天气雷达回波模拟系统的设计与实现
天气雷达回波模拟系统的设计与实现
摘 要： 天气雷达回波模拟系统能够成功模拟出具有真实天气目标特征的回波信号，利用这种回波信号可以实现在实验室环境中完成本需在外场试验条件下才可以进行的雷达性能测试。首先介绍了天气雷达回波模拟的原理，设计出回波模拟流程图，其次给出了回波模拟硬件平台的设计及模拟软件实现的思路，最后根据真实天气回波的特征等信息生成模拟回波图，并对模拟前后的回波图进行对比分析。
关键词： 天气雷达；回波；信号模拟
0 引言
在现代地基主动气象遥感领域，多普勒天气雷达占据着重要的地位，特别是在对一些突发性、灾害性等中小尺度天气过程的捕获与跟踪时，其较高的时间与空间分辨能力就显得越来越重要[1]。随着多普勒天气雷达在气象探测业务运行中的广泛使用，在雷达的研发与维护过程中，对雷达的性能进行完整测试就显得非常重要[2]。由于实验条件及天气状况等因素的影响，要在完全真实的天气过程的环境中对雷达各个模块及系统进行测试将非常困难。国内现阶段对雷达接收机性能测试所采用的方法一般是给其提供一个不具有天气目标回波特征的单一频率的信号，这些信号能够通过测量系统通道的技术参数来验证系统硬件的性能。但由于这些测试信号不具有天气信号的时频特征，故测试结果仍与处理真实天气回波时的状态存在差异。而将实时天气目标回波作为接收机的测试信号的方法却有成本过高、测试过程复杂、所需时间长等缺点。除此之外，由于实时气象目标的参数是不可控的，所以这种方法不能实现对接收机性能参数的定量测试。如果能够模拟产生具有真实天气目标特征的雷达回波信号，就可以在实验室环境中模拟完成外场试验所需的测试，同时也可以降低测试成本，缩短研发周期，提高工作效率[3]。除此之外，对模拟回波的参数进行控制，可以实现定量测试，进而可对接收机及后端的信号处理算法进行验证。
1 天气回波信号模拟的原理
由于天气目标的径向移动会造成接收信号的频率相对于发射信号的频率存在一定的频移（多普勒频移），即天气雷达回波信号可以看成原始发射信号在时间上的延迟并且频谱进行搬移后的一个时间序列，这就是回波信号模拟的基本原理[4]。
ZRNIC D S[5]在总结了滤波器法与快速卷积法等模拟算法后，从天气雷达回波信号的功率谱的角度，提出了简单实用的基于谱模型的直接拟合法。气象回波的功率谱密度函数为Pn(f)：
其中，pr为回波的功率，fd为多普勒频率，f为频率标准差，PRF为脉冲重复频率，N为样本个数。
由气象雷达方程及相关理论可知：pr=CZ/r2，fd=2vr。其中，C为雷达常数，只与雷达系统的参数有关；Z为反射率因子；r为气象目标与雷达站的径向距离；vr、v分别为径向速度和速度谱宽；为雷达发射电磁波波长。
为了模拟出具有真实回波信号的频谱特性，需要在式(1)中加入噪声，然后进行随机化可得式(4)：
式中，随机变量rnd在区间[0，1]上具有均匀分布，PN(f)为每秒钟噪声总功率，则PN(f)/PRF为噪声功率谱密度。
为了获取回波信号的复频谱特征，需要在Pn(f)中引入0~2π变化的随机相位谱?渍n(f)=rnd·2π/rndmax，即可以构成回波信号的复频谱，然后将其进行离散傅里叶逆变换（IDFT）得到对应的时间序列sn：
其中In、Qn分别为天气雷达正交接收机I通道、Q通道的数值。
由以上分析可得，在已知雷达基本参数的情况下，对天气雷达回波信号进行模拟时，可以先根据设想的回波特征(不同距离处的反射率因子、平均径向速度、谱宽)等信息计算出回波功率、多普勒频移、频率标准差等信息，然后根据这些信息构建出回波功率谱密度函数，最后加入噪声生成具有真实天气目标特征的回波信号，即I/Q信号。天气雷达基数据逆变I/Q序列算法设计流程图。
经过逆变算法获取的具有真实天气目标特征的I/Q信号，再通过回波模拟系统中的变频处理可以将信号的频率变成射频（中频）。射频信号（中频信号）可以被输入到天气雷达的接收机前端（中频前端），从而可以实现在实验室环境中，利用具有真实天气特征的回波信号对天气接收机的性能参数进行定量测试。
