2机载气象雷达 - 雷达基本原理
雷达工作原理
雷达工作原理雷达是一种用于探测和追踪目标物体的设备，广泛应用于军事、航空、航海和气象等领域。
它通过发射电磁波并接收其反射信号，通过分析信号的特征来确定目标物体的位置、速度和形态。
本文将介绍雷达的基本原理和工作过程。
一、雷达的基本原理雷达的基本原理是利用电磁波在空间传播时的特性。
雷达发射器发出一束电磁波，并通过天线将电磁波辐射出去。
当电磁波遇到目标物体时，会发生反射或散射，部分信号会被接收天线接收到。
二、雷达的工作过程1. 发射信号：雷达工作时，发射器发出一束有一定频率和功率的电磁波。
电磁波可以是无线电波、微波或其他频率的波。
2. 接收信号：目标物体会对电磁波进行反射或散射，部分反射信号会被雷达接收器接收到。
接收器通过天线接收到的信号转换为电信号，并传送给信号处理系统。
3. 信号处理：信号处理系统对接收到的信号进行处理和分析。
这包括测量信号的时间、频率和幅度特征，以确定目标物体的距离、方位和速度。
4. 显示结果：最后，雷达系统将分析得到的目标信息显示在显示器上。
这可以是雷达图表或其他形式的可视化信息，帮助操作人员更好地理解目标的位置和运动状态。
三、不同类型雷达的原理1. 连续波雷达（CW雷达）：连续波雷达发射器持续地发射连续的高频电磁波。
接收器接收到的信号经过混频或激励信号调制后得到目标信息。
2. 脉冲雷达：脉冲雷达发射器以脉冲的形式发射电磁波，每个脉冲都有固定的能量和重复频率。
接收器通过测量脉冲的往返时间来计算目标的距离。
3. 多普勒雷达：多普勒雷达是基于多普勒效应的原理工作的。
当目标物体相对于雷达运动时，接收到的反射信号的频率会发生变化。
根据频率变化的特征，可以计算出目标的速度和运动方向。
四、雷达的应用领域雷达在军事、航空、航海和气象等领域有着广泛的应用。
1. 军事：雷达在军事领域中用于目标探测、导航、火控和情报收集等任务。
它可以帮助军队追踪和监视敌方目标，提供重要的战术信息。
2. 航空和航海：雷达在航空和航海领域中用于导航和防撞系统。
飞机气象雷达原理及故障维护分析
飞机气象雷达原理及故障维护分析摘要：本文主要介绍了飞机气象雷达的工作原理，讨论了雷达图像显示不正确、雷达图像目标失真、雷达不扫描、雷达散热、环境对雷达的影响等问题的排除方法，以期为从事该项维护工作的机务工作人员提供思路和方法。
关键词：气象雷达；原理；故障1气象雷达的工作原理机载气象雷达根据电磁波反射原理确定目标的位置。
物体反射电磁波的能力与物体的性质、大小和电磁波的频率直接相关。
目标物体的导电性越高，反射面越大，回波强度越大。
当目标物体的几何尺寸和波长相差较大时，反射能量会减弱。
如果可以将目标物体的反射面直径与雷达波的波长进行比较，则反射能量也会显著增加。
目前用于气象探测的雷达工作频率一般在200MHz~10000MHz之间。
气象雷达的工作原理包括距离测定、方位测定、降水探测、湍流检测和风切变检测。
1.1距离测定气象雷达的主要任务是测量目标物体与地面之间的距离。
气象雷达发射的电磁波以光速在空气中传播，经测量后可接收到目标回波信号，接收到回波信号与发射脉冲之间的时间间隔为t，被测目标与飞机之间的距离可以计算为L=ct/2，其中c为光速。
目标物体的距离分辨率主要由脉冲宽度决定。
如果要提高对近程目标的识别能力，就必须使用较窄的脉冲宽度。
1.2方位测定目标物体的方位角主要通过测量雷达天线波束轴的瞬时方位角来确定。
雷达天线形成的波束呈圆锥形，宽度较窄。
当雷达天线指向特定的方位角时，雷达只能接收到该方位角内物体产生的目标回波，雷达设备将接收到的回波信号传输到显示器上，显示器显示实际的方位角。
