最新风廓线雷达原理
风廓线雷达
风廓线雷达类型
各种类型风廓线仪用途：
边界层风廓线雷达：航空港飞机着陆与起飞； 空间污染监控；军事替代地面观察站；研究。
低对流层风廓线雷达：航空港环境——飞机 着陆，起飞，交通管制；运输和扩散——危 险原料（核能）的污染控制；军事——射弹 风修正；研究。
对流层风廓线雷达：天气观察、预报及研究
电磁净空环境的选择：由于风廓线雷达为高 频发射和接收设备,信号容易受到附近电磁波 的影响,频率选定前应尽早到当地无线电管理 部门办理频率适用许可并办理无线电电台执 照
设备运行的维护维修 ：所需时间大概30min， 30min，30min，1h，2h，1h
风廓线仪维护维修计划表
小结 高分辨率大气廓线仪等新一代雷达遥感技术在大气 研究领域中的广泛应用,能够拓宽全球气象预报，对 改进天气分析和预报，降低测风成本和提高实效都 有很重要的意义，必将极大地推动中尺度大气热动 力学的研究进展，使人们能够对中纬度和热带地区 的各类天气现象进行更加深入的研究。 为适应我国未来风廓线仪大规模建设和应用的需要，
RASS
风廓线仪上加装无线电探声系统(RASS) 后, 可以测量大气层的有效温度。RASS 雷达系 统通常由4 个声源组成,分布在廓线仪天线阵 的每一边并垂直向上发射声波。廓线仪把声 波作为目标接收并处理反向散射,同时测得传 播速度。由于声速与大气温度有很好的对应 关系,所以可以通过廓线仪测得的声速来得到 有效温度廓线。
频谱非相参累积后频谱(பைடு நூலகம்)与相参累积后(右)比较
应用现状
水平风测定：通过测量水平风廓线，研究暴 雨、锋面、急流、重力波等天气现象。1989 年中国气象科学研究院研制成功了我国首部 UHF 多普勒风廓线仪，并用于北京中尺度灾 害性天气预报基地的业务试验，证明了其有 效性和可靠性。王欣等用风廓线仪资料分析 安徽梅雨期间的强降水过程，表明其对水平 风的垂直结构有较强的探测能力，能实时监 测中尺度降水期间风的垂直切变和对流特征， 提高临近天气预报的精度。
风廓线雷达与及激光测风雷达
波束进行控制。②从模块箱接收观测信号,并检测出信号的 相位。③在收发装置中还产生这个系统的时间信号,用于系 统的时序控制。
• 数据处理单元:主要是用计算机处理收发装置送来的数据,以 图形方式将处理后的产品显示出来,同时保存数据文件
定位精度
±0.1度
位置分辨率 ±0.01度
位置重复率 ±0.05度
感谢您的聆听
THANK YOU FOR LISTENING
激光测风雷达-分类
探测方式： • 相干探测激光雷达 • 非相干探测（直接探测）激光雷达。
激光测风雷达-分类
• 直接式常以空气分子的瑞丽散射为基础，一般选择蓝绿光或紫外等短 波长激光作为发射源，才能得到比较强的瑞丽散射气象回波信号，经 过单边缘滤波、双边缘滤波或条纹检测手段，通过功率谱分析方法， 间接提取多普勒频率信息。
• 2007年，中国科学技术大学研发了一台波长为355nm的车 载测风激光雷达系统。
• 当前，中国兵器209所在传统扫描方式的基础上，研发了 一种采用二维扫描工作方式的小型三维测风激光雷达。
WindTrace相干激光多普勒测风雷达
技术参数
技术指标
脉冲重复频率 500Hz ±10Hz
脉冲能量
2mJ
风廓线雷达-原理探究
• 实际仪器设计为三波束或五波束 轮流发送
• 通过依次测量1个天顶垂直波束 指向和东、南、西、北4个倾斜 波束指向上各个距离库的多普勒 速度, 在大气水平均匀的条件下, 用同一高度上的5个波束指向的 多普勒速 度测量值联合求解出 大气3维风场。
02 激光测风雷达
激光测风雷达-概念探测
风廓线雷达——一种新型的测风雷达
从 年 10 月 刀 日 本文于 1望 收封
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VAD
时 通 常 要 有 一 定 的假 设 即 认 为 大 气 变 化 在
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提要
一种新型 的 测 风雷达
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风廓线雷达资料在强对流天气预报中的应用