2 回波模拟系统的硬件实现
多普勒天气雷达回波模拟系统由回波模拟计算机(内插PCI板卡)、数字接口N5102A、射频信号源E8267D、信号定时器、数字中频组件、雷达信号处理工控机等模块组成，其系统结构示意图。
回波模拟系统的硬件设计流程如下：
（1）用户给出所需模拟回波的特征信息（不同距离处回波的反射率因子、径向速度、谱宽等），此时回波模拟计算机将根据谱模型的直接拟合法模拟出具有真实回波特征信息的回波信号，即数字I/Q信号。16 bit串行I/Q数据将按照规则被输送到PCI板卡，串行I/Q数据时序图。
（2）N5102A数字基带信号接口模块是射频信号源E8267D外置的基带数字信号数据传输专用接口模块。在N5102向模拟系统发送同步传输时钟的条件下，16 bit的I/Q信号串行输出到数字接口N5102A，经N5102A将数据格式转换后传给E8267D射频信号源。
（3）射频信号源接收到数字I/Q信号后，将对其进行双路D/A转换，使数字I/Q转换成模拟的I/Q信号。模拟I/Q信号再经过调制得到视频信号，最后经上变频处理使其频率达到雷达工作的射频频率或雷达中频系统的工作频率，最后输出射频（中频）模拟回波信号。
（4）射频信号源输出的模拟中频信号被传送到数字中频组件，数字中频组件的作用为将中频信号进行欠采样（由锁相环产生采样频率）、下变频、滤波等处理后生成基带的I/Q信号，并经由网线传送给雷达信号处理工控机。
（5）雷达信号处理工控机采用的是标准工控机平台IPC-8462，是整个天气雷达回波信号模拟系统的控制核心。雷达信号处理工控机接收到数字中频传送的I/Q信号及回波模拟计算机传送的雷达天线角码等信息后，将实时绘制出用户设定的天气雷达模拟回波的反射率、径向速度、谱宽等天气雷达回波图。
3 回波模拟系统的软件实现
天气雷达回波模拟系统的软件实现均是基于VC++平台和英特尔集成性能基元(Integrated Performance Pri-mitives，简称Intel IPP)开发的。在VC++平台主要完成应用程序的开发，而IPP库的使用主要是利用其中高度优化的软件函数库，以此来实现天气雷达基本产品的生成及应用程序运行效率的提高。
天气雷达回波模拟系统的软件实现主要包括回波模拟计算机上位机模拟软件及数据采集分析软件和PCI驱动程序的设计。
（1）回波模拟计算机上位机软件可实现回波模拟参数设置、基数据生成、基数逆向I/Q数据转换算法以及对I/Q数据采集并进行频谱和功率谱的分析等功能。当用户设定需模拟产生的回波特征信息后，经基数据逆向转I/Q算法处理生成I/Q数据。雷达I/Q数据采集软件对生成的I/Q数据进行采集，此软件可实现对国内SA、SB、CA、CB以及XD等型号的多普勒天气雷达I/Q数据进行读取，并进行算法处理显示出基本产品。图4为多普勒天气雷达I/Q数据采集及分析软件的显示界面。
（2）由于天气目标一般为体目标，故模拟出的天气回波的数据量较大。较大的数据量一般均超过了FPGA芯片ROM的存储量，而直接往FPGA的ROM中写入少量模拟数据的方法不能完整模拟出大片天气雷达回波信息。对天气雷达回波模拟系统而言，采用数据流传输的方式来实现大量数据的传输就显得非常重要。因此，PCI的上位机驱动程序的设计是整个回波模拟系统的实现的关键部分。PCI的上位机驱动程序主要包含程序初始化、卸载、读数据和写数据，其程序设计。
4 实验结果及评价
为了验证天气雷达回波模拟系统的效果，还需根据真实天气雷达回波的结构及特征信息开展回波模拟实验，以使模拟的回波结构具有真实天气目标的特征。
在进行真实天气回波模拟实验时，选取小雨天气条件下的雷达回波反射率因子作为模拟对象，。首先在回波模拟计算机上位机软件中对图6（a）中的左上部分（龙门山脉）、右下部分（小雨区）等区域的回波特征进行信息提取，生成模拟的基本反射率因子数据；然后再经过基数据逆变I/Q序列算法处理，生成模拟的I/Q数据；最后经过天气雷达回波模拟硬件系统后，生成模拟的天气雷达回波图，。