雷达的方位角分辨率主要取决于天线水平面上波束宽度，波束宽度越窄，分辨率越高。
1.3降水探测气象雷达是监测天气状况的主要工具，因此对降水的探测是气象雷达监测的重要组成部分。
雨、雹、雪等材料都是导电性水材料。
气象雷达可以探测到雨滴或相对潮湿的冰雹，但不能探测到云、雾、干冰雹等物质。
含水材料可以吸收雷达发射的射频脉冲能量，部分能量会丢失，其余能量会被反射回来。
气象雷达的工作原理
气象雷达的工作原理
气象雷达是一种探测大气中气象要素的雷达。
它的基本原理是：在目标物上安装气象探测器，探测出气象要素（如风向、风速、气压、温度等），然后将这些信息通过发射机传送到接收系统，再由接收机将这些信息译成电信号。
气象雷达是怎样工作的呢？我们先来看一个例子。
假设现在有一个目标物，它的大小是0.1厘米，它离雷达的距离是10米。
如果你用一部普通的收音机去接收这个目标物，收音机接收到的信息就会通过无线电波传到收音机里。
这个过程会出现一些干扰，因为其中有许多频率都与我们的耳朵所能听到的频率不同，我们的耳朵就会对这些频率产生反应，把它们识别为相同或相近的频率。
如果我们用一部雷达去接收目标物，也是这样。
它会产生一种同频率、但不同波长（一般用波长为毫米、微米等单位表示）的电磁波，这些电磁波会通过目标物，最后被雷达接收到。
由于目标物在电磁波中反射回的信号强弱与发射信号的强弱是不一样的，所以对这部分回波我们无法进行探测。
—— 1 —1 —。
雷达的工作原理
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，例如脉冲多普勒雷达，要比一般雷达复杂得多。
雷达的战术指标主要包括作用距离、威力范围、测距分辨力与精度、测角分辨力与精度、测速分辨力与精度、系统机动性等。
雷达的工作原理
雷达(radar)原是“无线电探测与定位”的英文缩写。雷达的基本任务是探测感兴趣的目标，测定有关目标的距离、方问、速度等状态参数。雷达主要由天线、发射机、接收机（包括信号处理机）和显示器等部分组成。
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，经过信号处理机处理，提取出包含在回波中的信息，送到显示器，显示出目标的距离、方向、速度等。
雷达基础知识雷达工作原理
雷达基础知识雷达工作原理雷达即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。
那么你对雷达了解多少呢?以下是由店铺整理关于雷达知识的内容，希望大家喜欢!雷达的起源雷达的出现，是由于一战期间当时英国和德国交战时，英国急需一种能探测空中金属物体的雷达(技术)能在反空袭战中帮助搜寻德国飞机。
二战期间，雷达就已经出现了地对空、空对地(搜索)轰炸、空对空(截击)火控、敌我识别功能的雷达技术。
二战以后，雷达发展了单脉冲角度跟踪、脉冲多普勒信号处理、合成孔径和脉冲压缩的高分辨率、结合敌我识别的组合系统、结合计算机的自动火控系统、地形回避和地形跟随、无源或有源的相位阵列、频率捷变、多目标探测与跟踪等新的雷达体制。
后来随着微电子等各个领域科学进步，雷达技术的不断发展，其内涵和研究内容都在不断地拓展。
雷达的探测手段已经由从前的只有雷达一种探测器发展到了红外光、紫外光、激光以及其他光学探测手段融合协作。
当代雷达的同时多功能的能力使得战场指挥员在各种不同的搜索/跟踪模式下对目标进行扫描，并对干扰误差进行自动修正，而且大多数的控制功能是在系统内部完成的。
自动目标识别则可使武器系统最大限度地发挥作用，空中预警机和JSTARS这样的具有战场敌我识别能力的综合雷达系统实际上已经成为了未来战场上的信息指挥中心。
