天气雷达的基本工作原理和参数-168页文档资料
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第二章多普勒天气雷达原理
§ 在雷达波束中，与天线等距离的粒子同时被探 测脉冲所照射，同时开始产生回波，并同时回 到雷达天线。与天线距离不相等的回波信号， 也有可能同时回到雷达天线。这是因为探测脉 冲具有一定的宽度τ，因而在它通过粒子时产 生的回波信号也有宽度τ。这样，距离较近的 两个粒子虽然它们开始产生回波的时间并不相 同，但是，它们的回波信号仍然有一部分能够 同时回到雷达天线。
§ 可以证明，在径向方向上，粒子的回 波信号能同时返回雷达天线的空间长度
为 h/2，称为雷达的有效照射深度。
有效照射深度
§ 天线开始收到A粒子的回波信号的时间为
t1
2r1 c
§ 开始收到B粒子的回波信号的时间为
t2
2r2 c
§ 最后收到A粒子回波信号的时间为
t3
2r1 c
§ 若天线开始收到B粒子回波的时间恰好是 最后收到A粒子回波的时间
波束截面半径
§r100km=0.87km §r200km=1.745km §r300km=2.618km
与接收机有关的参数
§ 雷达天线所收到的回波信号是非常微弱的。所以， 雷达接收机必须具有接收微弱信号的能力。这种能 力常称为灵敏度，它用接收机的最小可辨功率Pmin来 表示。所谓最小可辨功率，就是回波信号刚刚能从 噪声信号中分辨出来时的回波功率。我国新一代天 气雷达（S波段）接收机的最小可测灵敏度对于短脉 冲(1.57μs)是-107dbm,对于长脉冲（4.71μs）是113dbm。
与发射机有关的参数
§ 发射机触发信号产生器周期性地产生一个触发 脉冲，输送到发射机，使发射机开始工作。
§ 在一个脉冲内信号的高频振荡频率叫工作频率 。
§ 每秒产生的触发脉冲的数目，称为脉冲重复频 率，用PRF表示。
第二章多普勒天气雷达原理
雷达气象方程
Pt G h Pr i 2 2 ln 2 r 单位体积 1024
2 2
假设条件：在波束宽度范围内，雷达的辐射强度是均匀 的；在有效照射体积内降水粒子大小的分布是均匀的。 上式中是对有效照射体积内所有降水粒子后向散射截面 求和而得到的
气象目标强度的雷达度量
气象目标对雷达后向散射能力的强弱通 常称为气象目标强度，参量为反射率和 反射因子
电磁波及其在大气中的传播
•气象目标对电磁波的散射
云和降水粒子散射的能量在各方向上不一致，而向后方（即 向雷达方向）散射的能量（回波功率）是雷达所关心的，因此 引入后向散射截面的概念。 散射截面的概念：假设一个理想的散射体，其截面积为σ，它 能把全部接收射到其上的电磁波能量，并能全部均匀地向四周 散射，若该理想散射体返回雷达天线处的电磁波能流密度恰好 等于同距离上实际散射体返回天线的电磁波能流密度，则该理 想散射体的截面积σ就称为实际散射体的向四周散射截面。
Pt G Pr 3 4 4 r
雷达气象方程（单目标）
2 2
单目标雷达气象方程，与雷达本身参数、气象目标物特性 （后向散射截面）和离开雷达的距离有关
有效照射深度和体积
有效照射深度：在雷达波束径向方向上，粒子的回波信 号能同时返回雷达天线的空间长度，h/2=ｔc/2； 有效照射体积：在波束宽度为θ和Ф范围内，粒子的回波 信号能同时返回雷达天线的空间体积。
第二章 多普勒天气雷达原理
第二章 多普勒天气雷达原理
电磁波及其在大气中的传播
电磁波在大气中的衰减
电磁波在大气中的折射
雷达气象方程
一、电磁波及其在大气中的传播
电磁波及其在大气中的传播
•气象目标对电磁波的散射
新一代天气雷达演示
雷达平均速度图