为了验证模拟系统的正确性，现对图6中（a）、（b）进行比较分析。从模拟回波的结构分布及强度等特征可以看出，图（b）具有与图（a）几乎一致的回波结构及强度分布等，特别体现在左上方的龙门山脉结构、右下方的条状回波及三角状回波。
实验结果证明，该天气雷达回波模拟系统能够成功模拟出具有真实天气目标特征的回波信号。因此，该模拟系统能够为天气雷达在实验室环境中完成外场试验所需的性能测试提供较大的帮助，具有很广的应用前景。
多普勒天气雷达回波识别及解析总结计划之降水回波
多普勒天气雷达回波辨别及分析总结计划之降水回波
多普勒天气雷达回波辨别和剖析之降水回波
1. 层状云降水雷达回波特色——片状回波
层状云是水平尺度远远大于垂直尺度云团，由这种云团所产生的降水称之为稳固性层状云降水。降水区拥有水平范围较大、连续时间较长、强度比较均匀和连续时间较长等特色。⑴回波强度特色：①在 PPI 上，层状云降水回波表现出范围比较大、呈片状、边沿零落不
规则、强度不大但散布均匀、无显然的强中心等特色。回波强度一般在 20-30dBz，最强的为
45dBz。②在 RHI 上，层状云降水回波顶部比较平坦，没有显然的对流单体崛起，底部
及地，强度散布比较均匀，所以色彩差别比较小。一个显然的特色是常常能够看到在其内部有一条与地面大概平行的相对强的回波带。进一步的观察还发现这条亮带位于大气温度层结
0 度层以下几百米处。因为使用早起的模拟天气雷达探测时，回波较强则显示越亮，所以称之为零度层亮带。回波高度一般在 8 公里以下，自然会跟着纬度，季节的不一样有所变化。⑵回波径向速度特色：因为层状云降水范围较大，强度与气流相对照较均匀，所以相应其径向速度散布范围也较大，径向速度等值线散布比较稀少，切向梯度不大。在零径向速度型双侧常散布着范围不大的正、负径向速度中心，此外还常存在着流场辐合或辐散区。
⑶零度层亮带：如前所述，在 PPI 仰角较高或许 RHI 扫面时，总能在零度层以下几百米处看到一圈亮环或许亮带回波，亮带内的回波比上下两个层面都强。因为亮带回波老是陪伴
层状云降水出现，所以是层状云降水的一个重要特色。 （零度层亮带形成的原由：冰晶、雪花着落的过程中，经过零度层时，表示开始消融，一方面介电常数增大，另一方面出现碰
并聚合作用，使粒子尺寸增大，散射能力加强，所以回波强度增大。当冰晶雪花完整消融后，快速变为球形雨滴，受雨滴破裂和下降速度的影响，回波强度减小。这样就存在一个强回波带，说明层状云降水中存在显然的冰水变换区，也表示层状云降水中气流稳固，无显然的对流活动。）
一种数字阵列天气雷达信号处理系统设计
第２７卷第３期 ２０１３年０６月 空军预警学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｅａｒｎ Ｗａｍｉｎ￣Ａｃａｄｅｍ Ｖ＿０１．２７ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２０ｌ３
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５—５８３９．２０１３．０３．００２
一种数字阵列天气雷达信号处理系统设计
朱子平， 刘志英， 穆文争， 董巍
（中国电子科技集团公司第３８研究所，合肥２３００８）
摘要：为了获得气象目标信息参数、为分析湍流等天气过程演变提供更精细的信息、为高质量气象分析提 供更好的手段，结合研制的某ｘ波段数字阵列天气雷达，对数字波束形成（ＤＢＦ）技术、杂波抑制和频域解模糊等问 题进行了分析和仿真；探讨了ＤＢＦ技术在天气雷达中的应用优势，对因波束电扫描使波位变化导致回波信号跳 跃而限制ＩＩＲ滤波器和脉冲对￣ＪＥ（ＰＰＰ）应用的问题，提出采用频域插补技术来实现地物杂波抑制和保证气象目