风廓线雷达资料在强对流天气预报中的应用风廓线雷达资料在强对流天气预报中的应用1. 引言强对流天气是指发生在大气层中的强烈垂直运动，伴随着强风、大雨、冰雹、龙卷风等天气现象。
由于其突发性和破坏力，强对流天气对人类社会和经济活动造成了极大的威胁。
因此，准确预报强对流天气对于社会和经济的安全十分重要。
本文将探讨风廓线雷达资料在强对流天气预报中的应用。
2. 风廓线雷达技术简介风廓线雷达是一种利用雷达探测大气中散射物体（如悬浮在空气中的小颗粒）的运动信息的仪器。
通过测量散射物体的速度和方向，风廓线雷达可以提供大气中不同高度层的风场信息。
它的工作原理是利用雷达向大气中发射微波脉冲，当这些脉冲与散射物体相互作用时，一部分能量被散射回传到雷达接收器，从而获得风场信息。
3. 风廓线雷达资料的获取与分析风廓线雷达通过不断扫描天空，得到一系列垂直方向上的雷达回波，然后通过信号处理和算法分析，可以得到各个高度层的风速和风向资料。
这些资料可以进行可视化展示，如风廓线图，也可以转换为水平风场图和垂直风剖面图等形式。
在强对流天气预报中，通常会将这些资料与其他观测数据、模型预报等数据进行综合分析，以提高预报的准确性。
4. 风廓线雷达资料在强对流天气预报中的应用4.1 预测对流系统演化强对流天气的演化过程往往与形成对流云的热力学条件和上升运动有着密切的关系。
风廓线雷达可以提供对流云中的气旋度和辐合度等参数，通过分析这些参数的变化，可以预测对流系统的演化趋势。
例如，当气旋度增强和辐合度增大时，预示着对流云将继续发展并可能引发强对流天气。
4.2 定量降水预报强对流天气常常伴随着大雨和冰雹等降水现象。
风廓线雷达可以提供不同高度层的降水强度和降水型态信息，通过分析这些信息，可以定量预报降水的强度和分布范围。
同时，风廓线雷达还可以检测到雨滴的径向速度，通过测量径向速度的变化，可以判断降水颗粒的类型，从而更好地预测降水过程中的冰雹等极端天气。
风廓线雷达
频谱非相参累积后频谱(左)与相参累积后(右)比较
应用现状
水平风测定：通过测量水平风廓线，研究暴 雨、锋面、急流、重力波等天气现象。1989 年中国气象科学研究院研制成功了我国首部 UHF 多普勒风廓线仪，并用于北京中尺度灾 害性天气预报基地的业务试验，证明了其有 效性和可靠性。王欣等用风廓线仪资料分析 安徽梅雨期间的强降水过程，表明其对水平 风的垂直结构有较强的探测能力，能实时监 测中尺度降水期间风的垂直切变和对流特征， 提高临近天气预报的精度。
风廓线雷达信息提取
相参累积：风廓线雷达所处理的信号一般为 弱信号 ，需要进行回波信号积累，一般即如 何从噪声之中获取所需的信息 。对单个脉冲 进行适当相参积累之后,提取风廓线信息就成 为一种可能。信号相参积累可以较好的提高 其SNR ,直观的看,只要进行足够数量的相参 积累就可以获得比较理想的SNR ,继而就可以 比较容易的获得所需信息。
探测湍流、边界层高度、空气污染，进行大 气环境研究。洪钟祥等用低层大气廓线仪 LAP3000等设备获取的遥感资料研究了湍流 热通量的垂直分布、地面热通量以及边界层 高度等。 ZHONG Shiyuan 等用布于 California 中部山谷的22 部风廓线系统，对 该区域盛行夏季风环流变化特征作了观测分 析，研究了该山谷三维风温结构的日变化特 征。
湿度廓线的推算：风廓线仪能够探测三维风 速场,无线电探声系统(RASS) 又能够获得有 效温度廓线。通过RASS 雷达获得的温度廓 线可以连续地估算出湿度廓线,从而能够对对 流层中水汽在大气运动中的作用进行更深入 的研究。
选址和维护
地理环境的选择：风廓线雷达的理想站点是 周围没有树木、高压输电线和建筑物的浅谷 或者开阔的平坦区域,且远离地面和空中交通, 并将电磁干扰降到最小。 电磁净空环境的选择：由于风廓线雷达为高 频发射和接收设备,信号容易受到附近电磁波 的影响,频率选定前应尽早到当地无线电管理 部门办理频率适用许可并办理无线电电台执 照
风廓线雷达数据处理与应用研究
风廓线雷达数据处理与应用研究风廓线雷达数据处理与应用研究摘要：风廓线雷达是一种常用于探测大气中风场结构和变化的仪器，广泛应用于气象、航空、环境科学等领域。
本文主要探讨了风廓线雷达数据的处理方法及其在实际应用中的研究进展。
首先介绍了风廓线雷达的基本工作原理和数据获取方式，然后详细讨论了雷达数据处理的流程和常用方法。
接着，分别介绍了风廓线雷达的应用于天气预报、空气质量监测、气候研究等方面，探讨了其在这些领域中的具体应用和作用。