雷达的组成各种雷达的具体用途和结构不尽相同，但基本形式是一致的，包括:发射机、发射天线、接收机、接收天线，处理部分以及显示器。
还有电源设备、数据录取设备、抗干扰设备等辅助设备。
雷达的工作原理雷达所起的作用和眼睛和耳朵相似，当然，它不再是大自然的杰作，同时，它的信息载体是无线电波。
事实上，不论是可见光或是无线电波，在本质上是同一种东西，都是电磁波，在真空中传播的速度都是光速C，差别在于它们各自的频率和波长不同。
其原理是雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波;雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的某些信息(目标物体至雷达的距离，距离变化率或径向速度、方位、高度等)。
民航飞机机载气象雷达
运七100的PRIMUS－90型气象雷达由天线、 收发机、控制显示三件组成
收发机及天线位置图
机载气象雷达的屏幕
二、机载气象雷达 的基本工作方式
1、准备方式(STBY):加温准备 2、自检方式(TEST)：雷达自检
基本工作方式
（4）应避免因选用较短显示距离而 使飞机进入所谓的盲谷区域。
如只选用较小的显示距离，很难保证 有足够的时间和以较大的安全距离来 避开已邻近的恶劣天气区。
气象盲谷示意图
地面通电的注意事项
• 1、前方有人，不能接通雷达。 • 2、飞机在加油或有其他飞机在加油时，
不能接通雷达。 • 不应在机库中或在机头朝着近距离内的
显示出飞机前下方扇形区域中的地 形。
运七-100气象雷达控制键
三、机载气象雷达 对目标的探测
（一）对气象目标的探测
（二）机载气象雷达的地形识别
（一）对气象目标的探测
1. 对降水区的探测 2. 对湍流区的探测 3. 对冰雹区的探测
对降水区的探测
不同性质的气象目标所产生的回波强度 决定于气象目标本身的性质，主要是气 象目标所含水滴的直径、数量、下降速 度、形态及气象区域的体积等。
将天线略微下俯，可使波束照射到较 低高度上已融化的冰雹及大雨区，在 屏幕上产生强烈的红色图像。
天线的俯仰调节
雹云回波特征
在平显上表现为强度大 ，边缘分明 的块状回波。
强降雨区外缘的绿色区域有时出现 “U”形的无回波缺口、指状或钩状 回波以及外缘凸凹不平的图形，预 示着冰雹区域的存在。
结合有冰雹的降雨区的图像
3、气象方式(WX)： 4、湍流方式(TURB)：屏幕上将显示出湍流区
民航小知识：飞机机载气象雷达
飞机维修人员会对飞机雷达罩的湿度和雷达系统
进行检查。在雷达罩和机身之间有一密封胶带， 由于胶带老化，容易发生破损，
导致进水。补来杜绝湿气对雷达的影
响，防患于未然。2.加强对显示器和气象雷达收发
机通风口的检查，避免由于显示器和收发机散热 不好而超温，从而导致图像丢失
飞机机载气象雷达前几日的台风天气着实可怕，
上海的航班几乎全部瘫痪。这里小编不由得想起
了我们飞机的天气预报员，那就是机载雷达系统。
下面我们为您介绍下机载雷达是如何工作的。机 载气象雷达的用处机载气象雷达系
系统(WXR)用于飞机在飞行中对前方航路上的危
险气象区域进行实时地探测，选择安全的航路，
保障飞行的舒适和安全。机载气象雷达的原理机
量被吸收、损耗和散射外，均能被有效地反射回
雷达天线。而反射的强弱与气象目标含水量的多
少有关，所以，天线接收的回波经雷达接收机处
理后，在显示器上用不同的颜色显示出雷雨的强 弱，被测目标的距离由电磁波从发射
到接收所用的时间来确定。2.对湍流的探测湍流相
对于飞机有速度的变化，接收信号的频率相对于
发射信号的频率产生偏移，利用接收回波信号频
