速 度成正比；多普勒频率与雷达的波长成反比。

通常规定：目标向着雷达运动，速度为正，远离雷达，速度为负。2 多普勒两难

对于实际工作的雷达，波长是固定的，当选定了最大不模糊距离（或脉冲重复频率）后，就存在一个最大不模糊速度，对每个特定雷达而言，在确定的频率下，探测的最大距离和最大速度不能同时兼顾，称为“ 多普勒两难”。

* 临界多普勒速度：当脉冲重复频率PRF（一个脉冲和下一个脉冲之间的时间间隔的倒数）等于多普勒频率时，或者目标径向速度V＝λ×PRF/2时，就会因收发谱线相重叠产生测速模糊问题，V称为临界多普勒速度。例如：λ=10cm，PRF=1000/s得±Vrmax = ± 25m/s，实际的多普勒速度超出了25m/s这个范围，雷达所测多普勒速度将出现巨大误差，这种现象称为速度模糊。

* 最大不模糊速度：雷达能够不模糊地测量的最大平均径向速度，称为最大不模糊速度Vmax，对应的脉冲对相移是180度。采用两个连续脉冲返回信号的相角差来估算多普勒频移。最大不模糊速度Vmax=λ(PRF)/4 * 距离折叠：一个脉冲传播并且在下一个脉冲发射前回到雷达的最大距离，这个距离定义为最大不模糊距离，也是雷达的最大探测距离Rmax=C/(2*PRF)。

距离折叠是雷达对雷达回波的一种辨认错误，当目标位于最大不模糊距离以外时，会发生距离折叠，雷达显示回波位置的方位角是正确的，但是距离是错误的。如果一个散射区在Rmax之外，那么回波只有在下一个脉冲发射之后才能收到，因为实际来回距离在Rmax和2Rmax 之间，这种回波被称为第二区回波。最大不模糊距离是一个发射脉冲在下一个发射脉冲发出前能向前走并返回雷达的最长距离。第三章 第一节 雷达资料显示的方式

体积扫描VOL是雷达按不同的仰角全方位扫描方式。获取的数据可以用PPI、RHI、CR等方式显示。

PPI：平面位置显示

RHI：距离高度显示

VCS、RCS：任意垂直剖面显示（MICAPS系统交互操作）CR：垂直最大回波显示 CAPPI：等高平面位置显示 基数据：反射率因子R，径向速度V，谱宽W； 第二节: 1 径向速度场的识别

* 径向速度：即多普勒速度，用正弦曲线图来说明雷达径向风速随方位角的变化。规定：

（1）朝向雷达的径向速度为负，远离雷达的径向速度为正。（2）向北的方位角为0°，向东为90°，向西为270°度。* 零径向速度及其意义

等速度线：径向速度相同的点构成的线。

零速度线：由雷达径向速度为零的点组成的线。通常可根据零等速度线来反推实际风。通过零径向速度确定风向和风速：假定在雷达探测范围内，同一高度层上的实际风向是均匀的。从雷达中心到零速度线上的任何一点，过该点的风向垂直于此半径，从负径向速度（入流）指向正径向速度（出流）。这种判断风向的方法只适用于风向均匀或风场连续变化的情况，对锋面等风向不连续面就不一定适用。因为在不连续面上的风向复杂，而且风速很小，有时显示出零速度色标（包含了绝对值较小的正负速度范围）。意义：

1）该点处的真实风向与该点相对于雷达的径向互相垂直。风向是由邻近的负速度区，垂直于该等速度点吹向正速度区。

2）该点的真实风速为零，在那里的大气运动极小或处于静止状态。

3）若零等速线为直线，且横跨整个PUP显示屏，则表示雷达所探测到的各高度层上，实际风向是均匀一致的。

4）在探测采样较好的情况下，若某高度层出现最大入流或出流径向速度中心，这就是该高度层的实际风向。

5）假定在均匀风场中，则某一高度上的最大多普勒径向速度值即为此高度的实际风向。最大的多普勒速度一般出现在距零等速线＋－90?的位置。

识别：╮(╯_╰)╭我发现这个知识点还是看PPT比较好，所以详见 PS:径向速度场识别的方法总结（抄袭08届的资料）

（1）零径向速度线

1．是否与向径平行：若零径向速度线与向径平行，则表示风向不随高度增加而变化，反之，即它是一条曲线，则表示风向随高度增加要变化。

2．走向有无显著折角：若零径向速度线走向有折角，反映了水平流场中有不同方向气流存在。大气中可能存在锋面、辐合线、槽线等流场系统，则配合正、负中心分布和回波强度分布特征，又可区分属什么天气系统。