最后，对目前风廓线雷达数据处理与应用研究的不足进行了总结，并展望了未来的发展方向。
一、引言近年来，随着大气科学研究的迅猛发展，风廓线雷达作为一种能够实时、连续观测大气风场的先进仪器，得到了广泛的应用。
风廓线雷达可以提供垂直方向上大气风场的信息，对于理解大气中的动力学过程、天气变化和气候演变等具有重要意义。
二、风廓线雷达的基本原理和数据获取风廓线雷达是一种主动型雷达，利用发射的微波信号与大气中的散射体进行相互作用，通过接收散射回波来获取散射体的运动信息。
风廓线雷达的基本原理是多普勒效应，即监测散射回波的频率变化来推测散射体的运动状态。
三、风廓线雷达数据处理方法风廓线雷达数据处理的目的是从原始雷达回波中提取有用的风场等信息，并将其转化为可视化的形式。
常用的风廓线雷达数据处理方法主要包括数据质量控制、多普勒频谱分析、风场反演和数据可视化等步骤。
四、风廓线雷达在天气预报中的应用风廓线雷达在天气预报中的应用主要体现在对切变线、对流云和飑线等天气现象的监测和预警上。
通过监测大气中的风场变化，可以及时发现和跟踪可能发展成破坏性天气事件的特征。
五、风廓线雷达在空气质量监测中的应用风廓线雷达在空气质量监测中的应用主要体现在对大气污染物传输过程的研究上。
通过监测大气中的风场和污染物浓度分布，可以评估不同污染源的影响程度和扩散途径，为制定有效的空气质量改善策略提供科学依据。
六、风廓线雷达在气候研究中的应用风廓线雷达在气候研究中的应用主要集中在对大气环流、季节变化和气候异常等方面的探索。
风廓线雷达与激光测风雷达
激光测风雷达-分类
探测方式： • 相干探测激光雷达 • 非相干探测（直接探测）激光雷达。
激光测风雷达-分类
• 直接式常以空气分子的瑞丽散射为基础，一般选择蓝绿光或紫外等短 波长激光作为发射源，才能得到比较强的瑞丽散射气象回波信号，经 过单边缘滤波、双边缘滤波或条纹检测手段，通过功率谱分析方法， 间接提取多普勒频率信息。
（1）采用大面积天线,以提高天线增益,所以风廓线雷达一般 为方形天线,不作机械转动,而采用电扫描工作; （2）在每个波束指向探测时,风廓线雷达会驻留几十秒至数分 钟的时间进行连续探测, 并对收集的弱回波信号进行累加, 以 提高回波信噪比; （3）采用多模式组合探测
优势探讨
• 是一种新型的无球高空气象遥感探测设备; • 可以连续提供大气水平风场、垂直气流、大气折射率结构常
• 属于主动测量系统，利用大气中随风飘动的微小颗粒(气 溶胶或者大气分子)对激光的多普勒频移效应来测量大气 风场结构分布的一种现代光电探测技术
• 采用光学方法对测量空域的风场进行非接触式实时三维测 量，同时完成对大气中的气溶胶的扫描
• 利用气溶胶运动产生的多普勒频移确定激光视线方向上的 径向风速的序列，反演观测视场的大气风场分布
中电集团14所 航天科工集团二院23所 安徽四创电子股份有限公
司
爱尔达公司
敏视达雷达有限公司
O CFL-16
O
Airda16000
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GLC-24 CFL-08 SCRTWP-01
Airda8000
TWP8
CLC-8 CFL-03B K/LLX802
Airda3000
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GLC-24 （14所） Troposphere Wind Profiler II
风廓线雷达数据处理与应用研究
风廓线雷达数据处理与应用研究风廓线雷达数据处理与应用研究一、引言风廓线雷达是一种用于探测大气中风场特征的高分辨、全天候雷达系统。
它利用探测得到的散射信号和多普勒频移信息，可以获取大气中不同高度上的风速和风向数据。
这些数据对于气象、航空、气候等领域的研究和应用具有重要意义。
风廓线雷达数据的处理和分析是利用这一技术的关键环节，本文将对风廓线雷达数据的处理方法和应用进行研究和探讨。
二、风廓线雷达数据处理方法1. 数据获取风廓线雷达通过发射微波信号，利用散射回波量测来自大气中不同高度上的信号强度。
这些回波信号被接收到雷达天线，并通过模拟/数字转换等方式将其转化为数字信号保存。
获取的原始数据包括频率、强度和多普勒频移信息。
2. 数据预处理原始数据存在一定的噪声和杂波，需要进行滤波和去噪处理。