标参数估计的质量，最后。给出了天气雷达信号处理系统工程设计方案． 关键词：天气雷达；数字阵列；数字波束形成；杂波抑制；解模糊 中图分类号：ＴＮ９５７ 文献标志码：Ａ 文章编号：２０９５．５８３９（２０１３）０３．０１６１．０３
多普勒天气雷达利用云、雨等气象目标与
雷达之间的相对运动所形成的多普勒效应，不但
能探测气象目标的位置和强度分布情况，还能探
测气象目标内部质点的运动状态，如提供平均径
向速度和速度变化率（即谱宽）．多普勒天气雷
达提供了气象目标更多信息参数，使人们能深入
研究各种天气过程的起始、发展、形成、消失等
演变情况，从而发现或掌握其演变规律，对各种
灾害性天气能有效监测和预警，甚至进行人工干
预，如干旱地区进行人工降雨、人工防冰雹的形
成，减少对农作物的损害．近年来，随着气象技
术人员对飑线、龙卷、湍流、下击暴流等天气形成
过程研究的深入，迫切需要通过雷达提供更精细
信息估计数据，以便对各种天气过程演变机理进
使用气象雷达进行天气监测与预报的方法与技巧
使用气象雷达进行天气监测与预报的方法与技巧
气象是人类生活中重要的一部分，天气状况直接影响着我们的出行、活动和生产等各个方面。为了更好地了解气象情况，科学家们发明了气象雷达。气象雷达是一种能够探测大气中的云雨、降水和天气形势的设备，它通过发射和接收回波的方式来获取天气数据。在这篇文章中，我们将介绍使用气象雷达进行天气监测与预报的方法与技巧。
首先，气象雷达可以通过回波的反射和散射特性来判断云雨水量的多少和降雨的类型。雷达回波的强度反映了降水的情况，而回波的形态则可以显示降水的类型，如雨、雪、冰粒子等。通过分析不同区域和高度的回波特征，可以确定降水带的位置和移动趋势，从而更准确地预测降雨时间和降雨强度。
其次，气象雷达还可以探测到风暴的特征和强度。当发生雷暴时，雷达可以捕捉到闪电等电磁信号，并通过计算雷达回波和闪电之间的关系，确定风暴的性质和强度。这对于预测风暴的移动路径、持续时间和可能的影响范围非常重要。根据雷达提供的风暴信息，气象部门和相关机构可以及时发布预警信息，以保护人们的生命和财产安全。
除了降水和风暴，气象雷达还可以用于监测其他天气现象，如冰雹、龙卷风、暴雪等。当这些天气现象发生时，雷达会显示明显的回波信号，从而提醒相关部门和人们做好防范措施。通过整合气象雷达和其他气象观测手段，可以实现全天候、全方位的天气监测和预报，提高气象预测的准确性和可靠性。
在使用气象雷达进行天气监测与预报时，有一些技巧是需要注意的。首先，了解雷达回波的特征和解读回波图像的基本知识是必不可少的。熟悉不同颜色代表的回波强度和不同形态对应的天气类型，可以帮助我们更好地理解和分析雷达图像。其次，掌握雷达图像的时间和空间分辨率，了解其雷达站点的覆盖范围和扫描模式是很重要的。不同的雷达站点和扫描模式可能会导致图像的畸变和遗漏，因此在分析和使用雷达图像时要有所考虑。
另外，与气象雷达相关的数据处理和模型技术也在不断发展。利用雷达反演算法和数值模拟方法，可以从雷达回波中提取出更多的天气参数信息，如降水强度、垂直降水分布、风场等。这些信息对于研究气象变化、提高天气预报能力和开展气候研究都具有重要意义。因此，了解和熟练掌握相关的数据处理和模型技术，对于进一步挖掘雷达数据的潜力以及提高天气监测和预报的能力是非常有帮助的。
机载雷达探测数据仿真平台设计与实现
第２８卷第４期 ２０１２年８月 热带气象学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＲＯＰＩＣＡＬ ＭＥＴＥＯＲＯＬ０ＧＹ Ｖｏ１．２８，Ｎｏ．４ Ａｕｇ．，２０１２
纪雷，王振会，黄兴友，等．机载雷达探测数据仿真平台设计与实现［Ｊ］．热带气象学报，２０１２，２８（４）：５５７—５６３．
文章编号：１００４－４９６５（２０１２）０４—０５５７—０７