3．走向是否和距离圈平行：若它们两者平行，这时可能会出现在远离中心(正)和朝向中心(负)沿径向排列的情形。风向和向径平行，零径向速度线即为辐合线或辐散线。有时零径向速度线为闭合曲线，则表征不同高度上存在风向辐合，即存在风的垂直切变。（2）正负速度区的分布特征

1．若大片正区和负区与原点对称，范围大致相等，说明不同高度上水平流场的基本气流是一致的；反之，则说明不同高度上水平流场中存在着不同方向气流，甚至有中小尺度系统存在。2．大片正区和负区是否与向径对称：这条规则在分析锋面和切变线位置时很有用。因为在锋面存在时，正负中心往往与向径对称排列。

3．有无紧密相邻的成对强小尺度正、负中心存在：当有成对沿向径排列的相距较近的(20～50km)强多普勒速度中心或有成对强多普勒速度中心位于某一向径两侧，二个中心间相距很近，这就要分析有强中小尺度天气系统甚至飑线存在的可能。4．有无多普勒径向速度等值线密集带存在

通常在锋面和飑线附近存在径向速度等值线密集带。等值线愈密，锋面和飑线愈强，而且后者等值线更密。在分析时还要注意密集带走向是否与向径平行、是否与距离圈平行，这在确定锋面、飑线位置时很有用。（3）强多普勒径向速度梯度带

径向速度切向梯度愈大，水平风速愈大，它往往与强对流天气，诸如快速移行冷锋、飑线、中尺度气旋相联系。当它们成弧状排列，可能存在强辐合带或飑线，又当它们成近似圆形排列，则可能存在强中尺度气旋。第三节 雷达回波的类型 非降水回波：指还没有产生降水的云、雾、晴空大气、地物等目标物对电磁波的散射所产生的雷达回波，会干扰天气雷达正常的探测和判断。

* 地物回波：由山地及其各种建筑物等对电磁波的散射而产生的回波。产生地物回波的目标物有两类：

(1)地表：包括山脉，丘陵，岛屿，海岸线等。(2)地表上的人工建筑物。

地物回波的特点：边缘清晰，位置固定，强度少变。RHI上呈小柱状，高度低。地物回波的反射率因子值很低，通常在20dBz 以下，呈点状分布，离雷达站较近。当大气出现超折射现象时，地物回波明显增多。地物回波对雷达探测的影响

1）地物阻挡作用：当雷达仰角较低时出现地物回波，将无法探测到地物远离雷达一侧的目标，形成探测盲区。一定仰角下，当气象回波从远处向测站移来，越过地物后，回波范围将增大，强度将增强，形成虚假的回波增强现象。

2）若地物回波离测站较近时，有可能降水回波和地物回波连成一片，将影响降水回波的强度，并且不易确定气象回波的边界。

为了减少地物对雷达探测的影响，尽量将雷达架设在较高地形上。探测时也要针对不同的地物遮挡查看适当的仰角图像。

* 海浪回波：海水及其浪花对电磁波的散射而产生的回波，它是沿海雷达探测到的特殊回波。* 晴空回波：云体稀薄或没有云的晴空大气，或在不可能被探测到的小粒子所组成的云区内探测到的回波。晴空回波形成的气象条件：由于晴空大气中折射指数不连续而形成的。可以由多种原因形成，产生回波也各不相同。晴空回波中的信息对某些天气，特别是强对流天气的警报有着至关重要的作用。

①热对流运动：对流天气内部与周围大气之间的气象要素有较大的差异，形成折射指数的不连续，这类晴空回波一般在PPI上为细胞状结构。

②当大气层结具有强逆温层时，阻挡了水汽向上的输送，使逆温层上、下方的湿度条件有一定差异，从而形成比较强的折射指数垂直梯度。

③当有较强的雷暴天气时，雷暴中的下沉冷出流与前方暖空气之间构成飑锋，飑锋两侧的温度和湿度梯度比较大，折射指数梯度相应较大，出现窄带回波，多位于雷暴回波前方约20～30km的地方。（阵风锋）