滤波可以选择不同的算法，如中值滤波、卡尔曼滤波等。
去噪处理可以采用傅立叶变换、小波变换等频域方法，也可以利用滑动窗口平均、差分算法等时域方法。
3. 数据分析数据分析主要包括信号处理、多普勒频移解算和风分析。
信号处理包括雷达图像生成和分析，可以利用滤波、插值等算法对散射回波信号进行处理和可视化展示。
多普勒频移解算是指通过多普勒频移信息计算出风速和风向，可以利用傅立叶变换、互相关等方法进行解算。
风分析是利用解算得到的风速和风向数据，对大气运动、风场结构等进行分析和研究。
三、风廓线雷达数据应用研究1. 气象学应用风廓线雷达可以提供大气中不同高度上的风场特征，对于气象学研究有着重要意义。
可以通过分析风廓线数据，探测大气中的气旋、锋面等天气系统；研究大气运动对降水、气温等气象要素的影响；监测大气层结、对流发展等气象过程；识别大气中的边界层和湍流等。
2. 航空航天应用风廓线雷达可以提供精确的风速和风向数据，在航空和航天领域有着广泛的应用。
利用风廓线雷达可以监测低空风场，为飞机起降、航迹规划等提供重要参考信息；可以预测复杂气象条件下的空气动力学影响，提高航空器的飞行安全性；可以研究风切变等对飞行的影响，改善飞行操纵性能。
风廓线雷达
风廓线雷达
风廓线雷达是一种用于探测大气中风速和风向的仪器。
它通过发射无线电波至大气中，并接收反射回来的信号来获取相关数据。
风廓线雷达在气象学、气候研究和天气预报等领域具有重要的应用价值。
原理
风廓线雷达工作原理是基于多普勒效应。
它通过测量反射回来的无线电波的频率变化，从而得出大气中不同高度处的风速和风向信息。
风廓线雷达可以获取垂直方向的风廓线数据，为研究气象变化提供了重要数据支持。
应用
•气象研究：风廓线雷达可以用于监测大气中风场的变化，为天气和气候研究提供了有力数据支持。
•天气预报：通过监测大气中风速和风向的变化，风廓线雷达可以提供精准的风暴预警，为应急管理提供重要信息。
•航空领域：风廓线雷达可以用于监测飞机起降过程中的气象条件，确保航班安全。
发展趋势
随着气象技术的不断发展，风廓线雷达的性能和精度不断提高。
未来，风廓线雷达将更加智能化、精准化，为气象预测和气候研究提供更好的支持。
结论
风廓线雷达作为一种重要的气象探测设备，发挥着重要作用。
随着技术的不断发展，风廓线雷达将在气象领域发挥越来越重要的作用，为人类的生活和发展提供更好的服务。
风廓线雷达的原理及其应用
风廓线雷达的测风原理和方法
1、大气湍流散射 由于大气湍流折射率的不均匀性，会引起电磁波的散射。向空中发射 电磁波，即使在晴空的情况下也会接收到大气的回波。描写大气湍流 散射的雷达方程为： PtGhL2
Pr 7.3 10 4 Cn 5 / 3
2
R2
式中Pr为雷达接收到回波功率，Pt是雷达发射的脉冲功率，h是雷达 的取样长度，τ是雷达发射脉冲宽度，L是雷达天馈系统的损耗，R是 回波所在的距离。 能够形成晴空回波散射机制的一个必要条件是探测区域的湍流尺度等 于二分之一的电磁波波长。由于大气的湍流尺度随高度增加，不同探 测高度的风廓线雷达要采用不同的电磁波波长。风廓线雷达通常使用 表 1 电磁波频率如表1。
根据雷达工作频率的不同，可将风廓线 雷达分为甚高频（VHF）、超高频（UHF） 和L波段三类。一般情况下，边界层风廓线雷 达选用L波段，对流层风廓线雷达选用UHF （P波段），探测高度在平流层以上的风廓线 雷达大致选用VHF。
探测原理
风廓线雷达主要以晴空大气作为探测对象，利 用大气湍流对电磁波的散射作用进行大气风场等要 素的探测。风廓线雷达发射的电磁波在大气传播过 程中，因为大气湍流造成的折射率分布不均匀而产 生散射，其中后向散射能量被风廓线雷达所接收。 一方面，根据多普勒效应确定气流沿雷达波束方向 的速度分量；另一方面，根据回波信号往返时间确 定回波位置。由此看来，风廓线雷达是无线电测距 和多普勒测速的结合。
