天气雷达的工作原理
天气雷达原理
天气雷达原理
天气雷达是一种用于探测大气中降水、云层、风暴等天气现象的仪器。
它利用雷达原理，通过发射电磁波并接收反射回来的信号，来探测大气中的物理参数。
天气雷达的原理是基于雷达的基本原理，即利用电磁波在空气中传播的特性，来探测目标物体的位置、速度、形状等信息。
天气雷达的发射器会发射一束电磁波，这个电磁波会在空气中传播，当遇到云层或降水时，会被反射回来。
接收器会接收到这些反射回来的电磁波，并将其转化为电信号。
这些电信号会被处理，以确定目标物体的位置、速度、形状等信息。
天气雷达的探测范围通常是几百公里，可以探测到大气中的云层、降水、风暴等天气现象。
天气雷达可以提供实时的天气信息，帮助人们预测天气变化，以便采取相应的措施。
天气雷达的应用非常广泛，不仅可以用于天气预报，还可以用于航空、军事、海洋等领域。
在航空领域，天气雷达可以帮助飞行员避开风暴和降水区域，确保飞行安全。
在军事领域，天气雷达可以用于侦察和预警，帮助军队做好战斗准备。
在海洋领域，天气雷达可以用于海上航行和渔业，帮助船舶和渔民避开风暴和降水区域，确保航行和捕捞安全。
天气雷达是一种非常重要的仪器，它可以帮助人们预测天气变化，
确保人们的生命财产安全。
天气雷达的原理是基于雷达的基本原理，即利用电磁波在空气中传播的特性，来探测目标物体的位置、速度、形状等信息。
天气雷达的应用非常广泛，不仅可以用于天气预报，还可以用于航空、军事、海洋等领域。
气象雷达工作原理
气象雷达工作原理气象雷达是一种用于探测大气中降水和其他天气现象的仪器。
它通过发射和接收无线电波来探测物体的散射信号，从而获得天气信息。
气象雷达的工作原理如下：一、发射信号气象雷达的首要任务是向大气中发射无线电波。
通常使用的是10公分到1毫米波段的无线电波，这些波段的电波能够穿透云层并与降水粒子进行散射。
雷达通过天线将电能转换成电磁波，并以高频率向外辐射。
二、波与物体相互作用当雷达波遇到大气中的物体，例如云层和降水粒子时，它们会与这些物体发生相互作用。
这种相互作用会导致电波的散射、衰减和反射。
散射：物体的尺寸比电磁波长短时，散射现象就会发生。
散射信号的强度与目标物体的特性以及电磁波的频率有关。
衰减：电磁波穿过介质时会发生衰减，这是由于介质中的颗粒和分子对电磁波的吸收和散射。
反射：当雷达波遇到大气中的物体时，一部分电磁波会被反射回雷达的天线。
接收到的反射信号会被用来分析物体的位置、形状和特征。
三、接收和分析信号雷达天线接收到反射信号后，将其转换为电能并传输到接收机。
接收机会对信号进行放大和滤波，以去除噪声和干扰信号。
接收到的信号会被转换成数字信号，并进行进一步处理、分析和显示。
四、图像生成和显示通过对接收到的信号进行分析，雷达系统可以生成气象图像。
这些图像显示了天空中的降水分布、云层结构、风暴系统等天气现象。
根据图像所显示的信息，气象专家可以预测天气的变化和趋势。
总结：气象雷达通过发射和接收无线电波来探测大气中的降水和其他天气现象。
它的工作原理包括发射信号、波与物体相互作用、接收和分析信号以及图像生成和显示。
通过气象雷达的工作，我们能够了解天气的变化情况，从而提前做好防范和安排。
希望以上内容符合您的要求，如有需要请再次告知。
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
相控阵天气雷达关键技术研究
相控阵天气雷达关键技术研究相控阵天气雷达关键技术研究引言天气预报在人们的生活和工作中扮演着重要的角色。
准确地了解未来的天气状况对农业、交通、航空、能源等行业具有重要的意义。
而相控阵天气雷达作为现代雷达技术的一种重要应用，已经在天气监测和预测领域发挥了关键作用。
本文将介绍相控阵天气雷达的工作原理，并重点探讨其关键技术。