机载雷达探测数据仿真平台设计与实现
纪雷１，２，王振会１，２，黄兴友２，滕煦２，
赵凤环２，吴彬２，张培昌２
（１．南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室，江苏南京２１００４４； ２．南京信息工程大学大气物理学院，江苏南京２１００４４）
摘 要：为了便于研究诸多因素对云降水雷达探测回波强度的影响，设计开发了雷达探测回波强度定量 计算软件，即雷达探测数据仿真平台“ＳｉｍＲＡＤ”（Ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ａｉｒｂｏｍｅ Ｒａｄａｒ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ），通 过输入雷达发射频率，大气状态参数（高度、气压、气温、相对湿度）以及水成物相态、滴谱分布、含量等信 息，使用云降水雷达观测和衰减订正理论进行计算，可以模拟出水成物的雷达回波强度以及水成物和大气衰 减的垂直廓线，并且可以对雷达回波进行衰减订正。 关键词：ＳｉｍＲＡＤ；机载毫米波雷达；衰减订正；云探测；模拟仿真 中图分类号：Ｐ４１２．２５ 文献标识码：Ａ Ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００４－４９６５．２０１２．０４．０１５
１引 言
云和降水在大气系统中有着重要的作用，对
大气辐射平衡有重要影响［卜 。云的形成和发展
是产生降水的前提条件，是影响降水系统动力学 和微物理特性的重要方面［３］。雷达探测是获取云
降水宏观和微观结构的重要手段。目前在气象预
报业务中广泛使用的常规地基天气雷达，对含有
大水滴的浓密云区有一定的探测能力，主要是用
于雨区观测，不能对水成物粒子较小的薄云或非 降水云进行有效探测［４】，毫米波气象雷达则可以
车载式X波段气象雷达天线升降系统设计与实现
研究与
车载式Ｘ波段气象雷达天线升降系统设计与实现
魏旭辉 ，陆卫冬 ，游峰。 ：Ｉ：
（１．新疆维吾尔自治区人工影响天气办公室，新疆乌鲁木齐８３０００２；２．华南理工大学交通学院， 广东广州 ５１０６４０）
行气象应急预案时．该系统通过同步控制策
中图分类号：ＴＰ２４１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９４９２（２０１０）０７—００４３—０３
１引言
气象雷达是探测降水系统的主要工具，是对暴雨、冰
雹和龙卷等强对流天气进行监测和预警的强有力工具之
一．通过分析雷达接收到的降水系统回波的特征，不仅能
反演降水回波的位置、范围、强度和高度，确定降水的性
质，以及其影响的程度和影响的地区，还能够随时对所发
现的气象目标进行观测和跟踪ｆ】。】。其应用领域包括对强
对流天气的探测和预警、大范围降水的监测和雨量的定量
估计、风场特征的判断以及高分辨率数值天气预报模式初
值场等方面。
在全球气候变暖背景下．灾害性天气发生频率日益增
加。为增强应对灾害性天气的监测和预警能力，进一步完
善气象应急服务体系和提高服务质量，必须针对与风害和
冰雹相伴随的灾害性天气，实时获取降水和降水云体的风
场结构，提供准确提供雷达观测资料。
灾害性天气对车载气象雷达的机动性提出了更高的要
求。雷达机动性㈨是指在规定条件下，雷达由某区域工
作状态经快速撤收、运输到另一区域并重新展开恢复到工
作状态所耗费的人力和时间。对车载雷达采取高可靠、高
自动化的天线升降系统既有利于提高机动性，又有利于提
高天线中心物理高度，克服近距遮挡．扩大雷达的探测区
域，为天气数据的观测创造有利条件。
本文针对车载１．５ｍ口径平面雷达天线设计了升降系
统．以完成雷达天线平稳、准确、快速地举升到中心离地
３．５ｍ高度，并达到应有的精度指标。 ２系统工作要求
设计指标为：总举升高度１．５～４ｍ。举升时间小于