业务应用的风，如规定等压面，规定高度等都是在计算层风的时间和风向风 速关系曲线上用线性内插的方法求得。 由于大部分业务应用的风正好落在计算层风对应时间的概率很小，业务所需 的风向风速几乎都是内插求得的。 《规范》规定的风内插方法，风向风速是 分别进行的。 在进行风的内插处理时，风速都作为正值处理。而风速是有方向的，采用线 性内插法忽视了其方向性。而风向在一个圆周上取平均值，尤其是在间隔时 间较大的情况下，也是有问题的。 因此，在应用传统测风方法所得风向风速的数据时，应注意以下问题： 1）风是相对于某一高度层的平均风，忽略了层内的风向风速变化，即湍流运 动。在计算层内，当风向风速有较大变化时，不能代表该层风的实际情况。 2）在探空同时测风的情况下，风的分层高度分别约为400米、800米和1600 米。小球单测风是上述分层高度的一半。 3）气球定位测风并不是测站上空的风，其高层风的测量结果可能是 100公里 以外的情况，当大气流场不均和锋面过境时，可能完全不能代表测站上空的 情况。
新一代天气雷达风廓线产品的可用性研究
新一代天气雷达风廓线产品的可用性研究摘要：本文通过南昌单部多普勒雷达风廓线产品利用速度方位显示来计算得出各层高度中的风向风速的工作原理，利用VAD原理计算得出在非均匀流场中的风向、风速、辐散和形变信息，并与气球携带电子探空仪综合探测得到的各层高度中的风向风速的资料进行对比，来研究多普勒天气雷达风廓线产品的可用性，综合研究表明多普勒天气雷达风廓线（VWP）产品对天气预报、强天气识别、水文、航天等领域提供了重要的参考风资料。
关键词：风廓线；VAD；风场反演；综合探测风新一代天气雷达是监测与预警灾害性天气的重要手段，多普勒雷达风场反演技术能提供回波区域风场信息，是研究灾害性天气和超短期预报有效的工具之一，也对研究大气边界层起了重要作用。
新一代天气雷达?vCINRAD/SA?w风廓线产品即速度方位显示风廓线（表示号#48，标识符VWP），是利用VAD技术测量风场结构的原理，根据不同时刻的不同仰角同一距离或者不同时刻的同一仰角不同距离上的多普勒速度V（θ）分布资料，应用VAD技术就可以得到几个规定高度的平均风向风速，并说明了运用VAD技术测量风场的可用性和局限性。
风廓线产品是速度方位显示（VAD）在各层导出水平平均风的垂直廓线。
风被描绘于坐标格点上。
X轴为时间，Z轴是高度，以km为单位，只显示最近11个体扫的数据，每个体扫可以显示30个高度层的风资料。
这些用于显示的平均高度在UCP上选择，两层间的最小间隔必须大于0.3Km（约1000英尺），而最低层选择必须高于台站雷达拔海高度.高度可以选择到21Km，但高于14Km 的风场质量不是很高，它被推荐在雷达产品请求列表中。
风场使用风羽图绘制，风向杆的长度总是相同。
南昌新一代天气雷达?vCINRAD/SA?w风廓线产品的选择的拔海高度分别为：0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、1.8、2.1、2.4、2.7、3.0、3.4、3.7、4.0、4.3、4.6、4.9、5.2、5.5、5.8、6.1、6.7、7.3、7.6、7.9、8.5、9.1、10.7、12.2、13.7、15.2（单位为Km）。
关于移动风廓线雷达车日常维护
一
、
风 廓线雷达相关原理
一
个 净化 的环境 。
与普 通探测相对 比，风廓线雷达具有探测高度 、精度
上 的 绝 对 优 势 。大 气 温 度 和湿 度 的流 动 变 化会 产 生 相 应 的
三 、风廓线雷达运行 的 日常维护及维修
需 要 定 期 每 月进 行 维 护 的 主要 有室 内及 室外 设 备 的维
海洋仪器， ２ ０ ０ ９ （ ２ ） ． ［ ２ 】 张建 国． 固定式边界层风廓线 雷达在 气象探测 中的应 用研 究Ⅲ． 电
子与通信工程， ２ ０ １ ２ ．
２ ． 相应的电磁环境 的选择。因为风廓线雷达是一种高频
发射 和接 收的设 备 ， 自然而 然 ，其信 号也就 极容 易受 到 附近 无关 电磁 波 的干扰 。为此 ，在设 备建 设 的初 期 就应对 原拟 定
护 、天线维 护 和声源 的维 护 ，而这些 不 同的维 护有 着各 不相 同 的维 护 目标 ，所需 维护 时间 也不尽 相 同。这 些不 同主要 表
大 气 折 射 指数 的涨 跌 ，雷 达会 被 散 射 因为 遇 到这 些 折 射 不 同 的气 团 ，这种 雷达 散 射 被称 作 晴空 散 射 。 随后 散 射 气 团 随风 移 动 ，进而 使 回波 信 号 产 生多 普 勒 频 移 ，通 过 对 回波 和发 射 波 束 的 对 比可 以得 到 相 对应 的多 普 勒 频移 值 ，再 由
此要 考虑 到选 址尽 可能 接近 供 电站 ，以避免 电缆 安装 及维护 较 困难 同时费用 也较 高 问题 的产 生 。