中尺度（2-20KM）系统的速度图像特征
不是在整个显示屏范围内识别，而是在其中选择一个小区域（包含了整个中尺度系统），将其放大显示。 首先确定所选择的小区域在雷达有效探测范围内的方位及小区域的方向，并近似的认为该小区域在同一高度层上
纯气旋式流场；纯反气旋式流场；纯辐合流场；纯辐散流场；气旋式辐合流场； 气旋式辐散流场；反气旋式辐合流场；反气旋式辐散流场
雷达的导出产品：有30多种。常用的包括组合反射率因子； 垂直累计液态水含量；回波顶；风暴路径信息；冰雹指数；中 气旋；速度方位显示风廓线；1小时累计雨量；3小时累计雨量； 相对风暴径向速度区。
雷达数据质量控制
雷达数据质量控制主要涉及地物杂波抑制；去距离折叠和退速度模糊。
地物杂波：包括固定地物杂波和超折射地物杂波（AP杂波）。
一般雷暴（单个单体雷暴）
单个单体雷暴—在其生命发展史中自始至终只有一个孤立单体的风暴。 水平尺度：5-10km； 生命史：<1小时；雷达回波特征：回波较垂直，单体对称，少移，冰 雹小，灾害小。回波强度相对较弱，回波面积小，发展高度低、生命史较短，上升与下沉气流 无明显的倾斜性，气流结构易受损坏，不易发展强盛。
雷达基本产品反射率因子，平均径向速度和径向速度谱宽三 种基数据。
SA和SB两种雷达，反射率因子基数据沿雷达径向的分 辨率为1km，沿方位角方向的分辨率为1°，即1km*1°，平均 径向速度和速度谱宽基数据的分辨率为0.25km*1°；扫描仰角 从0.5°到19.5°。
SA和SB两种雷达，反射率因子观测范围为460km，径 向速度和谱宽为230km；大部分算法适用的范围位于230km内。 CC和CD型雷达的观测范围只有150km。
在中等到高的CAPE和弱的深层垂直风切变情况下，可以出现的唯 一强风暴是脉冲风暴，其不是一种独立的对流风暴类型，是以多单体风暴 形态出现，含有一个或多个脉冲单体。
雷达气象学之第三章(多普勒天气雷达探测原理和方法)
2、脉冲对处理法（PPP）
在一定假设条件下对每一个距离库内的连 续两个取样值作成对处理．从而获得平均 多普勒频率和频谱宽度。此法优点在于能 实时处理．并且有一定精度，但它不能得 到频率谱。
3、相干记忆滤波器（CMF）处理法
此法只需要一个线路，在不设置距离库的 情况下同时对雷达探测范围内各个距离上 作粗略的谱分析，并能用如PSI(平面切变 线是其)等直接显示出来。但它精度不高；
垂 直 风 廓 线
补充风符号
1.风向杆 表示风的 来向。 2.风羽每 条代表风 速4米/秒， 半条代表2 米/秒，三 角旗代表 20米/秒。
谱 宽
反 射 率
三、影响速度谱宽的气象因子
• 多普勒速度谱宽表征着有效照射体内不同 大小的多普勒速度偏离其平均值的程度， 实际上它是由散射粒子具有不同的径向速 度所引起的。对气象目标物而言，影响速 度谱宽的主要因子有四个：
• 显然，雷达有效照射体中粒子直径的差别 越大，由此造成的多普勒速度谱越宽。
• 因此速度的谱宽实际上也取决于降水粒子 的谱分布。
• 当雷达水平探测时，粒子的下落末速度在 雷达波轴上的径向分量为零，所以它对多 普勒速度谱宽没有任何影响。
• 而当雷达垂直指向探测时，粒子下落末速 度即为径向速度，故由此造成的谱曾宽作 用最大。
• 在实际工作中需要了解的是有效照射体内
平均的多普勒速度和速度谱宽度，根据以
上关系式，并注意到 f 2v 关系式，则平均
多普勒速度
v
,和速度谱方差
2 v
分别为：
v 1 v v dv
Pr
2 v
1 Pr
vv
2
v dv
径向速度谱密度、平均径向速度、径向速度 谱宽三者的关系示意图
天气雷达
主要设备
