4)第四章 多普勒天气雷达和偏振多普勒天气雷达
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计全固态双线偏振多普勒天气雷达系统是一种先进的天气检测设备，具有高分辨率、高灵敏度、高精度的特点，能够实时监测大气中的降水、风暴和其他天气现象。
本文将对全固态双线偏振多普勒天气雷达系统的设计进行分析，包括系统组成、工作原理、技术特点和应用前景等方面。
一、系统组成全固态双线偏振多普勒天气雷达系统由以下主要部分组成：天线、发射机、接收机、信号处理模块、控制模块等。
1. 天线：全固态双线偏振多普勒天气雷达系统采用双线偏振天线，能够同时接收垂直和水平方向的电磁波，从而实现对降水微物理参数的探测和分析。
2. 发射机：发射机是全固态双线偏振多普勒天气雷达系统的核心部件，通过发射一定频率和功率的微波信号，形成雷达波束，与大气中的降水粒子发生散射并返回，实现降水的探测。
3. 接收机：接收机用于接收来自大气中散射的雷达信号，并将信号转换成数字信号，然后传输给信号处理模块进行处理和分析。
4. 信号处理模块：信号处理模块是全固态双线偏振多普勒天气雷达系统中的关键模块，能够实现对接收到的雷达信号进行距离、速度和功率的处理，从而实现对大气中降水的无损探测。
5. 控制模块：控制模块用于实现对全固态双线偏振多普勒天气雷达系统的控制和监测，包括雷达系统的开关、校准、故障诊断和数据传输等功能。
二、工作原理全固态双线偏振多普勒天气雷达系统的工作原理是基于雷达波束与大气中降水粒子的相互作用。
具体而言，当雷达波束与降水粒子发生相互作用时，会产生散射现象，散射回来的信号经过接收机接收后，通过信号处理模块进行处理和分析，最终得到降水的距离、速度和粒子大小等参数。
三、技术特点全固态双线偏振多普勒天气雷达系统具有以下技术特点：1. 高分辨率：全固态双线偏振多普勒天气雷达系统能够实现对降水的高分辨率探测，可以精确地测量降水的位置、速度和粒子大小等参数。
4. 全固态设计：全固态双线偏振多普勒天气雷达系统采用全固态设计，具有结构简单、可靠性高、维护成本低等优点，具有较长的使用寿命和良好的稳定性。
多普勒雷达工作原理
多普勒雷达工作原理
多普勒雷达是一种利用雷达原理测量目标运动速度的技术。
其工作原理基于多普勒效应，即当目标物体相对于雷达系统运动时会引起波长的变化。
多普勒雷达系统发送电磁波（通常是无线电波或微波）到目标物体，并接收目标反射的波。
当目标物体静止时，接收回来的波的频率与发送时的波频率相同，即频率没有发生变化。
然而，当目标物体朝向雷达系统运动时，接收到的波的频率会增加，而目标物体远离雷达系统运动时，接收到的波的频率则会减小。
多普勒雷达系统通过分析接收到的波的频率变化来计算目标物体的速度。
它采用频率差（即接收到的波的频率与发送时的波频率之间的差值）作为指示物体运动速度的参数。
根据多普勒效应，这个频率差与物体的速度成正比，因此系统可以通过测量频率差来估计目标物体的速度。
这种技术被广泛应用于各种领域，包括交通控制、天气预报、军事侦察等。
通过多普勒雷达，我们可以实时监测移动物体的速度并做出相应的判断和决策。
多普勒雷达工作原理
多普勒雷达工作原理多普勒雷达是一种利用多普勒效应进行测速和距离测量的设备。
多普勒效应是指当发射器和接收器相对于目标物体运动时，接收到的信号频率会发生变化的现象。
多普勒雷达利用这一原理，可以通过测量信号频率的变化来计算目标物体的速度和距离。
接下来我们将详细介绍多普勒雷达的工作原理。
首先，多普勒雷达通过发射无线电波来探测目标物体。
当发射器发出无线电波时，这些波会以一定的速度传播，并被目标物体反射回来。
接收器接收到这些反射波，并分析其频率的变化。
如果目标物体静止不动，那么接收到的频率不会发生变化。
但是，如果目标物体在运动，那么接收到的频率就会发生变化。