些气象 灾害 诸如 暴雨 、台风等进 行相 关 的预警 预报 提供 帮
助 进而大 大减 少气 象灾 害造 成 的损 失 ，可 以说在 气象 探测 领 域 占据着 重要 的不 可或 缺 的地位 。为此 ，风廓线 雷达 在选 址
《风廓线雷达原理》课件
雷达探测原理
风廓线雷达利用电磁波的传播和反射特性进行探测。它发射电磁波信号，接 收所反射回来的信号，并通过计算距离，得到目标的位置和速度信息。
风廓线雷达监测参数
风廓线雷达可以监测多个重要参数，包括风速和风向，反射率因子以及多普 勒频移。这些参数对于气象学和能源领域的应用具有重要意义。
风廓线雷达工作流程
风廓线雷达的优势和局限性
优势
• 多参数监测，提供全面的气象信息 • 具有强大的实时性，可实时监测天气变化
局限性
• 重构成本较高，要求专业技术支持 • 对电磁环境有一定要求，受到干扰的风
险较高
结语
风廓线雷达在气象学和能源领域中具有重要意义。展望未来，随着技术的不断发展，风廓线雷达将发挥 更大的作用，助力人们更好地理解和利用自然力量。
《风廓线雷达原理》PPT 课件
欢迎大家来到《风廓线雷达原理》的课程，本课程将带领您深入了解风廓线 雷达的原理和应用。让我们一起探索这个神奇的技术吧！
什么是风廓线雷达
风廓线雷达是一种用于监测大气风场和天气变化的先进技术。它能够通过探 测大气中的微弱电磁波信号，获取风速、风向、反射率因子和多普勒频移等 重要参数。
1
雷达发射电磁波
风廓线雷达通过发射电磁波信号来探测大气中的目标。
2
接收信号
风廓线雷达接收目标反射回来的信号。
3
信号处理
通过信号滤波、多普勒频移处理和数据处理等步骤，对接收到的信号进行处理泛应用于风场监测和天气预报， 为气象学提供关键数据。
能源领域
在风电场运维中，风廓线雷达可以提供风速 和风向等数据，帮助优化风力发电。
测风雷达原理
测风雷达原理
测风雷达是一种通过测量风速和风向的仪器，它通过发送高频电磁波，利用多普勒效应来测量风速和风向。
其原理如下：
1. 发送高频电磁波：测风雷达会向天空发射高频电磁波，通常使用的频率为S波段（2-4 GHz）或C波段（5-6 GHz）。
2. 接收回波信号：发射的电磁波会与空气中的气体相互作用，产生回波信号。
测风雷达会接收这些回波信号，并将其转换成电信号。
3. 分析回波信号：接收到的回波信号会经过信号处理，得到风速和风向信息。
当电磁波的频率和速度与空气中的气体相互作用时，会产生多普勒频移现象，即回波信号的频率会发生变化。
通过测量回波信号的频移量，可以计算出气体的速度和方向。
4. 显示风速和风向：测风雷达会将测得的风速和风向信息显示在屏幕上或通过数据接口输出。
总之，测风雷达利用多普勒效应来测量风速和风向，可以精确地测量大气中的风速和风向信息。
它在气象、航空、海洋等领域有着广泛的应用。
浅谈风廓线雷达的原理及其应用
浅谈风廓线雷达的原理及其应用作者：牟杰来源：《科学与技术》 2019年第1期摘要：风廓线雷达是一种新型的高空大气探测系统，需要在晴空天气下进行探测，可以实时监测大气三维风场信息。
本文结合风廓线雷达原理，探讨了风廓线雷达的应用，仅供相关部门进行参考借鉴。
关键词：风廓线雷达；原理；应用引言风廓线雷达的应用实现了无人值守，可以对各种气象要素数据进行监测，同时具有高时空分辨特征。
因风廓线雷达探测优势和自身资料特点的综合作用，促进了数值预报模式工作的顺利开展，提升了天气预报的精细化水平。
风廓线雷达的使用弥补了传统探空资料时空密度不足的缺陷，同时还摆脱了时间方面的限制，在研究天气系统结构和演变中发挥着重要作用。
1.风廓线雷达的原理1.1风廓线雷达的定义将不同方向的电磁波束朝着高空发射，对因大气垂直不均匀而返回的电磁波束信息进行接收并处理的高空风场探测遥感设备称之为风廓线雷达。
结合风廓线雷达中的多普勒效应可实现区域上空随高度变化的风向、风速等气象要素数据的探测，其优点是探测时空分辨率高、自动化程度强等。
将声发射装置与风廓线雷达进行结合构成了具有无线电结构的声探测系统，可遥感探测到大气中温度的垂直廓线。
1.2风廓线雷达分类根据不同的天线制式，可以将风廓线雷达划分为相控阵风廓线雷达和抛物面风廓线雷达。
相控阵风廓线雷达体制可在各种类型的高空探测中使用，也是当前使用最为广泛的技术体制。