1、触发信号发生器：触发信号发生器(控制钟)是整个雷达的控制系统，它周期性地产生一个脉冲式的触发信号，触发脉冲输送到调制解调器和显示器，指挥它们开始工作。每秒种产生的触发脉冲数目，称为脉冲重复频率，以PRF(Pulse-Recurrence-Frequency) 表示。两个相邻脉冲之间的时间间隔，称为脉冲重复周期，用Ｔ表示，它等于脉冲重复频率的倒数。实际工作中，可用公式计算脉冲重复周期的数值。 2、调制解调器：在触发脉冲的触发作用下，调制解调器产生调制脉冲。调制脉冲具有两个特性： （１）具有固定的脉冲宽度（也称为脉冲持续时间），以微秒为单位，也可以以脉冲的空间距离h表示，脉冲宽度直接影响探测距离和距离分辨能力即雷达盲区大小。探测近目标采用窄的脉冲宽度，在探测远目标时，为了增大回波信号的强度采用宽的脉冲宽度。天气雷达的脉冲宽度一般取0.1--4微秒 ，随各种雷达探测目的不同而异。 （２）调制脉冲提供一个合适的视频波形具有足够的幅度，以便使下一级电路发射机正常工作 3、发射机：在调制脉冲的作用下，发射机产生短促又强大的特高频振荡，经天线向空间发射出去，即探测脉冲。发射机的主要技术参数有波长（或振荡频率F）和脉冲发射功率。 （１）波长：天气雷达通常使用的波长是厘米波，划分为K、X、C和S四个波段，K波段的雷达是用来探测非降水的云，X、C和S波段用于探测降水。 （２）脉冲发射功率：是指天线实际发射的峰值功率，如果忽略了波导管和天线的损耗，则脉冲发射功率将近似地等于发射机输出峰值功率。 4、 天线转换开关 、波导管：天线转换开关是将天线、发射机和接收机连接起来的一种装置。当天线和发射机接通时，发射机输出的特高频振荡脉冲电磁波顺利地到达天线，在这个时间内天线与接收机切断连通，电磁波不能进入接收机。在探测脉冲发射的间歇期，转换开关接通接收机，使天线接收到的回波信号能全部进入接收机。波导管是一种空心矩形金属管状导体，其内径大小随所携带信号的波长而异，脉冲信号经它传送到天线其损耗极小。 5、 天线： (1)波束的宽度：天气雷达的天线具有很强的方向性，它所辐射的功率集中在波束所指的方向上，波束主轴附近能流密度大，波束的边缘能流密度小，能流密度的相对分布曲线，称为天线方向图，曲线上各点与坐标原点的连线长度，代表该方向相对能流密度大小。能流密度最大方向上的波瓣称为主波瓣，侧面和相反方向能流密度均小得多，分别称为旁瓣和尾瓣。在天线方向图上，两个半功率点方向的夹角，称为波束宽度。波束宽度越小，定向角度的分辨率越高，探测精度越高。天气雷达的波束宽度通常不超过2度，多普勒雷达的波束宽度一般不超过1度。波束宽度的大小取决于抛物面反射体的直径和雷达工作波长。 （２）天线增益：在相同辐射功率条件下，在波束方向上定向天线的能流密度与各向均匀辐射的天线的能流密度之比，称为天线增益，以G表示，天线增益与天线波束宽度具有一定的关系。天线增益以分贝（dB）表示：分贝（dB）=10log（定向天线的能流密度）/（各向均匀辐散天线的能流密度）。 6、 接收机和显示器 接收机:接收来自目标物的回波信号，经过放大后送往显示器进行显示。回波信号常常非常微弱，接收机必须具有接收微弱信号的能力，这种能力称为灵敏度。灵敏度用最小可辨功率表示。它是回波信号刚刚能从噪声信号中分辨出来时的回波功率。 显示器： （１）平面位置显示器（简称平显或PPI）是天气雷达中最常用的一种显示器。在这种显示器上，电子束一方面以脉冲重复频率自屏幕的中心向外作等速的径向扫描；另一方面通过天线传动装置，使径向扫描为同步地随天线绕垂直轴旋转，当有回波信号进入时，在相应的距离和方位上扫描线增亮，从而显示出回波，其亮度取决于回波信号的强度，近代采用了视频积分处理器，将回波信号按不同的强度用不同的灰度或彩色显示出来。当雷达天线扫描一周时，屏幕上显示出测站周围目标的分布和回波强度。 （２）距离高度显示器（简称高显或RHI） 也是天气雷达中最常用的一种显示器，用来显示垂直剖面，纵坐标是高度，横坐标为水平距离，高度坐标放大，所显示的回波在垂直方向被拉长了。