１．５ｍｉｎ，８级风下正常工作，无电时能完成应急撤收。本
雷达气象
第一章 引论
1、新一点天气雷达相比传统天气雷达的优势（径向速度和速度谱宽）
2、我国天气雷达的布局原则
S波段（10cm）布设在东部沿海和多强降水的地区，C波段（5cm）布设在强对流多发
的中部地区
3、新一代天气雷达系统的性能要求
(一) 对灾害性天气有强的监测和预警能力；（大范围降水监测不小于400km，小尺度强
对流有效监测和识别距离大于150KM，50km处探测最小回波强度不大于-7dBZ【S
波段】或-3dBZ【C波段】）
(二) 有良好的定量测量回波强度的性能，定量估计大范围降水；
(三) 有良好的多普勒测速能力；一定的晴空探测能力
(四) 智能型探测系统
(五) 与其他业务系统相互衔接，界面友好
4、新一代天气雷达的应用领域
(一) 对灾害性天气的监测和预警（雷暴大风、冰雹、强降水）
(二) 定量估测大范围降水（受雷达本身的精度限制，降水类型、雷达探测高度、地面降
水的差异和风等多种因素影响）
(三) 获取风场信息(辐合、辐散、旋转、最大风速、切变量，线性风假定条件下，通过
VAD处理，可得到垂直风廓线随时间演变图)
(四) 改善高分辨率数值天气预报模式的初值场
5、新一代天气雷达CINRAD
我国新一代天气雷达的型号：S波段包括SA SB SC ，C波段包括CB CC CCJ CD。新
一代天气雷达系统由雷达数据采集子系统RDA、雷达产品生成子系统RPG、主用户终端子
系统PUP以及通讯线路组成。
RDA由四个部分构成：发射机、天线、接收机和信号处理器。对于CINRAD-SA雷达，天
线仰角的变化范围从-1到90°，取决于天线的扫描方式、体扫模式VCP和天气模式。扫描
方式有三种：5分钟14个仰角、6分钟9个仰角、10分钟5个仰角。定义的体扫模式VCP
有4种：VCP11、VCP21、VCP31、VCP32。两种天气模式：降水模式和晴空模式。信号处
理器有三个重要功能：地物杂波消除、A/D变换、退距离折叠。RDA内一级数据（模拟数
一次强对流天气雷达回波分析
2020年11月
第22期总第464期内蒙古科技与经济
Inner Mongolia Science Technology & EconomyNovember2020
No. 22 Total No. 464
一次强对流夭气雷达回波分析
邸强
（内蒙古气象台，内蒙古呼和浩特010050）
摘 要：利用呼和浩特市新一代天气雷达资料，对2009年7月27日18时呼和浩特市出现的一次 强对流天气典型个例进行了雷达回波分析，探讨了此次强对流天气发生时反射率因子、回波顶高、径向
速度、垂直液态水含量、冰雹指数等雷达产品的演变特征％结果表明：研究强对流天气发生发展的成因$
做好强对流天气预报和山洪预警，是气象工作者面前亟待解决的技术难题；研究强对流天气特征具有非
常重要的意义，可以提高强对流天气的临近预警能力和短期预报能力，也可为当地各级政府部门组织开
展气象防灾减灾提供科学的决策依据％
关键词:呼和浩特；强对流天气；冰雹；雷达回波分析中图分类号:P406C226） 文献标识码:A 文章编号1007—6921（2020）22—0089—01
强对流天气是对流引起的冰雹、强降水天气和
雷雨大风的统称，它是一种中尺度天气现象°冰雹 天气是由强对流天气系统引起的一种剧烈的天气现
象，它出现的时间短，范围小#虽度大，突发性强的特
点，并常伴有雷雨大风、强降水等天气现象°冰雹天
气造成的灾害，是呼和浩特市地区夏季最严重的气
象灾害之一，也是气象预报服务的重点°
1 呼和浩特地区气候特点呼和浩特市地处西北地区，属典型的蒙古高原
大陆性干旱气候，是西路、西北路和北路冷空气常经
之地°四季气候变化明显，气温日较差和年较差大°
其特点是春季干旱多风，气候干燥；夏季短暂而炎
热，降水少且集中；秋季日光充足，降温迅速，凉爽而