* 超折射回波：当大气呈超折射时，在雷达回波上出现平常探测不到的远距离地物回波，就是超折射回波。

PPI显示：超折射回波呈辐辏状排列的短线。当超折射回波强度较大时，这些短线的回波互相弥合成片状。有时超折射回波的分布与地形地物十分一致，显示出平时看不到的山脉和河流。超折射回波常出现在某些方位和距离上，这是由于在同样的天气背景下，那里的局地更有利于形成超折射的缘故。

RHI ：超折射回波与通常的地物回波相似，呈短而窄的柱状，两头尖，高度较低，只是数量更多些，排列更紧密些。根据这些特点，就可以在屏幕上区别降水回波和超折射回波。* 旁瓣假回波：雷达沿主波瓣传输能量，主波瓣的典型宽度为1 ?，此外还有一些能量沿偏离主波瓣中心线的旁瓣传输。一般情况下，旁瓣产生的回波太弱，以至于分辨不出来。但是当遇上散射能力极高的目标物（如积雨云中柱状的冰雹和暴雨）时就能够出现旁瓣回波。* 三体散射：雷达发射的电磁波在强降水中心和地面之间经过多次散射后，返回雷达，而雷达将在强回波区的径向延长线上定出一个弱回波区。第四节★★（我真心建议大家看PPT）降水类回波的形成原因：形成降水回波的是大气中云、降水等气目标物，及各种水汽凝结物对电磁波的后向散射。降水云分类：层状云；积状云或者对流云；积层混合云 3 层状云降水回波

特点：水平尺度较大、持续时间较长，强度较均匀，时间变化缓慢。强度图特征：

PPI：呈均匀连续的大面积薄膜状，片状，丝缕状结构明显，强度弱，一般在20～30dBz，边缘不整齐，有时有强雨中心。（零度层亮环）

RHI ：云体厚度较小，回波高度约5-6km，顶部和底部平坦，结构较均匀。

层状云降水回波速度图：层状云降水范围比较大，相应径向速度场分布范围也很大，速度等值线分布稀疏，切向梯度也不大。在零速度线两侧常分布范围较大数值不等的正负径向速度中心。* 零度层亮带

层状云降水回波的主要特征，冰水混合层，反映层状云中有明显的冰水转化区，虚假的强降水区域。零度层以上降水粒子以冰晶为主，下降通过亮带后，粒子全部转化为水滴。说明层状云气流稳定，无明显对流活动。

PPI：当抬高仰角观测时，亮带表现为以测站为中心的环状或半环状。

RHI：出现在零度层高度以下，带中最强回波处的高度距零度层约200～300米，回波强度比带两侧的回波强10～15dBz。高度3km左右。

在速度图上，零度层亮带和其它层状云降水回波表现是一样的。4 积云降水回波强度特征

PPI：表现为几km到几十km不规则分散、孤立块状。回波通常由单个或多个对流单体形成的回波组成。回波呈块状，尺度小，结构密实，边缘清晰，强度较强（35dBz 以上），持续时间

变化大。强中心到外围的强度梯度较大，随不同的天气过程排列成带状、条状、离散状等。RHI：单体呈柱状结构，垂直伸展大于水平伸展，强对流单体顶部有云砧向下风方伸展或呈花菜状，（不及地）悬垂中空，云体随对流发展变厚。回波顶发展较高，一些发展强烈的单体可达10km，个别可达20km。对流云降水回波的速度图像：

PPI：由于积云尺度较小，分布零散，其在速度图上表现较为零散，速度等值线分布密集，切向梯度比较大。

（1）每个对流单体都具有完整的垂直环流系统，包括高低空辐合辐散，上升气流等；（2）每一个对流单体的产生，发展和组织形式均与环境风切变有关，并在速度场上有明显的表现；

（3）部分强对流天气具有中气旋结构。

RHI ：呈柱状，砧状，纺缍状等，不同高度的速度可表明环境风切变。回波较强处，径向速度等值线比较密集，甚至出现正负速度紧挨着，说明该处有辐合或辐散场（„这个图像„总让我想到..色色的东西..我面壁去~）。对流云回波分类：