雷达演示文稿
3、混合性降水回波特征 混合性降水回波常表现为层状降水回波和积状降水回波的混合，在PPI图上表现为回波范围较大 ，没有明显的边界，大片回波中夹杂一个或多个小尺度强回波中心，有时呈片状，有时呈带状 。RHl图上表现为，回波顶高高低起伏，高峰处可达对流性回波的高度，而较低的平坦部分一般 只有连续性降水的高度。 混合性降水回波一般为出现连阴雨天气的征兆，这种天气出现时，降水时间长，累计降雨量大 。 4、雹云回波特征 雹云的对流发展旺盛，云体庞大高耸，云内含水水量较大，在PPI强度回波图上具有很强的强回 波中心，边缘分明，呈块状，在远离雷达一侧(或上升气流流人一侧)有时出则呈“U”型的无回 波缺口；在强对流回波—侧，有时伸出强度较大、边缘轮廓分明、但尺度较小的指状回波或钩 状回波，通常出现在云体回波移动方向的右侧或后侧。因其对流发屉旺盛，表现在速度图上为
很强的速度和速度梯度。
等高平面位置显示
任意切面回波显示
平面位置回波显示
气象雷达的作用
目前气象雷达是最主要的气象探测设备之一，尤其在 临近预报和帮助飞行人பைடு நூலகம்绕飞雷雨方面发挥着十分重要 的作用。
多普勒技术在气象雷达方面的应用使得气象雷达在探 测功能方面有了实质性的进展。与常规气象雷达相比， 多昔勒气象雷达不仅能够探测回波强度，同时还可以探 测到有关风场的资料，两种资料的配合使用，可以帮助 预报人员更好地分析天气系统的内部结构及发展趋势， 可以监测飓风、龙卷等灾害性天气，能够识别危及航空 安全的低空风切变等。
气象雷达的探测原理
雷达定向发射的电磁波柞大气中以近似光速直线传描，当遇 到日标物时，就有一部分电磁波能量被反射回来，这样，根据 发射电磁波到接收到回波信号的时间及电磁波的传播速度，可 以汁算山出目标物与雷达之间的距离：雷达天线所在方位角即 为日标物所在的方位。
很强的速度和速度梯度。
等高平面位置显示
任意切面回波显示
平面位置回波显示
气象雷达的作用
目前气象雷达是最主要的气象探测设备之一，尤其在 临近预报和帮助飞行人பைடு நூலகம்绕飞雷雨方面发挥着十分重要 的作用。
多普勒技术在气象雷达方面的应用使得气象雷达在探 测功能方面有了实质性的进展。与常规气象雷达相比， 多昔勒气象雷达不仅能够探测回波强度，同时还可以探 测到有关风场的资料，两种资料的配合使用，可以帮助 预报人员更好地分析天气系统的内部结构及发展趋势， 可以监测飓风、龙卷等灾害性天气，能够识别危及航空 安全的低空风切变等。
气象雷达的探测原理
雷达定向发射的电磁波柞大气中以近似光速直线传描，当遇 到日标物时，就有一部分电磁波能量被反射回来，这样，根据 发射电磁波到接收到回波信号的时间及电磁波的传播速度，可 以汁算山出目标物与雷达之间的距离：雷达天线所在方位角即 为日标物所在的方位。
天气雷达的基本工作原理
天气雷达的基本工作原理
天气雷达是一种利用雷达原理探测大气中降水云的设备。
通过利用反射的电磁波信号，可以实现对大气中云的细节探测，能够预测天气变化、检测风暴和气象灾害等。
天气雷达的工作原理是利用雷达波的特性进行探测。
当雷达波射向大气中的云层时，
会与云中的水滴反射，形成回波信号。
这种信号会被天气雷达的接收天线接收并形成电信号，然后由计算机进行处理和分析。