短促，常有霜冻，无霜期较短；冬季少雪，漫长而寒
冷°
近年来随着全球气候变化异常，生态环境恶化#
自然灾害频发#虽对流天气引发的灾害给人民生活、
基于基数据的西藏地区多普勒天气雷达资料管理与共享系统设计与实现
工程技术 计算机光盘软件与应用
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＣＤ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ２０１０年第４期
基于基数据的西藏地区多普勒天气雷达资料管理与共享
系统设计与实现
李春艳，刘 勇，次仁措姆
（西藏气象信息网络中心，拉萨８５００００）
摘要：文章介绍了利用计算机、数据库等技术，面向业务科研需要，建立基于基数据的西藏地区多普勒天气雷达资料管 理及共享服务系统的实现方法。 关犍词：多普勒雷达；基数据；管理 中图分类号：ＴＬ８２２＋．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—９５９９（２０１０）０４—００４０—０２
Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｓｈａｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ
Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｒａｗ Ｄａｔａ ｏｆ Ｔｉｂｅｔ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｒａｄａｒ
Ｌｉ Ｃｈｕｎｙａｎ，Ｌｉｕ Ｙｏｎｇ，ＣｉＲｅｎ ＣｕｏＭｕ （Ｔｉｂｅｔ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ＆Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｌｈａｓａ ８５００００）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎ￣ｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ，ｄａｔａｂａｓｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｂｕｓｉｎｅｓｓ—ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｎｅｅｄｓ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｂａｓｉｃ ｄａｔａ ｏｎ Ｔｉｂｅｔ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｗｅａｔｈｅｒ ｒａｄａｒ ｄａｔａ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｈａｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄｏｐｐｌｅｒ ｒａｄａｒ；Ｒａｗ ｄａｔａ；Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ
一、引言
新一代多普勒天气雷达（ｃＩＮＲＡＤ）采用了目前世界上先进的雷
达技术、计算机技术、数字信号处理以及图像处理等高新技术，具
有全天候和高时空分辨率的探测能力，是监测跟踪中小尺度天气系
气象雷达原理与系统
气象雷达原理与系统
气象雷达是一种通过使用雷达原理来探测大气中的云和降水的仪器。它通过发送脉冲的无线电波到大气中，然后接收被云和降水散射的回波来获取相关信息。