其次，多普勒雷达利用接收到的频率变化来计算目标物体的速度。
当目标物体朝着雷达设备运动时，接收到的频率会比发射时的频率高，而当目标物体远离雷达设备时，接收到的频率会比发射时的频率低。
通过测量频率的变化，多普勒雷达可以计算出目标物体的速度。
这种方法对于测量车辆的速度和飞机的速度非常有效。
最后，多普勒雷达还可以利用接收到的频率变化来计算目标物体与雷达设备之间的距离。
当目标物体靠近雷达设备时，接收到的频率会比发射时的频率高，而当目标物体远离雷达设备时，接收到的频率会比发射时的频率低。
通过测量频率的变化，多普勒雷达可以计算出目标物体与雷达设备之间的距离。
这种方法对于测量飞机和船只与雷达设备之间的距离非常有效。
综上所述，多普勒雷达利用多普勒效应来测量目标物体的速度和距离。
通过测量信号频率的变化，多普勒雷达可以准确地计算出目标物体的运动状态。
多普勒雷达在军事、航空、航海等领域有着广泛的应用，其工作原理的深入理解对于提高雷达设备的性能和精度至关重要。
希望本文对多普勒雷达的工作原理有所帮助。
多普勒天气雷达：原理、应用与收获总结
多普勒天气雷达：原理、应用与收获总结以下是多普勒天气雷达原理与应用课程的总结：1.雷达基本原理与组成雷达是一种利用无线电波探测目标的电子设备。
它通过发射电磁波，并接收目标反射回来的电磁波，根据反射回来的电磁波的特性，推断出目标的位置、速度、形状等信息。
雷达主要由发射机、接收机、天线和显示器等组成。
发射机产生高频电磁波，并通过天线向空间发射。
当电磁波遇到目标时，它会被反射回来并被天线接收。
接收机接收到反射回来的电磁波后，对其进行处理和分析，以推断出目标的位置、速度、形状等信息。
2.多普勒天气雷达原理多普勒天气雷达是一种专门用于探测天气目标的雷达。
它利用多普勒效应原理，测量目标的速度和方向。
当雷达发射的电磁波遇到运动目标时，反射回来的电磁波的频率会发生变化。
多普勒天气雷达通过测量这种频率变化，可以推断出目标的速度和方向。
同时，根据反射回来的电磁波的振幅和相位等信息，还可以推断出目标的形状和大小。
3.多普勒天气雷达的应用多普勒天气雷达在气象领域有着广泛的应用。
它主要用于探测台风、暴雨、冰雹等恶劣天气，为气象预报和灾害预警提供重要依据。
此外，多普勒天气雷达还可以用于空气质量监测、气候变化研究、航空航天等领域。
4.课程收获与总结通过学习多普勒天气雷达原理与应用课程，我们了解了雷达的基本原理和组成，以及多普勒天气雷达的工作原理和应用。
我们学会了如何利用雷达数据分析和推断天气信息，并掌握了雷达在气象领域中的应用方法和技巧。
在本课程中，我们学习了很多有用的知识和技能，包括：雷达方程和散射截面、电磁波的传播特性、多普勒频移和速度估计、气象目标的识别和处理等。
这些知识和技能不仅可以帮助我们更好地理解雷达的工作原理和应用，还可以为我们的后续学习和工作打下坚实的基础。
总之，学习多普勒天气雷达原理与应用课程，不仅让我们深入了解了雷达的工作原理和应用，还提高了我们的数据处理和分析能力，为我们的后续学习和工作打下了坚实的基础。
多普勒天气雷达
工作原理
多普勒雷达是世界上最先进的天气监测设备，并且已经在很多国家得到深入应用，因此，下面我们就多普勒 雷达的工作原理进行深入分析和研究，以便能够使人们对其工作原理有着更为清楚的认识。
1.1通过气象目标对雷达电磁波的散射和吸收
粒子能够对电磁波进行吸收和散射，这也是粒子对电磁波的两大基本形式。雷达探测大气的基础是由气象目 标对雷达电磁波的吸收和散射所得。如果电磁波的波束在大气传播途中遇到包括云滴、雨滴以及其他悬浮粒子和 空气分子，作为入射的电磁波波束中的有一部分会因为上述的粒子反射到不同地方，这类现象称之为散射。一部 分散射的电磁波波束会被粒子吸收，最终按照雷达的方向返回被雷达天线接收，多普勒天气雷达能够通过接收到 的电磁波束中自带的振幅和位相等数据，得出气象目标的平均速度以及发射率因子和速度谱宽等基本数据，进而 推断并计算出相对应的气象情况和其他内部结构特征。