一、相控阵天气雷达的工作原理相控阵天气雷达是利用雷达技术对大气中的水滴、冰晶等粒子进行探测和测量的装置。
它通过发射高频电磁波，并接收由大气中散射返回的电磁信号来获取目标的信息。
相控阵技术在天气雷达中的应用，使其具备了以下几个关键特点：1.1 高时空分辨率相控阵天气雷达采用多波束形成技术，可以同时监测多个方向上的天气现象。
相较于传统的机械转台雷达，相控阵雷达可以实现更高的时空分辨率。
这使得天气雷达能够更准确地探测和跟踪天气现象的演变，提高天气预报的准确性。
1.2 宽频带工作相控阵天气雷达采用宽频带工作方式，可以接收并处理来自不同目标的多个频率的回波信号。
这种宽频带工作的特点，使得雷达在探测和分析大气中的不同目标时具备良好的灵敏度和分辨性能。
1.3 自适应抗干扰能力相控阵天气雷达采用数字信号处理技术，可以对接收到的信号进行抗干扰处理。
它可以有效地抑制天气雷达在强信号干扰下的性能下降，提高雷达的工作稳定性和抗干扰能力。
二、相控阵天气雷达的关键技术2.1 高性能发射机技术相控阵天气雷达中的发射机需要具备高稳定性和较大的输出功率。
高性能发射机技术可以通过采用带宽扩展技术、频率合成技术和功率分配技术等方式，实现雷达系统在宽频带工作下的高功率输出和好的发射功率稳定性。
2.2 高精度波束成形技术波束成形技术是相控阵雷达的核心技术之一，它决定了雷达对目标的探测和跟踪能力。
高精度波束成形技术可以通过采用高精度数字信号处理技术和复杂的波束成形算法，实现对天气目标的精确探测和跟踪，提高雷达的分辨率和抗干扰能力。
天气雷达的基本工作原理和参数-168页文档资料
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）
天气雷达工作原理
天气雷达工作原理宝子们！今天咱们来唠唠天气雷达这个超酷的东西，它就像老天爷的小间谍，能把天气的那些小秘密都给挖出来呢。
天气雷达呀，其实就是一个超级厉害的“眼睛”，不过它看的可不是咱们平常能看到的那些东西哦。
它主要是盯着天上的云啊，雨滴啊，还有那些调皮的小冰晶。
你想啊，天空那么大，那么神秘，要是没有个厉害的家伙去探查探查，咱们怎么能知道什么时候会下雨下雪，又什么时候能出去愉快地玩耍呢？天气雷达是怎么做到这些的呢？这就得从它发射的波说起啦。
天气雷达会发射出一种叫做电磁波的东西，这电磁波就像一个个小信使，快速地冲向天空。
这些小信使可厉害着呢，它们碰到云层或者雨滴之类的东西就会被反射回来。
就好像你扔出去一个小皮球，碰到墙就弹回来了一样。
不过呢，这电磁波反射回来的时候可带着好多有用的信息呢。
比如说，要是反射回来的电磁波很强，那就说明它碰到了好多好多的雨滴或者比较大的东西。
这时候呀，天气雷达就知道啦，哟，这个地方的云层里水分可不少呢，很可能就要下大雨啦。
相反，如果反射回来的电磁波比较弱，那可能就是云层里的水汽还不多，或者都是些小冰晶之类的，雨可能就没那么容易下下来。
而且哦，天气雷达还能根据电磁波往返的时间来判断这些东西离自己有多远。
你看，电磁波的速度是固定的，就像一辆小火车按照固定的速度跑。
它跑出去再跑回来的时间一测出来，那距离不就很容易算出来了吗？这样的话，天气雷达就能知道云层啊、雨滴啊在天空中的具体位置啦。
天气雷达还有个很有趣的地方呢。
它可以像画画一样，把探测到的天气情况画成一幅图。
就像你小时候画画一样，把不同的颜色代表不同的天气状况。
比如说，红色的地方可能就是雨下得特别大的地方，蓝色的地方可能就是云层比较薄，雨比较小或者还没开始下的地方。
这样，气象学家们一看这个图，就像看一幅天气的地图一样，心里就有数啦。
天气雷达就像一个忠诚的小卫士，不管白天黑夜，不管晴天还是阴天，都在那里默默地工作着。
它不怕风吹雨打，就为了能给咱们提供准确的天气信息。
气象雷达原理及故障维护
气象雷达原理及故障维护气象雷达是一种利用无线电波来探测大气中降水和其他天气现象的仪器。