（1）对流单体：一个雷暴云为对流单体。（2）多单体对流云回波（3）超级单体对流云 不同阶段对流云降水回波特征

积云阶段：与对流云的回波特征相同，不及地。

发展阶段：PPI回波呈块状，尺度较小，结构较密实，边缘较清晰。RHI 回波高度不很高，呈柱状，及地，降水的初期。

成熟阶段：PPI回波呈块状，块体增大，结构密实，边缘清晰，有时有云砧向下风方伸展，强度大。RHI 高度很高，云体大，强回波中心高度高。

消散阶段：PPI结构变得松散，边缘发散，回波体积开始减小。RHI 回波高度仍较高，强回波中心高度下降，后期出现零度层亮带。5 积层混合云降水回波

积层混合云降水的天气特点：范围大，降水持续时间长，累积降水量大，往往造成大面积的强降水。当降水加强时，回波的结构由片状絮状向块絮状转化，零度层亮带变得不清楚。积层混合云降水回波往往与高空槽，切变线和地面静止锋相联系。这种降水回波在连阴雨中最常见。

PPI：表现为絮状回波，范围比较大，回波边缘呈现支离破碎状的紊乱状，没有明显边界。层状云回波中镶嵌着一个个密实团块的对流云，强度可达40dBz或以上，有时强回波团块整齐排列可形成一条短带。

RHI：表现在均匀的层状云高度上柱状回波起伏地镶嵌在其中。在对流云衰败阶段，柱状回波与层状云回波合在一起。

混合云降水回波的速度场：在速度场上，产生混合云有不同的天气形势，可S型，反S型，低层S型高层反S型，零速度线折角，风场的辐合辐散等不同的特征。在混合云中的对流云发展成熟时，速度场上有相应的对流云水平和垂直结构特征。

有零度层亮带的混合云回波：零度层亮带是对流性的积状云向稳定性层状云转化的标志。第四节（老师原话是：不用背，但是会给图识别）1强对流天气的雷达探测 * 冰雹 强度回波特征：

1、高悬的强回波

2、低层弱回波区或有界弱回波区

3、低层反射率因子强梯度和回波顶偏移

4、V型缺口、三体散射、旁瓣回波等特殊回波 径向速度特征： 1、风暴顶辐散 2、中气旋

* 飑线：如果多个对流单体呈线状分布，则称为多单体线风暴或线性多单体风暴。如果线性多单体风暴伴随雷暴大风，并且其强度超过35dBz部分的长宽超过5:1，长度至少在50km以上，则称为飑线。

飑线天气的雷达回波特征： 强度场：

1、线状排列的多个强回波中心；

2、呈弓形回波等；

3、晴空窄带回波：阵风锋－地面大风区 速度场：

1、速度模糊：最大正负速度区连接

2、风暴顶辐散 * 台风

第四章（虽然答疑时几乎没提到过这章，但是~我滴神——罗昊说啦~撒大网捞大鱼~我就搜刮这么多了~不准对我滴神说的话有意见！！！！！）1 雷达基本数据产品

? 基本产品：根据从RDA接收到的数字化基数据，直接形成的不同分辨率和数据显示级别的多普勒数据产品。? 产品分类：反射率因子（R）；平均径向速度（V）；谱宽产品（W）2 雷达产品的物理量产品：由雷达以各种探测方式获取的R、径向速度V和W，经过一定的计算和客观处理，转化为气象上常用的有明显意义的物理量，进而把这些物理量的分布显示出来成图象和图形产品，是经RPG 中气象算法处理后得到的产品。* 强度物理量产品

（1）回波顶高（ET：Echo Top）：对流的强弱一般和回波伸展高度有关，ET产品可用来分析估计探测范围内不同地区的对流发展与否，以及相对强弱情况。

回波顶高与降水的关系：回波顶高与降水成正相关，降水较强时，回波顶伸展的高度也比较高，回波顶高度降低，则预示降水的减弱。（2）组合反射率产品CR CR产品是应用体积扫描获取的回波强度数据，在以1km×1km（或2km ×2km）为底面积，直到回波顶的垂直柱体中，对所有位于该柱体中的回波强度资料进行比较，挑选出最大的回波强度，从而得到最大回波强度的图像。（3）VIL(垂直累积含水量)定义：假定所有反射率因子强度都是由液态水滴引起的，定义某底面积垂直柱体中的总含水量为垂直累积含水量VIL。

VIL是反映降水云体中垂直液态含水总量的产品，是判断强降水及降水潜力，以及强对流天气造成的暴雨和冰雹等灾害性天气的有效工具。（4）时段雨量累积

该产品在雨强产品的基础上，计算雷达探测范围和某指定区域内任意时段的雨量分布，并显示该时段内整个探测区域和某指定区域内的降水总量（单位：mm，表示降水区域面积上平均降水的厚度）。