气象雷达的原理基于射线通过不同介质时的反射和散射现象。雷达发射器会发出一个射频脉冲，在发射时刻记录下，然后通过天线发射到大气中。当脉冲遇到云或降水时，一部分能量被散射回来，形成回波讯号。
气象雷达系统主要由雷达机、天线系统、信号处理系统和显示系统组成。雷达机是控制雷达运行和数据处理的中枢部分，它包含了发射器和接收器，用于发送和接收脉冲信号。天线系统是立在地面或机械装置上的旋转天线，用于发射和接收信号。信号处理系统负责接收回波信号并进行处理，将其转化为可用的数据。显示系统将处理后的数据以可视化的方式呈现给气象人员。
在气象雷达中，射频脉冲的特性对于其探测能力至关重要。传统的气象雷达使用的是连续波雷达，它的脉冲持续时间非常短，但是发送的是连续的信号。这样可以实时接收到回波信号，但无法确定信号的散射位置。随着技术的发展，脉冲压缩技术被应用于气象雷达中，通过延长脉冲宽度和增加脉冲的能量，可以提高雷达的探测灵敏度和分辨率。
气象雷达通过探测回波信号的强度、频率和相位等特性来检测云和降水的位置、形态、强度和移动方向。雷达回波的强度可以反映云或降水的强度，回波的频率和相位可以反映云或降水的速度和方向。通过分析回波的特性，气象人员可以预测和监测天气的变化情况，为气象预报和灾害预警提供支持。 除了定量测量降水，气象雷达还可以用来探测其他大气现象，如雷暴、风暴、颗粒物浓度等。雷暴的探测主要通过回波信号的极化特性来判断，风暴和颗粒物的探测则通过回波信号的多普勒频移来识别。
总之，气象雷达利用雷达原理通过发送和接收脉冲信号来探测大气中的云和降水，并通过分析回波信号的特性来获取相关信息。它在天气预报和气象监测中发挥着重要的作用，为人们提供准确的天气信息和灾害预警。
天气雷达数据处理系统的设计与实现
第２５卷第３期 ２０１０年６月 成都信息工程学院学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦＣＨＥＮＧＤＵＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖｌ０１．２５ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２０１０
文章编号：１６７１．１７４２（２０１０）０３—０２３７．０５
天气雷达数据处理系统的设计与实现
朱 毅 ， 何建新 ， 李 飞 ， 王中科 ， 靳小兵２
（１．成都信息工程学院，四川成都６１０２２５；２．四川省防雷中心，四川成都６１００７２）
摘要：天气雷达数据处理系统是“全国天气雷达终端更新”项目的关键，其目的就是要实现雷达回波信号的高 速采集与处理、天线控制、实时显示与存储、回波强度定标等功能。设计中，利用复杂可编程逻辑器件（ＣＰＬＤ）和 Ｑｕａｒｔｕｓ ＩＩ设计软件，产生各种复杂的时序逻辑控制时钟，协调信号处理器、天线控制器中各功能电路的工作。实 现的数据处理系统达到了系统的技术指标，通过实际使用证明，系统性能稳定可靠、结构简单、界面友好、操作方
便、便于升级，完全能够实时、高效地处理常规天气雷达信号。 关键词：天气雷达；数据处理系统；信号处理器；天线控制器 中图分类号：ＴＮ９５９．４ 文献标识码：Ａ
１ 引言
天气雷达在气象短临预报、防灾减灾等方面发挥了不可低估的作用。目前，全国布设完成了１５８部多普勒天 气雷达，与此同时，仍有一大批常规天气雷达和数字化天气雷达还在使用。数字化雷达的改造和多普勒雷达的建
设，在我国气象业务和科研中发挥了重要作用。由于多种原因，我国业务天气雷达终端的型号繁多，且在技术标 准上存在很大差异，信号处理方法，数据格式规定，产品种类和生成方法，以及资料存储格式和方法都不相同，有
的信号和数据处理出现错误，观测数据失真，给正常业务观测，组网拼图、数据共享以及重大科学试验带来困难和 损失…１。另一方面，超大规模集成电路以其卓越的性能和价格优势，在现代电子产品的研制生产中被广泛采用。