重要意义
多普勒雷达是世界上最先进的雷达系统，有“超级千里眼”之称。相较于传统天气雷达，多普勒雷达能够监 测到位于垂直地面8-12公里的高空中的对流云层的生成和变化，判断云的移动速度，其产品信息达72种，天气预 报的精确度比以前将会有较大提高。1991至1997年，美国在全国及海外布的165台NEXRDA被称为天气雷达系统的 典范，是世界上最先进的和最精确的天气雷达系统。它所采用的多普勒信号处理技术和自动产生灾害性天气警报 的能力无与伦比。NEXRAD可以自动形成和显示丰富多彩的天气产品，极大地提高了对超级单体、湖泊效应雪、成 层雪、雷暴、降水、风切变、下击暴流、龙卷、锋面、湍流、冰雹等重大灾害性天气的监测和预报能力。对强雷 暴的侦察率是96%，对龙卷的发现率是83%，对龙卷警告的平均预警时间是18分钟，而在未建NEXRDA络之前，美国 国家上述参数的平均值分别是60%，40%和2分钟。从中可以预料CINRDA将从根本上增强探测强雷暴的能力，能较 早地探测到晴空下威胁航行的大气湍流和发生灾害性洪水的可能，并为水资源的管理决策提供极有价值的信息。 新一代天气雷达系统建设是我国20世纪末21世纪初的一项气象现代化工程，计划在全国建成S频段和C频段雷达 156部，该系统建成后，我国的气象现代化水平会上一个新的台阶。
多普勒天气雷达原理与应用
第六部份 多普勒天气雷达原理与应用（周长青）我国新一代天气雷达原理；天气雷达图像识别；对流风暴的雷达回波特点；新一代天气雷达产品第一章 我国新一代天气雷达原理一、了解新一代天气雷达的三个组成部份和功能新一代天气雷达系统由三个要紧部份组成：雷达数据搜集子系统（RDA ）、雷达产品生成子系统（RPG ）、主用户处置器（PUP ）。
二、了解电磁波的散射、衰减、折射散射：当电磁波束在大气中传播，碰到空气分子、大气气溶胶、云滴和雨滴等悬浮粒子时，入射电磁波会从这些粒子上向四面八方传播开来，这种现象称为散射。
衰减：电磁波能量沿传播途径减弱的现象称为衰减，造成衰减的物理缘故是当电磁波投射到气体分子或云雨粒子时，一部份能量被散射，另一部份能量被吸收而转变成热能或其他形式的能量。
折射：电磁波在真空中是沿直线传播的，而在大气中由于折射率散布的不均匀性（密度不同、介质不同），使电磁波传播途径发生弯曲的现象，称为折射。
2/3730/776.0T e T P N +=波束直线传播波束向上弯曲波束向下弯曲000=><dz dN dzdN dzdN三、了解雷达气象方程其中Pr 表示雷达接收功率，Z 为雷达反射率，r 为目标物距雷达的距离。
Pt 表示雷达发射功率，h 为雷达照射深度，G 为天线增益，θ、φ表示水平和垂直波宽，λ表示雷达波长，K 表示与复折射指数有关的系数，C 为常数，之决定于雷达参数和降水相态。
四、了解距离折叠最大不模糊距离：最大不模糊距离是指一个发射脉冲在下一个发射脉冲发出前能向前走并返回雷达的最长距离，Rmax=PRF, c 为光速，PRF 为脉冲重复频率。
距离折叠是指雷达对雷达回波位置的一种识别错误。
当距离折叠发生时，雷达所显示的回波位置的方位角是正确的，但距离是错误的（可是可估量它的正确位置）。
当目标位于最大不模糊距离（Rmax ）之外时，会发生距离折叠。
换句话说，当目标物位于Rmax 之外时，雷达却把目标物显示在Rmax 之内的某个位置，咱们称之为‘距离折叠’。
6多普勒天气雷达原理与应用
6多普勒天气雷达原理与应用多普勒天气雷达是一种利用多普勒效应来探测降水、风速和风向等气象参数的雷达，广泛应用于气象预报、水资源管理、防灾减灾等领域。
下面将从多普勒天气雷达的原理和应用两个方面进行详细介绍。
一、多普勒天气雷达原理：多普勒天气雷达利用物体回波的多普勒频移来测量物体的运动状态。