因风廓线雷达在测量气流速度的同时，还要定位空间气流信息，应具备发射脉冲电磁波和多普勒测速的功能，可以将风廓线雷达划分到脉冲多普勒雷达中。
晴空天气是风廓线雷达的主要探测对象，因此风廓线雷达往往被人们称之为晴空雷达。
根据不同的探测高度，可以将风廓线雷达划分为三种：边界层、对流层和中间层-平流层-对流层风廓线雷达。
其中边界层风廓线雷达的探测高度在3km左右，对流层风廓线雷达探测高度在12~16km之间；中间层-平流层-对流层风廓线雷达的探测高度在两者之间，其中探测高度不足8km的则称之为低流程风廓线雷达。
机场风廓线雷达维护与测试
机场风廓线雷达维护与测试作者：马涛来源：《中国新通信》 2018年第8期引言风廓线雷达本身属于晴空探测雷达中的一种, 其原理是利用大气湍流对电磁波的散射作用从而实现对大气风场等各类物理量进行探测的先进仪器。
是应用微波遥感探测原理实现自动化大气探测的先进装备。
风廓线雷达的主要特点在于它的测量结果的连续性和测量数据的实时性, 风廓线雷达还具有非常高的时间和空间分辨力等特点。
在军民用航空飞行保障、天气检测和预报、环境检查测和大气科学研究等方面风廓线雷达都有着广泛的应用。
一、风廓线雷达工作原理风廓线雷达是利用多普勒频移效应和无线电测距原理来探测高空风场、垂直气流场信息的设备。
射频电磁波打到湍流上，后向散射波被雷达接收到，未被散射的脉冲继续向上传播，然后带回更高层的风场信息。
风廓线雷达依次发射5个指向的波束，其中一个垂直方向，另外4 个为方位正交的倾斜指向，分别测出各波束指向的多普勒速度，4 个倾斜波束和垂直波束方向上得到的总共5 个径向速度合成一个风矢量。
二、组成结构及工作流程风廓线雷达包括天线、发射机、接收机、信号处理、天馈、数据处理及应用终端等系统，可在1287MHz、1292MHz、1297MHz 三个频点上单频工作。
如图1，接收机生成13dBm的脉冲射频信号作为激励信号，送至固态发射机系统的输入端，经过前级放大器放大输出40W，通过电缆连接送到激励放大器的输入端，该放大器将其放大至200W，经过隔离器、滤波器和定向耦合器输出送到1：2 功分器，分别从前级后面板输出。
这两路信号通过等相位的电缆传输到两部末级分机的输入端。
末级功率放大器将送来的信号约80W 放大至约1.65Kw 送往天线。
经过散射被接收到的回波，经收发开关，低噪放大器将回波放大到30dB 左右，经混频和中频放大后变为60MHz 中频信号，输入给数字中频，数字中频进行模拟信号采样，下变频处理为数字I、Q 信号，输送给信号处理系统；数据处理系统对三维风场数据进行解析和合成，生成最终的水平风向风速、垂直气流、谱宽和信噪比的数据廓线，存入数据文件显示。
机场风廓线雷达参数选择和安装位置
机场风廓线雷达参数选择和安装位置摘要：本文对机场风廓线雷达的参数选择和安装位置进行系统的分析，希望可以保证飞机飞行的安全，利用机场风廓线雷达有效的对机场上空的风场分布进行有效的探测，以此来提高飞机飞行的效率。
关键词：风廓线雷达；雷达参数选择；安装位置分析机场的风裤线雷达可以对机场上空的风场中风向，风速，风力进行有效的勘测和分析，进而来判断机场上空的天气是否适合飞机飞行，从而避免了飞机安全事故的发生，不仅降低了机场的经营成本，而且还对乘客的人身财产安全做出了保障。
而机场风廓线雷达的有效探测高度根据其参数的选择和安装位置有关，基于此，本文对其进行分析探讨。
1 机场风廓线雷达应用现状分析1.1风廓线雷达的基本原理机场的风廓线雷达可以对大气高层中的风力场进行探测，对风切向等危险的天气现象提前做出预警，以防飞机飞行事故的发生，风廓线雷达是一种遥感设备，它对大气层中的风向，风速等风力参数进行探查时，其探查的结果与风廓线雷达的探测高度有关系。
机场的风廓线雷达根据其探测的不同的大气层，可分为边界层风廓线雷达，低对流层风廓线雷达，高对流层风廓线雷达以及平流层风廓线雷达。
机场的风廓线雷达所发生的电磁波进入到大气层中，根据被大气所折射的不同方向而发生散射，之后电磁波发生散射之后的能量又重新被雷达接收，雷达接收后的信号再经过计算机技术的数据处理就可以确定大气层中的风力场，以此来判断大气层中的风场是否适合飞机运行。
1.2风廓线雷达应用现状机场的风廓线雷达是利用大气流动对雷达的电磁波的散射作用，进而探测大气中的风向的一种设备，它可以每隔极短的时间就能获取一次大气垂直空间上的风场的分布，我们可以利用这些数据进而有效的探测大气层中是否存在风切变，因为风切变是影响飞机飞行的一种非常危险的天气现象，如果在飞机飞行中存在风切变的天气现象就极易造成飞机飞行的事故。