也可以探测飞机前下方的地形情况。在显示器上
用不同的颜色来表示降水的密度和地形情况。新
型的气象雷达系统还具有预测风切变(PWS)功能， 可以探测飞机前方风切变情况
，使飞机在起飞、着陆阶段更安全。下面我们将
详细介绍气象雷达探测的几个目标。1.对降水目标
的探测机载气象雷达所探测的降水目标，如雷、
冰雹、雪等，它们属于导电的水物质，对雷达辐 射的射频脉冲电磁波除一部分能
率的变化来探测湍流。3.对风切变的探测风切变是 在很短的距离范围内，风速
机载气象雷达的原理及常见故障分析
机载气象雷达的原理及常见故障分析摘要：机载气象雷达的基本功能是在飞行过程中不断向飞行员提供飞机前方航路上及其两侧的气象条件和其他障碍物的平面显示图像。
根据显示的图像，飞行员可以选择一条安全的路线来避开危险的天气区域或其他障碍物。
天气雷达还可以提供飞机前方基于地图的表面特征显示，以帮助飞行员识别地标并确定飞机的位置。
关键词：机载气象雷达；故障分析；措施分析1 机载气象雷达的基本工作原理1.1 气象雷达方程查阅相关资料可知气象雷达的方程为：Pmax=aPtG2θ2Cτr1.6λ2Simin!"1/2（1）注：式（1）中a（对降雨目标a值为3.36，对冰雹区域a值为1.54）为常数，Pt为雷达发射机的功率，G为天线的增益，θ为雷达的水平宽度或垂直宽度，C为光速，τ为发射脉冲宽度，r为降雨率，λ为波长，Simin为最小可检测功率。
上式集中地表明了气象雷达最大作用距离与雷达系统的技术特性及目标性质的关系，对雷达使用和维护人员均具有实际指导意义。
1.2 气象雷达基本工作原理机载气象雷达主要用于探测航路上的恶劣气象区域。
空中的雷雨区、暴雨区、冰雹、湍流、风切变等恶劣气象区域，就是机载气象雷达所要探测的目标，为气象雷达基本工作原理示意图。
雷达发现目标并测定其位置，基于无线电波传播所具有的以下基本规律：（1）无线电波遇到障碍物发生反射，产生回波；（2）无线电波以光速在空间直线传播（实际上，电波在真空中的传播速度等于光速，在空气中的传播速度略小于光速，但通常视为近似光速）；（3）发射机产生电磁波信号（如正弦波短脉冲），由天线辐射到空气中；（4）发射信号的一部分被目标截获，并向多个方向再辐射；（5）向后辐射并返回雷达的信号由雷达天线收集并发送给接收机；（6）在接收器中，信号被处理以检测目标的存在并确定其位置；（7）通过测量从雷达信号到目标的时间并从目标返回到雷达来获得目标的距离；（8）当接收到的回波信号幅度最大时，可以根据窄波束雷达天线指向的方向获得目标的角位置；（9）如果目标正在移动，回波信号的频率将由于多普勒效应而偏移。
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Con1-2 雷达探测目标的原理
The radar dish or antenna transmits pulses of radio waves or microwaves which bounce off any object in their path. The object returns a tiny part of the wave‘s energy to the radar dish or antenna which is usually located at the same site as the transmitter. Obviously, we cannot send out another pulse until a time window has passed, in which we expect to see a return echo.