在雷达信号中，可以获得反射信号的回波强度，和回波垂直距离。
反射信号的回波强
度与云层中水滴的浓度、大小、形状以及位置等因素有关。
垂直距离则取决于雷达波传播
的方向和速度。
在天气雷达系统中，还设置了天线旋转机构，可以将天线按照一定的角度旋转。
这样
可以使得雷达波的扫描范围更广，能够探测到更多的天气信息。
天气雷达的探测范围受到雷达波的传播距离、干扰和大气折射等因素的影响。
一般来说，雷达波的传播距离越远，信号受到干扰、衰减和扩散的程度越大，因此探测范围也就
越小。
为了提高天气雷达的探测范围和准确度，还需要进行天线校准、数据校正等工作。
在
使用天气雷达数据时，还需要进行数据解析、插值、描绘等处理，绘制出相应的气象图像，为气象预报和科学研究提供数据支持。
总的来说，天气雷达的基本工作原理是利用雷达波的特性对大气中的云层进行探测，
通过反射的信号进行分析和处理，最终生成相应的气象数据和图像，为人们提供准确的气
象信息和预警服务。
天气雷达原理介绍
天气雷达原理介绍
我国古代神话中有千里眼和顺风耳的故事。
而雷达就是科学的千里眼。
雷达是一种无线电装置，其英文名称是RADAR（即Radio DetecTIng and Ranging的缩写），是无线电探测和定位的意思。
早期的雷达主要用于军事目的。
现在已广泛用于航空、航海、气象、科学研究等各个方面。
用来观云测
雨的雷达，就是天气雷达，已成为气象部门监测天气实况和预报未来天气的
有力工具。
雷达定位的基本原理并不复杂。
雷达定向地发射出电磁波（称为发射波），发射波遇到目标物后被，散射波的一部分由雷达接收下来。
雷达能记录下电磁波往返的时间ΔT，而电磁波的传播速度等于光速C，那幺目标
物到雷达的距离S=1/2CΔT。
雷达采用极坐标扫描方式，记录下雷达所
指向的方位，就确定了目标物相对于雷达的方位。
有了距离和方位，目标物
这个点就定下来了。
云雨是一种特殊的目标物。
云雨中的云滴、雨滴、雪晶、冰粒等降水粒子能够散射雷达波，当他们散射回来的能量足够大时，雷达就
能识别出来，而在雷达荧光屏上显示出云雨的彩色图像，这就更为直观和定量。
训练有素的雷达工作人员根据这些图像，判断这个云雨目标物的性质，
是降雨还是降雹，是否伴有雷电大风，未来移向何处，是加强还是减弱等。
阜阳气象局正在使用的713Ｃ测雨雷达，是1988年投入业务使用的，。
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多普勒天气雷达除常规天气雷达功能 之外，还可利用降水回波频率与发射频率 之间变化的信息来测定降水粒子的径向速 度，并通过此推断风速分布，垂直气流速 度，大气湍流，降水粒子谱分布，降水中 特别是强对流降水中风场结构特征。
常规天气雷达仅能提供反射率 因子资料。多普勒天气雷达将提供 两种附加的基本资料，径向速度和 速度谱宽，它们将增强对强风暴的 探测能力，也能改进对中尺度和天 气尺度系统的预报。
体扫模式 (VCP:Volume Cover Pattern） 扫描方式确定一次体积扫中使用多少个仰角，
而具体是哪些仰角则由体扫模式来规定。WSR-88D 可有20个不同的VCP，目前只定义了其中的4个： VCP11 -- VCP11（scan strategy #1，version 1） 规定5分钟内对14个具体仰角的扫描方式。 VCP21 -- VCP21（scan strategy #2，version 1） 规定6分钟内对9个具体仰角的扫描方式。 VCP31 --- VCP31 （scan strategy #3，version 1）规定10分钟内对5个具体仰角的扫描方式。 VCP32 --- VCP32（scan strategy #3，version 2）确定的10分钟完成的5个具体仰角与VCP31相同。 不同之处在于VCP31使用长雷达脉冲而VCP32使用 短脉冲。 WSR-98D未定义VCP32。