机场的风廓线雷达对于在飞机飞行中预见危险风切变天气和能见度比较低的大气具有十分重要的意义，避免了飞机飞行事故的发生，对于保证乘客的人身财产安全，降低危险事故具有十分积极的作用，我们应该普遍实现机场风廓线雷达的安装。
风廓线雷达原理
NO.1
风廓线基本概念
从遥感角度讲
风廓线雷达(wind profiler radar,WPR) 主要是利用 大气 湍流对电磁波的散 射作用对大气风场 等物理量进行探测 的一种主动式地基 遥感设备。
从测量角度讲 因为风廓线雷达同 时要完成测速与定 位功能，所以风廓 线雷达是是无线电 测距与多普勒测速 的结合。
径向速度以朝向天线运动为正，失量的分量取正直代表风向。水平风速 VH,风向由UE，UN导出：
垂直波束的径向速度URd与大气垂直速度一致。
由于倾斜波束偏离垂直方向的角度较小，取其水平方向的分量误差较大，因此， 垂直波束的测量误差要小于水平分量的误差，即风廓线雷达最适用于大气垂直的气流 测量
风廓线测风的分层高度
▪LO美GO国
➢ NPN(35部对流层)，间隔200公里，每个站 配有一套GPS水汽监测系统。CAP(60多部 各种型号)，由35个部门建设的风廓线雷达 组成。
➢ 探测数据和设备的状态信息一起被发送到位 于Bloulder的风廓线雷达控制中（PCC）。 经过数据处理和质量控制，每小时平均的风 数据和温度数据经过计算后发送给NOAA风 廓线雷达网（NPN）的用户。
2010年3月浙江首个风廓线雷达在甬安装 完成试运营
2010年8月湖北省气象局安装的移动 方舱边界层 风廓线雷达
风廓线雷达网布局
风廓线雷达和探空站网布局
风廓线雷达的探测原理
风廓线雷达主要以晴空大气作为探测对象，利用大气湍流对电磁波的 散射作用进行大气风场等要素的探测。风廓线雷达的电磁波在大气传播工 程中，因为大气湍流造成的折射率分布不均而产生散射，其中后散射能 量被风廓线雷达所接受。一方面，根据多普勒效应确定气流沿雷达波束方 向的速度分量；另一方面，根据回波信号往返时间确定回拨位置。
风廓线雷达的原理及其应用
图 11
图12是一个方向的回波图，是计算各个方向上速度径向分量的依据，设备同时还可以 显示径向分量的数值。
图12
5、风廓线雷达所测风向风速的特性 以斜波束倾斜15°为例，各个波束中心距垂直波束间的距离列表2。
表2
由风廓线线雷达的工作波长可知，任何高度，五个波束在相同时间的 一次采样都不是针对一个湍流气团的。由湍流尺度为波长的二分之一 可知，湍流尺度在厘米量级。 风廓线雷达所测风向风速的基本特性： 1)所测风的采样空间是固定的，分层高度是固定的。 2)每层的风向风速都是用风南北和东西矢量合成的。包含了一层内所 有的细节。中间的每个位置的湍流运动信息对平均值都有贡献。 3) 必须取较长时间的平均值，不可能得多瞬时值。
高空风的基本特性
1、风的定义 根据全国自然科学名词审定委员会公布的《大气科学名词》，风定义为“空 气相对于地面的水平运动”，而风速定义为“空气水平运动的速度”。 这种定义没有指明计算所需的时间间隔，也没有说明是用路程还是距离除 以时间得到速度。因此，可以有各种理解。 气象应用的风，其计量大范围为“米/秒”，所采用的时间间隔最小为一分 钟，最多为四分钟。 2、空中风的垂直分布 1）近地层气流受地球表面摩擦的影响，与空中风比较垂直分量较大，水 平分量较小，但变化剧烈。风向风速的剧烈变化是空气湍流运动的结果。 风向风速和垂直气流，在短时间内显现出的是小尺度的湍流运动，大气的 流动在微观范围内是相当复杂的。
2) 在大约5000m～8000m以下，空中风表现为明显的季节特征。在我国北方夏季风向 多为东南或西南，冬季则多为西北或东北风，冬季风速较大。 由于我国大部分地区高空处于西风带，在5000m～8000m以上，华北、西北和东北地 区盛行西北风。 风速随高度的变化较为明显，在对流层顶以下，风速通常随高度的增加而增加，至对 流层顶达为最大，实际探测结果表明风速可以超过100米/秒。在对流层顶以上风速呈 减小的趋势。 风向风速受天气系统变化的明显影响，在锋面过境时，风向往往在很短的时间内发生 逆转，风速也有较大的变化。 图2是一次用GPS探空雷达以多普勒测风方法获得的风向风速以秒间隔的变化图。