其原理可以通过以下几个步骤来理解：1.信号发射与接收：雷达通过天线向大气中发射脉冲信号。
脉冲信号是一种特殊的波形，其特征是能够精确测量反射信号的时延。
雷达波束探测的范围称为体积样积分区（VCP）。
2.对流层的多次散射：当雷达脉冲信号遇到大气中的物质（如雨滴、冰晶等）时，部分能量会被这些物质散射反射回来，形成回波。
3.多普勒频移的测量：回波信号中包含了大气物质运动的信息。
相对于静止的物体而言，当物体以一定速度向雷达或远离雷达运动时，回波信号的频率会发生变化，这就是多普勒频移效应。
4.频谱分析与信号处理：雷达对回波信号进行频谱分析，可以得到回波信号频率的分布情况。
通过计算信号的频移量，可以得到大气物体沿径向的速度和方向。
二、多普勒天气雷达的应用：多普勒天气雷达主要应用于气象预测、水资源管理和防灾减灾等领域，具有以下几个方面的应用：1.气象预报：多普勒天气雷达可以精确测量降水的强度、区域分布和降雨类型（如雨、雪、冰雹等），有助于提高天气预报的准确性。
通过观测和分析雷达回波，可以及时预警并预测强降水、洪水、暴风雨等极端天气事件，为防范和减轻灾害提供重要数据支持。
2.水资源管理：多普勒天气雷达能够实时监测和测量降水的强度和分布，在水资源管理中起到重要作用。
通过对降水数据的分析，可以为城市供水、水库调度、灌溉农业等方面的决策提供准确的水资源量和雨量预测信息。
3.风速与风向测量：多普勒天气雷达还可以测量大气中的风速和风向。
利用雷达的多普勒频移原理，可以从回波中获取风场流场的信息，包括垂直风速的分布、风向的变化等，为气象、航空、海洋等领域提供有关风的数据。
多普勒气象雷达工作原理
多普勒气象雷达工作原理小伙伴们！今天咱们来唠唠超级厉害的多普勒气象雷达。
你可别小看这个雷达哦，它就像气象界的超级侦探，能发现好多关于天气的小秘密呢。
你知道吗？多普勒气象雷达主要是靠发射和接收电磁波来工作的。
就好像是雷达在对着天空大喊一声：“天气情况咋样呀？”然后等着天空回应它。
这个雷达会发射出一种特定频率的电磁波，这种电磁波就像一个个小小的信使，朝着天空中的云啊、雨滴啊之类的东西飞奔而去。
当这些电磁波碰到云里的小水滴或者雨滴的时候，有趣的事情就发生啦。
这些小水滴和雨滴就像调皮的小孩子，它们会把电磁波给反射回来。
就好像是它们接到了雷达的问候，然后赶紧回答：“我们在这儿呢！”雷达就会收到这些反射回来的电磁波。
那多普勒气象雷达的独特之处在哪呢？这就和多普勒效应有关啦。
想象一下，你站在路边，一辆汽车鸣着喇叭呼啸而过。
当汽车朝着你开过来的时候，你听到的喇叭声音是比较高的音调，等汽车开过去远离你的时候，你听到的喇叭声音音调就变低了。
这就是多普勒效应在生活中的体现。
在气象雷达里呢，当雨滴朝着雷达运动的时候，反射回来的电磁波的频率就会变高；要是雨滴是远离雷达运动的呢，反射回来的电磁波频率就会变低。
雷达就可以根据这个频率的变化，算出雨滴是朝着哪个方向运动的，运动的速度有多快。
这就好比雷达能知道那些雨滴是着急地朝着某个地方赶去，还是慢悠悠地在天空溜达呢。
而且呀，通过分析反射回来的电磁波的强度，雷达还能知道云里有多少小水滴或者雨滴呢。
如果反射回来的电磁波很强，那就说明云里的小水滴或者雨滴比较多，可能是那种厚厚的云层，说不定还会带来一场大雨呢。
要是反射回来的电磁波比较弱，那可能就是比较稀薄的云，也许就只是飘过几片小云彩，不会有啥大动静。
多普勒气象雷达还能对不同高度的天气情况进行探测。
它就像一个有着好多层的大蛋糕，每一层都能仔细地查看。
这样就能知道在低空是不是有大雾要形成啦，在高空是不是有强对流天气在酝酿呢。
这个雷达就像是气象工作者的得力小助手。
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计全固态双线偏振多普勒天气雷达系统是一种基于雷达技术的气象探测设备，用于观测和分析大气中的降水情况。