1小时累积降水（OHP）：本产品以雨强产品中的雨强值作为本产品的原始数据，计算某一点24小时以内任一小时的累积。

3小时累积降水（THP）：THP是跟当前时间最近的一个整点为止的3个小时累积，每个整点更新一次。风暴总降水量（STP）

* 径向速度物理量产品

（1）垂直风廓线产品（VWP）：用来识别平均风的高度切变，及其随时间的变化。

（2）合成切变（CS）：合成切变是径向散度与方位涡度合成的显示产品，反映了流场中的不均匀性。该产品还可用来帮助识别速度在径向和方位上均有切变的天气现象，如阵风锋、低空切变线、中尺度旋转运动等低空风切变的现象。3 多普勒雷达的识别产品

定义：指由雷达获取的回波强度、径向速度和谱宽资料，根据各类中小尺度灾害性天气结构模型，分析处理后得到的各类灾害性天气自动识别产品。（可叠加在其他产品上）包括以下几部分：阵风锋、下击暴流；中尺度气旋、龙卷涡旋；风暴、冰雹自动识别等；风暴自动识别、跟踪、预报和预报检验。* 阵风锋识别产品

对流风暴中的下沉气流到达低空在地面形成冷雷暴堆，并向四周流出，其中有相当大的一部分流向风暴前方。这种流出气流具有中层环境空气的水平动量，在低空可引发强风，其前缘就是阵风锋。阵风锋是出现在强风暴周围的一种强风切变，常造成局地风害。在雷达探测的强度上表现为环绕强风暴回波的一条细长的弱回波带，称为“窄带回波”（Thin lines)，径向速度场中表现为强风切变。阵风锋过境时通常无降水，提供了风暴前的晴空信息，其对电磁波的散射机制尚无确定，可能是湍流对电磁波的散射。* 下击暴流识别

中尺度气旋自动识别（M）龙卷涡旋自动识别（TVS）暴雨自动识别 风暴自动识别、跟踪产品（STI）* 冰雹自动识别

第五篇：气象雷达自动台站的防雷探讨论文

摘要：本文通过对茂名地区集天气雷达观测、中短波天线发射塔及气象观测自动站为一体的海洋气象观测台站的防雷设计与施工，从当地特殊地理环境及国家的具体规范入手，比较全面的阐述了该台站的雷电防护。

关键词：雷达；直击雷；换土；屏蔽；等电位

0引言

作为粤西地区集天气雷达观测、中短波天线发射塔及气象观测自动站为一体的茂名市茂港区海洋气象观测台站的防雷设计与施工，笔者有幸参与其中，现就针对其特殊的地理环境与其多用途性做防雷方面的探讨。茂名市地处雷州半岛，是雷电的重灾区，年平均雷暴日为94.4天，根据该台站的使用性质及年预计雷击次数大于0.06次/年，该台站划为二类防雷建筑物。

1雷达塔楼的直击雷防护

由于塔楼为框架结构，可以充分利用建筑物的结构钢筋做防雷装置。用塔楼基础钢筋做自然接地体，与人工辅助地网构成联合接地。用结构柱主钢筋从下到上通长焊接作为引下线，柱筋分别与各层板筋、梁筋等结构钢筋焊接连通，形成纵横交贯的“法拉第笼”式电气通路。在塔楼女儿墙上采用Ф12镀锌圆钢架设避雷带，并与女儿墙内钢筋网可靠焊接，在塔楼屋角处设置Ф16的铜芯避雷短针。避雷带与屋面所有金属物体（包括避雷针、天线底座等）保持可靠电气连通。为防侧击雷，塔楼建筑结构圈梁与构造柱内钢筋可靠焊接作为均压环，外墙金属门窗及屏蔽网要与主柱筋可靠连接。

1.1雷达天线电缆、波导管及传输信号线路的防护

雷达天线电缆、波导管及传输信号线必须穿钢管引入雷达机房，并连接到雷达机房接地母排，这一接地母排经95mm2铜芯线敷设在弱电金属屏蔽槽内引下到一楼辅助机房的接地总母排处，该金属屏蔽槽途经每层楼都与该层等电位连接带作电气连接。此接地总母排用-40×4镀锌扁钢穿Ф75PVC管引出与接地地网相连。