自相干多普勒天气雷达结构框图
全相干多普勒天气雷达结构框图
fo 发射脉冲的载频 fd 多普勒频率
发射频率 Vs 多普勒频移
发射频率 多普勒频移
中国新一代天气雷达系统简介
• 1、雷达数据采集系统（RDA） • 2、雷达产品生成子系统（RPG） • 3、主用户处理器子系统（PUP）
雷达的三部分
雷达站
在这里稳定是非常重要的，产生的每个脉冲 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fd脉冲被产生，就被送到天 线。
全相干发射机
天线
天线是RDA的一个部件，它将发射机产 生的RF信号以波束的形式发射到大气并接受 返回的能量（粒子的后向散射能量）。
WSR-88D雷达的天线仰角范围:-10~600。天 线仰角的设置取决于天线的扫描策略（scan strategy 共 有 三 种 ） 、 体 扫 模 式 （ volume coverage pattern ： VCP ） 和 工 作 模 式 （operational mode 分为晴空和降水两种模 式）。 雷达操作员不能手动调节天线仰角， 天线仰角只能通过上述三要素预设。
一、天气雷达工作原理
• 天气雷达间歇性地向空中发射电磁
波列（称为探测脉冲），它以近似 直线的路径和接近光速在大气中传 播，在传播的路径上，若遇到了气 象目标物，脉冲电磁波被气象目标 物散射，其中散射返回雷达的电磁 波（称为回波信号，也称为后向散 射）在屏幕回波图上显示出气象目 标的空间位置和特征
天气雷达原理示意图
天气雷达组成框图
天气雷达主要技术参数
1、波束宽度θ 2、天线增益G 3、天线有效面积Ac 4、脉冲长度h、脉冲宽度τ 5、脉冲重复周期T(PRT) 6、脉冲重复频率PRF 7、最大探测距离Rmax、
天气雷达波段、频率、波长关系表
波段 KXLeabharlann C S频率(千兆 波长(厘
赫)
• 相干波:两束振幅、频率和相位完全相同的电 磁波称为相干波。
• 相干发射：发射出振幅、频率和相位完全一样 的脉冲波，所以各个脉冲之间是相干的。
• 全相干多普勒天气雷达：它的发射主控信号频 率由稳定的晶体振荡器产生，保证发射的高频 相干。它的相干性能好，地物消除能力强。
• 半相干（伪相干）多普勒天气雷达：它是通过 对发生信号采样，与本振混频以及锁相技术， 以保证中频相干，达到测量频率变化，它的发 射部分采用同轴磁控管。它的相干性能差，消 除地物的能力较全相干多普勒天气雷达差。
第一章 天气雷达的基本工作原理
和主要设备、主要参数
重点掌握：多普勒天气雷达最大不模糊速度及距离、多普勒频率 参数：PRF、PRT、h、θ、Vr、Vrmax、Rmax、τ、fD 及各计算公 式
一、天气雷达的基本工作原理 二、天气雷达的组成和主要技术参数 1、天气雷达的组成 2、主要技术参数 三、多普勒天气雷达工作原理 1、多普勒天气雷达概述 2、多普勒雷达探测原理 1）、多普勒效应 2）、多普勒频率 3）、多普勒频率与目标物径向速度的关系 4）、多普勒天气雷达原理方框图 3、回波信号的多普勒频谱分析 4、多普勒天气雷达的最大不模糊速度与最大不模糊距离（包括： Vr、VT互求） 5、速度模糊现象的主观识别 6、速度退模糊方法
多普勒效应是奥地利 多普勒效应