相比传统的天气雷达系统，全固态双线偏振多普勒天气雷达系统具有更高的分辨率和灵敏度，能够提供更准确的天气信息。
下面对全固态双线偏振多普勒天气雷达系统的设计进行详细的分析。
首先，全固态双线偏振多普勒天气雷达系统主要由以下几个部分组成：发射机、接收机、天线系统、信号处理系统和数据处理与显示系统。
发射机负责产生雷达信号，并将其通过天线系统发射出去；接收机则负责接收回波信号；天线系统主要由天线阵列组成，用于发射和接收雷达信号；信号处理系统负责对接收到的回波信号进行处理，提取出有用的信息；数据处理与显示系统则负责将处理后的数据进行分析和显示。
其次，全固态双线偏振多普勒天气雷达系统采用双线偏振技术，可以同时获取水平和垂直方向的回波信号。
通过对这两个方向的信号进行比较和分析，可以得到更准确的降水强度、降水类型和风场信息。
另外，多普勒效应的应用也使得该系统能够实时地观测到风速和风向等气象参数的变化。
第三，全固态双线偏振多普勒天气雷达系统采用全固态技术，具有体积小、功耗低以及寿命长等优点。
相比传统的双线偏振雷达系统，该系统无需机械部件，减少了故障概率，提高了可靠性。
同时，全固态技术还使得该系统的灵敏度和动态范围得到了显著提高，能够更好地观测到弱回波和强回波。
最后，全固态双线偏振多普勒天气雷达系统的设计还需要考虑与气象观测网络的联网能力。
通过与其他雷达系统和气象观测设备进行联网，可以实现数据共享和远程监控，提高气象观测的效率和准确度。
此外，还需要注意雷达系统的检修和维护工作，及时处理故障和升级软件，以保证系统的正常运行。
总的来说，全固态双线偏振多普勒天气雷达系统的设计有着较高的技术难度和复杂性，需要考虑到天线系统、信号处理系统、数据处理与显示系统等多个方面的要求。
但是，该系统具有更高的分辨率和灵敏度，能够提供更准确的天气信息，为天气预测和灾害防范等工作提供了有力的支持。
多普勒雷达工作原理
多普勒雷达工作原理多普勒雷达是一种利用多普勒效应来探测目标运动状态的雷达系统。
多普勒效应是指当发射器和接收器相对于目标运动时，接收到的频率会发生变化的现象。
多普勒雷达利用这一原理，可以通过分析接收到的信号频率的变化来判断目标的运动状态，包括速度和方向。
下面将详细介绍多普勒雷达的工作原理。
首先，多普勒雷达系统由发射器、接收器和信号处理器组成。
发射器会发射一束电磁波，这些波会被目标反射回来并被接收器接收。
接收器会记录下接收到的信号，并将其传送给信号处理器进行分析。
当目标静止时，接收到的信号频率不会发生变化。
但当目标运动时，由于多普勒效应的影响，接收到的信号频率会发生变化。
如果目标向雷达系统靠近，接收到的信号频率会变高；如果目标远离雷达系统，接收到的信号频率会变低。
通过分析这些频率的变化，多普勒雷达系统可以计算出目标的速度和方向。
多普勒雷达系统还可以利用这些频率的变化来区分目标和杂波。
由于目标和杂波的运动状态不同，它们反射回来的信号频率也会有所不同。
通过对接收到的信号进行频谱分析，多普勒雷达系统可以将目标和杂波进行有效区分，从而提高了系统的探测精度。
除了用于目标探测和跟踪，多普勒雷达系统还被广泛应用于气象雷达、交通监控和医学诊断等领域。
在气象雷达中，多普勒雷达可以探测大气中的降水粒子的运动状态，从而预测降水的强度和路径。
在交通监控中，多普勒雷达可以用于测速和交通流量的监测。
在医学诊断中，多普勒雷达可以通过探测人体血液流动的频率来诊断心脏病和血管疾病。
总的来说，多普勒雷达是一种利用多普勒效应来探测目标运动状态的高精度雷达系统。
通过分析接收到的信号频率的变化，多普勒雷达系统可以计算出目标的速度和方向，从而在军事、气象、交通和医学等领域发挥着重要作用。
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计全固态双线偏振多普勒天气雷达系统是一种用于探测大气中降水、雷电和风场等气象信息的先进雷达系统。