它可以实时获取天气信息，用于天气预报、气象研究和航空交通等领域。
本文将介绍气象雷达的原理以及常见的故障维护方法。
气象雷达的原理主要基于雷达回波的工作原理。
当雷达发射器发射出一束微波脉冲时，这些微波会在大气中遇到不同的材料，如雨滴、冰球等，从而发生散射。
散射的微波会被雷达接收器接收到，并通过信号处理和分析来确定目标的位置、距离、强度等信息。
气象雷达一般采用的是脉冲回波雷达。
在雷达系统中，首先由雷达发射器产生一个高功率的脉冲信号，然后通过天线将脉冲信号辐射到大气中，接收到的回波信号经过接收机的放大、混频、滤波和检波等处理，得到相应的回波信号。
最后，通过信号处理和分析，得到目标物体的有关信息。
气象雷达的故障维护主要包括以下几个方面：1. 雷达天线故障：雷达天线是气象雷达的核心部分，承担着发射和接收信号的任务。
如果天线出现故障，会导致雷达无法正常工作。
常见的故障原因包括天线损坏、天线偏离校准位置、天线连接线松动等。
维护人员可以通过检查天线和连接线的状态，修复或更换受损的部件。
3. 数据传输故障：气象雷达采集到的数据需要通过网络传输到预报中心等地方进行处理和分析。
如果数据传输出现故障，会导致数据无法及时传输和处理。
常见的故障原因包括网络故障、数据传输线路故障等。
维护人员可以通过检查网络连接和传输线路的状态，修复或更换受损的部件。
综上所述，气象雷达的原理是基于雷达回波的工作原理，可以通过发射和接收微波信号来探测大气中的天气现象。
常见的故障维护包括雷达天线故障、信号处理故障和数据传输故障等，需要维护人员及时进行检修和修复，确保雷达的正常运行。
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平面位置显示器(PPI)
平面位置显示 器是天气雷达应用 得最多显示器，简 称平显，也叫PPI (Plan Position Indicator)。 当天线仰角为 ００，天线围绕铅 直轴转动时，平面 位置显水器表示的 是波束扫描平面上 的降水分析。
距离高度显示器(RHI)
为了了解云、雨的形成和垂直结构情况，在天气雷达 上还有一种常用的显示器——距离高度显示器。距离高度 显示器简称高显或RHI(Rang Height Indicator)。在高显 中，横坐标表示云、雨目标的斜距，纵坐标是云雨目标的 高度。
电子版（第二版）
第一章 绪论
1.1 概述 1.2 天气雷达发展历史 1.3 天气雷达工作原理
第三节 天气雷达工作原理
1、雷达工作原理
天气雷达的工作原理
雷达主要组成 与探测性能有关的一些雷达参数
天气雷达的工作原理
基本原理同一般雷达： 定向地向空中发射 电磁波列(探测脉冲)， 然后接收被气象目标散 射回来的电磁波列（回 波信号），并在荧光屏 （或计算机系统）上显 示出来，从而确定气象 目标物的位置和特性。 (C=3*108m,1sec=106μs)
Z Y
R φ θ H
L
X
R雷达实测距离, R=1/2Cδt L雷达回波距离, L=Rcos(θ ) H雷达回波高度, H=Rsin(φ )
φ= 方位角，θ=仰角， δt= 往返时间
雷达的测距原理
雷达根据从开始发射无线电波到接收到目标物 回波的时间间隔，来测定目标与雷达之间的距离。
为了测定目标物的距离，一般雷达不是连续发射电 磁波而是每隔一定的时间作一次短时间的发射。这种短 时间发射的无线电波叫脉冲波或简称无线电脉冲。
距离仰角显示器(REl)
距离仰角显示器是显示云 和降水的垂直结构的显示器。 由于距离高度显示器只能在低 仰角下使用，如711雷达和7l3 雷达在作距离仰角显示时，天 线的最大仰角只分别为32０和 29０，这样的仰角看不到近距 离天顶附近的云雨情况，为了 解近距离天顶附近的云雨情况 和结构，某些天气雷达(国产 713雷达)可以作“距离仰角显 示”，这种显示器简称为REI (Rang Elevation Indicator)