物理学家 J.Doppler1842年 首先从运动着的发声 源中发现的现象，定 义为“当接收者或接 收器与能量源处于相 对运动状态时，能量 到达接收者（器）时 频率的变化”。
一个例子是：当一辆紧急的火车（汽车）鸣着喇叭以 相当高的速度向着你驶来时，声音的音调（频率）由 于波的压缩（较短波长）而增加。当火车（汽车）远 离你而去时，这声音的音调（频率）由于波的膨胀 （较长波长）而减低。
气象台值班室
RDA
RPG
PUP
雷达数据采集系统（RDA）
采用脉冲多普勒体制的全相干系统 • 速调管放大、高功率全相干发射机 • 窄波束低旁瓣的天线 • 低噪声宽动态范围的相干接收机 • 多参数的信号处理器 • 主要参数的自动检测
发射机
取得雷达数据的第一步是发射一个射频f0信号。 这主要由速调管放大器（相当于老式雷达中的的磁 控管）来完成。该放大器产生一个高功率（峰值功 率750kw）非常稳定的10厘米的射频（f0）脉冲。
米)
备注
12-40
8-12 4-8 2-4
2.5-0.75
4-2.5 8-4 15-8
测非降水 云
探测降水
探测降水
探测降水
常用天气雷达的主要技术参数
波束宽 度
天线增益G
雷达的 PPI 扫描方式
PPI 显示结果的空间分布
多普勒天气雷达工作原理
多普勒天气雷达
常规数字化天气雷达利用的是降水回 波的幅度信息，即利用信号强度来探测雨 区的分布、强度、垂直结构等。
常规天气雷达仅能提供反射率 因子资料。多普勒天气雷达将提供 两种附加的基本资料，径向速度和 速度谱宽，它们将增强对强风暴的 探测能力，也能改进对中尺度和天 气尺度系统的预报。
体扫模式 (VCP:Volume Cover Pattern） 扫描方式确定一次体积扫中使用多少个仰角，
而具体是哪些仰角则由体扫模式来规定。WSR-88D 可有20个不同的VCP，目前只定义了其中的4个： VCP11 -- VCP11（scan strategy #1，version 1） 规定5分钟内对14个具体仰角的扫描方式。 VCP21 -- VCP21（scan strategy #2，version 1） 规定6分钟内对9个具体仰角的扫描方式。 VCP31 --- VCP31 （scan strategy #3，version 1）规定10分钟内对5个具体仰角的扫描方式。 VCP32 --- VCP32（scan strategy #3，version 2）确定的10分钟完成的5个具体仰角与VCP31相同。 不同之处在于VCP31使用长雷达脉冲而VCP32使用 短脉冲。 WSR-98D未定义VCP32。
自相干多普勒天气雷达结构框图
全相干多普勒天气雷达结构框图
fo 发射脉冲的载频 fd 多普勒频率
发射频率 Vs 多普勒频移
发射频率 多普勒频移
中国新一代天气雷达系统简介
• 1、雷达数据采集系统（RDA） • 2、雷达产品生成子系统（RPG） • 3、主用户处理器子系统（PUP）
雷达的三部分
雷达站
在这里稳定是非常重要的，产生的每个脉冲 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fd脉冲被产生，就被送到天 线。
全相干发射机
天线
天线是RDA的一个部件，它将发射机产 生的RF信号以波束的形式发射到大气并接受 返回的能量（粒子的后向散射能量）。
WSR-88D雷达的天线仰角范围:-10~600。天 线仰角的设置取决于天线的扫描策略（scan strategy 共 有 三 种 ） 、 体 扫 模 式 （ volume coverage pattern ： VCP ） 和 工 作 模 式 （operational mode 分为晴空和降水两种模 式）。 雷达操作员不能手动调节天线仰角， 天线仰角只能通过上述三要素预设。