它采用全固态发射接收模块和双线偏振技术，具有高灵敏度、高分辨率和高可靠性的特点。
本文将对全固态双线偏振多普勒天气雷达系统的设计进行分析，包括系统组成、工作原理、性能指标等方面的内容。
一、系统组成全固态双线偏振多普勒天气雷达系统主要由以下几个部分组成：1. 发射模块：采用全固态发射器，能够实现快速的频率变化和调制，并具有较高的功率和稳定性。
2. 接收模块：采用全固态接收器，能够实现高灵敏度和低噪声的接收，保证雷达系统的高性能。
3. 天线系统：采用双线偏振的天线，能够实现对水平和垂直极化波的接收，并具有良好的方向图和辐射特性。
4. 信号处理系统：包括雷达信号的处理和解调模块，能够对接收到的雷达信号进行运算和分析，提取出大气中的各种气象信息。
5. 控制系统：包括雷达系统的控制和管理模块，能够对雷达系统的各个部分进行监控和调节，确保系统能够稳定地工作。
二、工作原理全固态双线偏振多普勒天气雷达系统通过发射和接收雷达波，探测大气中的水汽、降水、云层、风场等信息。
其工作原理主要分为以下几个步骤：1. 发射雷达波：发射模块产生并发射雷达波，经天线系统辐射到大气中。
2. 接收回波信号：接收模块接收大气中散射回来的雷达波，经天线系统传输到接收模块。
4. 数据处理：对处理后的信号进行数据处理和分析，提取出大气中的降水、风场等信息，并进行显示和记录。
三、性能指标1. 灵敏度：反映雷达系统对小目标回波信号的探测能力，通常以雷达反射率因子（dBZ）来表示。
2. 分辨率：反映雷达系统对目标距离或速度的分辨能力，通常以距离或速度分辨率来表示。
3. 定量能力：反映雷达系统对目标的定量测量能力，包括降水量、降水强度等气象参数。
4. 抗干扰能力：反映雷达系统对外部干扰的抵抗能力，包括天气干扰和人为干扰等。
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计
全固态双线偏振多普勒天气雷达系统是一种用于测量天气现象的先进雷达技术。
它采用全固态设计，具有双线偏振能力和多普勒测量功能，可提供更准确的天气信息。
全固态设计意味着该雷达系统使用固态元器件而不是传统的真空管。
这种设计方案有许多优点，如功耗低、稳定性高、体积小等。
它可以更有效地工作并减少维护成本。
该系统具有双线偏振能力。
这意味着它可以同时发送和接收两种不同的偏振波。
通过分析两种偏振波的回波信号，系统可以获取更多的天气信息。
比较水平和垂直偏振波的信号强度，可以推断出降水中的冰晶大小，从而预测雨滴或冰雹的类型。
该系统还具有多普勒测量功能。
通过分析回波信号的频率变化，可以确定气象目标，如降水粒子或风速。
这使得系统能够提供更准确的天气预报，如降水类型、强度和移动方向等。
全固态双线偏振多普勒天气雷达系统的设计结合了多种先进技术，能够提供更准确、可靠的天气信息。
它对于气象预报、天气监测和灾害预警等方面具有重要意义，能够在一定程度上提高我们对天气变化的认识和应对能力。
这种系统的应用前景广阔，有望在未来的气象监测中发挥更大的作用。
新一代天气雷达在天气预报预警中的作用及运用分析
新一代天气雷达在天气预报预警中的作用及运用分析摘要随着我国科技水平的进步，在天气预报方面常规化、数字化的雷达开始更新，新一代的天气雷达逐步普及，新的雷达系统有非常多的优点，比如使用反射率因子、平均径向速度和光谱宽度等产品预报来对天气情况进行预警，为人们提供临近的天气预报和灾害性天气预警，为人们的生活和生产活动提供了许多高质量的数据，让人们的生活更加有保障。
鉴于此，本文将从新一代天气雷达发展与原理介绍、新一代气象雷达技术的作用以及新一代天气雷达在天气预报预警中的应用三个方面展开论述。
关键词：新一代天气雷达；双偏振雷达；天气预警；0 引言随着我国科学技术水平的快速发展以及全球气候的变化，我国非常重视气候和环境问题，不断的加大对我国气象事业方面的投入，比如更新气象领域的观测技术和设备。