1.2雷达机房的防护

雷达机房使用防静电地板，在此地板下面用用3mm×25mm扁铜带设置环形闭合等电位连接带，并与机房四角的接地预埋连接板作电气连接。机房内的设备外壳、机柜等所有裸露金属构件，以及直流地、屏蔽地和SPD接地等地线，均就近与机房等电位连接带作可靠电气连接。另外，静电地板的金属支架在机房四角处分别与等电位连接带作电气连接，在每条支架下面用0.5mm×50mm的紫铜带敷设纵横交错的网格。

2中、短波天线塔、发射机房及自动站的雷电防护

因为这三个独立系统之间的距离都达不到分网的距离，因此这三个系统共用一套防雷接地网。该地地表都以海沙为主，经过我们的测量，该土壤电阻率在1 000Ω·m以上。该地网上面设备都以弱电为主，该接地电阻值需要达到4Ω以下。

2.1接地网的设计及施工

因为该台站地处海边，土壤电阻率高，接地电阻为了达到4Ω以下，我们采取多管齐下的方式：

1）换土在设计地网范围内，在垂直接地体接触的地表50cm厚的海沙处用电阻率低的红色黏土替换。

2）接地网用料的选材

水平接地体选用的是-40×4镀锌扁钢敷设，垂直接地体L50×50×5×2000的镀锌角钢、立信的型号为PE—Ⅲ的1m的长效接地模块以及6m的304钢管。

3）采用非等长垂直接地体

因为地表以海沙为主，含水量差，不利于作为接地体的接触面，在施工过程中，先把原先水平接地体接触面的海沙换成50cm的黏土，角钢是隔5m一根垂直敷设，6m钢管是10m一根垂直敷设，PE-Ⅲ的长效接地模块主要敷设在发射机房同天线塔周围。地网基本上形成5m×5m的网格，采用了非等长接地体是更科学的接地方式，采用不同的接地体相互配合，由于接地体长度和埋设深度不同，大大的加大了等势面积。

4）发射机房的屏蔽与综合布线

在土建施工阶段，在发射机房周身有铁丝网围一圈并用铁钉加固，铁丝网上端与避雷带焊接连通，下端与接地网焊接连通，并与机房的铝合金门焊接连通，使机房形成一个法拉第笼，可以屏蔽机房外由于雷电产生的高强磁场。

5）自动站的直击雷防护

3.自动站观测场内的所有金属支架、箱体、风杆、避雷针及金属围栏都与预留好的从地网引上的-40×4镀锌扁钢相焊接。

（1）自动站的通信线路的防护

在自动站通信MODEN接口处安装一个信号避雷器，防止感应雷对MODEN的损害。

（2）自动站的遥测信号线的防护自动站的遥测信号线需用金属线槽屏蔽，金属线槽首端与观测场地网相连焊接，末端与值班室处的工作地网相连焊接。

4该台站的供电系统的雷电防护

供电系统分两路，一路由380V市电外网全线埋地引入（TN-S制式），另一路由柴油发电机组提供（备用电源），市电断电时自动转换为柴油发电机供电。发电机房和低压配电室均在一楼。机房设备电源为独立供电，从总配电室的UPS输出端引出一条电缆（三相五线），穿钢管连接至机房配电箱，再分供机房各种设备。

供电系统的电涌防护采用3+1形式（三条相线和一条中性线）的SPD进行三级防护，其中：

1）第一级（SPD1）：在低压配电室总配电柜的主配电及备用电源线路上，分别安装一组开关型三相电源避雷器（50KA，10/350us）；

2）第二级（SPD2）：在低压配电室的UPS输出端和各楼层配电箱中，分别安装一组限压型三相电源避雷器（40KA，8/20us）；

注意：由于低压配电室UPS输出端的SPD2与SPD1之间的线距小于10米，在它们之间的线路中要加装退耦装置。

3）第三级（SPD3）：在机房配电箱中安装一组限压型三相电源避雷器（20kA，8/20us）；

值得注意的是，为防止SPD击穿短路，在SPD安装线路上要有过电流保护器件，并选用有劣化显示功能的SPD。

参考文献

[1]建筑物防雷设计规范GB50057-94，2000.[2]新一代天气雷达站防雷技术规范QX2-2000.[3]气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范QX3-2000.[4]电子计算机机房设计规范GB50174-93.