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Airborne Weather Radar(WXR) Con1：Radar principle
Outlines For Con1
0 1 2 3 4 雷达历史 雷达的定义和类型 雷达探测目标的原理 雷达基本组成 雷达方程
Airborne Weather Radar
雷达：无线电探测与测距 One of the most important surveillance sensors
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Con1-1 雷达的定义和类型
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Con1-1 雷达的定义和类型
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Con1-3 雷达基本组成
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Con1-4 雷达方程
假设：1，天线各向同性且均匀辐射（spherical spreading） 2，接收发射采用同一部天线 P 发射机功率 G 天线增益 R 探测距离 目标截面积
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Con1-2 雷达探测目标的原理
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Con1-2 雷达探测目标的原理
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Con1-2 雷达探测目标的原理
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R = cTR/2 where R = range in meters c = the speed of the EM pulse TR = the round trip transit time
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Airborne Weather Radar
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Questions ?
1 What is radar? 2 Where did it come from? 3 What is it used for in ATC system? 4 Which university and which specialty? 5 When and where radar was born? 6 Who set up radar network along its coast?
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Con1-1 雷达的定义和类型
Airborne Weather Radar
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Con1-1 雷达的定义和类型
• Radar is an electromagnetic（EM） system for the detection and location of reflecting objects such as aircraft, ships, spacecraft, vehicles, people and the natural environment.
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Con1-4 雷达方程--RCS
海鸥的形体与燕八哥相近，但海鸥的雷达反射截面却比燕八哥大200倍。 蜜蜂的体积小于麻雀，但它的雷达反射截面反而比麻雀大16倍。可见， 体积的大小并不是决定隐蔽能力的唯一因素，体形才是决定隐身的关键。 普通飞机无论何种姿态，都可以产生雷达回波，隐形飞机的则会长时间 无回波，偶尔产生强烈回波（即亮点）
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Con1-2 雷达探测目标的原理
发射脉冲
目标斜距的测量（测距）
回波
t 噪 Radar
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Con1-2 雷达探测目标的原理
目标角度的测量（测角）
目标
O
雷达天线波束扫描原理
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• The range of radars can exceed hundreds of miles and they can be placed on mobile platforms greatly increasing their effectivity.
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Con1-2 雷达探测目标的原理
雷达频段
WXR: 9300~9375Mhz
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Con1-2 雷达探测目标的原理
目标斜距的测量(测距)
2R=ctr
ct r R 2
式中, R为目标到雷达站的单程距离, 单位为m; tr为电磁波往返于 目标与雷达之间的时间间隔, 单位为s; c为光速，c=3×108m/s。 计算1us，1ms雷达探测距离，探测100NM所需时间。
15
Con1-1 雷达的定义和类型
The simplest radar system transmits a pulse of high frequency energy and listens for the echo of that pulse. Given that EM energy travels at 3 108 m / s, the time it takes for a pulse to travel to a target and the echo to travel back will tell us the range.
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Con1-0 雷达历史 Why we need radar？
ATC function Provision of safe and expeditious sequencing of traffic; Provision of safe horizontal and vertical separation; Safe meaning: No collision
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PPI: Plan Position Indicator
Airborne Weather Radar
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9
PPI and clutters
Airborne Weather Radar
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10
Con1-1 雷达的定义和类型
RADAR: RAdio Detection And Ranging
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Separation minima
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6
Former controller
Airborne Weather Radar
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Current controller
Airborne Weather Radar
Airborne Weather Radar(WXR) --radar principle
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Contents
Con1：Radar principle Con2: Introduction to WXR Con3：Ranging,Azimuth measurement,Doppler Con4：Real system
• Radar can perform its function at long or short distances and it can operate in darkness, haze, fog, rain, and snow. Its ability to measure distance with high accuracy and in all weather is one of its most important attributes.
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Con1-4 雷达方程
Ae天线有效接收面积 Smin最小检测信号功率
Airborne Weather Radar
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Con1-4 雷达方程--RCS
RCS是一假想面积，是描述目标在一定入射功率下后向散射功率能 力的量，该量以面积单位来描述。面积越大，后向散射能力越强， 产生的回波功率也就越大。