而且随着我国气象事业的不断进步，行业的服务能力也在不断的提高，为人们的生产和生活提供了防灾减灾的数据信息。
而且新一代天气雷达系统的建设和完善可以说是我国的一项跨世纪的现代化工程，该系统可以为人们提供临近天气的预报和灾害性天气预警，而且信息质量很高、也有保障，对于我国短期的天气预报发挥着重要的作用，对气象防灾减灾也具有重要的意义，有利于气象领域的高质量发展。
1 新一代天气雷达发展与原理天气雷达（Weather radar）是天气探测和预报的重要设备，用来为人们监测和预警临近的天气，可靠的技术和设备可以为人们提供可靠、科学、合理的数据信息，而新一代天气雷达系统采用的是多普勒天气雷达（Doppler weather radar），比传统的数字天气雷达大大提高了天气预测上的及时性、准确性、可靠性和科学性，对于天气预报工作来说重大意义，是气象服务工作中必须的装备。
具体来分析，新一代的天气雷达系统两种多普勒天气雷达系统共同组成，在二十世纪七十年代时，美国的两位科学家第一次设想出用水平和垂直的两个方向进行偏振波雷达信号接收和发射，此后，其他的一些国家也开始尝试，并不断的完善这项功能，很多的学者也开始进行深入的研究。
多普勒雷达
多普勒雷达多普勒雷达是一种利用多普勒效应来检测目标的速度和方向的无线电探测设备。
多普勒雷达广泛应用于军事、民用航空、气象预报、海洋观测等领域，具有重要的实用价值。
原理多普勒雷达的工作原理基于多普勒效应，当发射的电磁波与目标发生相对运动时，频率会因目标的运动而产生改变。
通过测量这种频率变化，多普勒雷达可以推断目标相对于雷达的速度和方向。
应用军事领域在军事领域，多普勒雷达被广泛用于目标追踪、导弹制导、防空警戒等任务。
多普勒雷达可以更精确地确定目标的速度和方向，有助于提高战斗系统的作战效率。
民用航空在民用航空领域，多普勒雷达被用于飞机的大气层大规模流量监控、飞机起降的高精度跟踪、天气气流和降水监测等方面。
多普勒雷达可以为飞行员提供准确的空中交通管制信息，提升空中航行的安全性。
气象预报多普勒雷达在气象预报领域的应用也十分重要。
通过多普勒雷达可以实时监测大气中的降水、风暴等天气现象，帮助气象学家更准确地预测天气变化，及时发布预警信息，为社会公众提供有效的气象服务。
海洋观测此外，多普勒雷达在海洋观测方面也扮演着重要角色。
通过多普勒雷达可以监测海洋表面的海浪、潮汐、洋流等情况，帮助海洋科学家更好地了解海洋环境，开展海洋资源勘探、海洋灾害监测等工作。
发展趋势随着科学技术的不断发展，多普勒雷达正在不断完善和应用于更多领域。
未来，随着雷达技术的进一步提升，多普勒雷达将更加精准、高效地服务于人类的各个领域，为社会发展做出更大的贡献。
结语总的来说，多普勒雷达是一种极具实用性、广泛应用的技术手段，通过测量目标的速度和方向，帮助人们更好地了解目标的运动状态，为各个领域提供宝贵的数据支持。
我们期待多普勒雷达在未来的发展中能够不断创新，为人类社会的进步做出更大的贡献。
4)第四章_多普勒天气雷达和偏振多普勒天气雷达
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。
1.多普勒效应
多普勒效应多普勒效应是 奥地利物理学家 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”。
4.1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。
多普勒天气雷达是基于物理学中的多普勒 效应发展起来的，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。
取两个连续的脉冲然后测 量接收脉冲的相位
dΦ/dt 实际上就是角 速度 = w = 2πfd
5. 关于相干的几个概念