一、天气雷达工作原理
• 天气雷达间歇性地向空中发射电磁
波列（称为探测脉冲），它以近似 直线的路径和接近光速在大气中传 播，在传播的路径上，若遇到了气 象目标物，脉冲电磁波被气象目标 物散射，其中散射返回雷达的电磁 波（称为回波信号，也称为后向散 射）在屏幕回波图上显示出气象目 标的空间位置和特征
天气雷达原理示意图
天气雷达组成框图
天气雷达主要技术参数
1、波束宽度θ 2、天线增益G 3、天线有效面积Ac 4、脉冲长度h、脉冲宽度τ 5、脉冲重复周期T(PRT) 6、脉冲重复频率PRF 7、最大探测距离Rmax、
天气雷达波段、频率、波长关系表
波段 KXLeabharlann C S频率(千兆 波长(厘
赫)
• 相干波:两束振幅、频率和相位完全相同的电 磁波称为相干波。
• 相干发射：发射出振幅、频率和相位完全一样 的脉冲波，所以各个脉冲之间是相干的。
• 全相干多普勒天气雷达：它的发射主控信号频 率由稳定的晶体振荡器产生，保证发射的高频 相干。它的相干性能好，地物消除能力强。
• 半相干（伪相干）多普勒天气雷达：它是通过 对发生信号采样，与本振混频以及锁相技术， 以保证中频相干，达到测量频率变化，它的发 射部分采用同轴磁控管。它的相干性能差，消 除地物的能力较全相干多普勒天气雷达差。
第一章 天气雷达的基本工作原理
和主要设备、主要参数
重点掌握：多普勒天气雷达最大不模糊速度及距离、多普勒频率 参数：PRF、PRT、h、θ、Vr、Vrmax、Rmax、τ、fD 及各计算公 式
一、天气雷达的基本工作原理 二、天气雷达的组成和主要技术参数 1、天气雷达的组成 2、主要技术参数 三、多普勒天气雷达工作原理 1、多普勒天气雷达概述 2、多普勒雷达探测原理 1）、多普勒效应 2）、多普勒频率 3）、多普勒频率与目标物径向速度的关系 4）、多普勒天气雷达原理方框图 3、回波信号的多普勒频谱分析 4、多普勒天气雷达的最大不模糊速度与最大不模糊距离（包括： Vr、VT互求） 5、速度模糊现象的主观识别 6、速度退模糊方法
多普勒效应是奥地利 多普勒效应
物理学家 J.Doppler1842年 首先从运动着的发声 源中发现的现象，定 义为“当接收者或接 收器与能量源处于相 对运动状态时，能量 到达接收者（器）时 频率的变化”。
一个例子是：当一辆紧急的火车（汽车）鸣着喇叭以 相当高的速度向着你驶来时，声音的音调（频率）由 于波的压缩（较短波长）而增加。当火车（汽车）远 离你而去时，这声音的音调（频率）由于波的膨胀 （较长波长）而减低。
气象台值班室
RDA
RPG
PUP
雷达数据采集系统（RDA）
采用脉冲多普勒体制的全相干系统 • 速调管放大、高功率全相干发射机 • 窄波束低旁瓣的天线 • 低噪声宽动态范围的相干接收机 • 多参数的信号处理器 • 主要参数的自动检测
发射机
取得雷达数据的第一步是发射一个射频f0信号。 这主要由速调管放大器（相当于老式雷达中的的磁 控管）来完成。该放大器产生一个高功率（峰值功 率750kw）非常稳定的10厘米的射频（f0）脉冲。
米)
备注
12-40
8-12 4-8 2-4
2.5-0.75
4-2.5 8-4 15-8
测非降水 云
探测降水
探测降水
探测降水
常用天气雷达的主要技术参数
波束宽 度
天线增益G
雷达的 PPI 扫描方式
PPI 显示结果的空间分布
多普勒天气雷达工作原理
多普勒天气雷达
常规数字化天气雷达利用的是降水回 波的幅度信息，即利用信号强度来探测雨 区的分布、强度、垂直结构等。