６、接收机 雷达接收机的作用是将天线接收回来的微弱 回波信号放大并变换成足够强的视频信号送往显 示器产生回波标志。
７、显示器
显示器是把雷达探测到的云、雨等目标 及其相对于雷达的坐标位置(方位、距离、高 度)、回波强度等显示出来的装置。 由于需要重点了解的情况不同，天气雷 达经常使用的显示器有： 平面位置显示器（PPI） 距离高度显示器（RHI） 等高平面位置显示器（CAPPI）
与探测性能有关的一些雷达参数
１、波长
微波范围内不同波长的雷达性能仍然有很大的不同。 例如波长为10厘米的雷达通常只能探测到雨探测不到云， 而波长在1厘米左右或波长更短的雷达则能够探测到云。 但随着波长从10厘米缩短到3厘米以下电波在云雨中传播 时道到削弱的程度迅速增加，影响雷达探测远处的云和降 雨。
雷达主要组成
常规天气雷达的组成
现代天气雷达系统框图
1、定时器 定时器是雷达的 “指挥中心。它实际 上是一个频率稳定的 脉冲信号发生器。定 时器每隔一定的时间 间隔发出一个脉冲信 号，它触发发射机， 使发射机定时地产生 强大的高频振荡脉冲 并使阴极射线管同时 开始作时间扫描。
２、发射机
在定时器的控制下，发射机每隔一定的时间产 生一个很强的高频脉冲，通过天线发射出去。
横坐标为距离，纵坐 标为高度，垂直坐标尺度 和水平坐标尺度一样，因 此它没有距离高度显示器 那样出于两个坐标尺度不 一样而引起的失真。
等高平面位置显示器(CAPPl)
平面位置显示器只是在仰角为０时得到降水目 标的平面分布，仰角大于０时得到的是一个远处高 近处低的漏斗面上的云雨分布。为了解不同高度上 的云和降水分布，了解降水发生发展的三度空间情 况，人们使用了 “等高平面位置显示器”，简称 CAPPI(Constant Altitude PPl)。等高平面位置显 示器能够显示不同高度平面上的云雨分布
测距公式
时间是 秒
基本公式：
公里
时间是 微秒
C=3*108m,1sec=106μs
雷达的测角原理
雷达测量目标的方位角和仰角是依靠雷达天线的定向 作用去完成的。定向天线的特点是它辐射的电磁波能量只 集中在某一个方向上，此时，其他的方向上没有或只有很 少的发射能量。
要精确地测出目标的方位角和仰角，就要求发射天线和接 收天线同时指向同一目标。因此，在雷达工作过程中，要求接 收天线必须与发射天线严格地同步运行，所以天线的传动系统 十分复杂。在现代的脉冲雷达系统中，实际上是用同一个定向 天线完成发射和接收的双重任务的。
３、雷达天线
雷达天线的作用是定向地辐射高频脉冲波和 接收来自该方向的回波。气象上使用的雷达天线 一般由两部分组成： 天线辐射喇叭， 把发射机产生的高 频脉冲能量向外辐 射。
天线反射器， 把来自辐射喇叭的 脉冲电波，以很小 的张角高度定向地 向外反射。主要包括两个部分，一部分是 天线的转动系统，一部分是同步系统。天线转动 系统的作用是：（1）使天线绕垂直轴转动，以便 探测平面上的降水分布，或漏斗面上降水、云的 分布；（2）使天线在某一方位上作上下俯仰，以 便探测云和降水的垂直结构和演变。 天线同步系统（也叫伺服系统）的作用是： 使阴极射线管上不同时刻时间扫描基线的方位、 仰角和相应时间天线所指的方位、仰角一致（即 同步），从而使雷达荧光屏上出现的目标标志 （用亮点或垂直偏移表示）的方位、仰角就是目 标相对于雷达的实际方位、仰角。
５、天线转换开关
因为雷达发射和接受的都是持续时间极短（微秒量 级）、间歇时间很长（千微秒量级）的高频脉冲波，这 就有可能使发射和接收共用一根天线。天线转换开关的 作用是：在发射机工作时，天线只和发射机接通，使发 射机产生的巨大能量不能直接进入接收机，从而避免损 坏接收机；当发射机停止工作时，天线立即和接收机接 通，微弱的回波信号只进入接收机。