6. 最大不模糊距离与距离折叠
• 最大不模糊距离：最大不模糊距离是指一个发射脉冲在下一个 发射脉冲发出前能向前走并返回雷达的最长距离
c Rmax 2PRF
其中，Rmax为最大不模糊距离，c为光速，PRF为脉冲重复频率
多普勒速度和速度谱宽度
10. 影响速度谱宽的气象因子
谱宽数据指的是速度谱宽数据，它是对在一个距离库中速度分离 度的测量。谱宽在数学上与一个距离库内的各个散射体的速率和 速度方向的方差成正比例。谱宽可以用做速度估计质量控制的工 具。当谱宽增加，速度估计的可靠性就减小。
影响速度谱宽的气象因子
• (1)垂直方向上的风切变； • (2)由波束宽度引起的横向风效应； • (3)大气的湍流运动； • (4)不同直径的降水粒子产生的下落末速度的不均匀分布
(整理)多普勒雷达复习提要.
多普勒天气雷达复习提要一、多普勒天气雷达探测基本原理（一）多普勒天气雷达主要参数天气雷达发射脉冲形式的电磁波，当电磁脉冲遇到降水物质（雨滴、雪花和冰雹等）时，大部分能量继续前进，而少部分能量被降水物质向四面八方散射，其中向后散射的能量回到雷达天线，被雷达所接收。
根据雷达接收的降水系统回波特征可以判别降水系统的特性(降水强弱、有无冰雹、龙卷和大风等)。
多普勒天气雷达除了测量雷达的回波强度外，还测量降水目标物沿雷达径向的运动速度和速度脉动程度。
1、波长：是雷达发射的电磁波波长。
天气雷达的波长通常为10公分、5公分、3公分三种，分别称为S波段、C波段、X波段。
2、脉冲重复频率PRF天气雷达间歇地发射脉冲形式的电磁波，每秒钟发射脉冲的个数称为脉冲重复频率（PRF）。
两个相继脉冲之间的时间间隔称为脉冲重复周期（PRT）,他等于脉冲重复频率的倒数。
3、脉冲持续时间和脉冲长度天气雷达脉冲持续时间一般为一到几个微米左右。
假设某部天气雷达的相继脉冲之间的间隔为1000微秒，其脉冲持续时间为2微秒左右，则剩余的998微秒是雷达接收来自目标物回波的时间。
发射脉冲的持续时间确定了脉冲在空间的长度。
例如CINRAD-SA型多普雷天气雷达的窄脉冲持续时间为1.57微秒，脉冲在空间的长度约为500m。
4、波束宽度雷达发射的能量主要集中在主瓣内(图2.8a)，其中主瓣内两个半功率点（及该处功率为最大的一半）之间角度大小称为波束宽度。
在垂直方向的波束宽度用θ表示，在水平方向的波束宽度用φ表示。
我国多普勒天气雷达的波束宽度大多为1°左右。
5、有效照射深度和有效照射体积雷达发出的脉冲具有一定的持续时间τ，在空间的电磁波列就有一定的长度h=τc 。
位于波束宽度和波束长度范围内的所有粒子都可以同时被雷达波束所照射。
但是其中所有粒子产生的回波并不是都能同时回到雷达天线。
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。
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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。
发射频率 Vs 多普勒频移 发射频率 多普勒频移
2. 多普勒频率/频移
对于一个运动的目标，向着雷达运动或远离雷达运动所产生的频移 量是相同的，但符号不同：①如果目标移向雷达为正；②如果目标 远离雷达为负。
4.1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。
多普勒天气雷达是基于物理学中的多普勒 效应发展起来的，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。
距离折叠是如何发生的？
雷达最大探测距离是250nm
目标位于最大不模糊距离之内，没有距离折叠（模糊）发生。
nm=1.852km nautical mile
目标位于最大不模糊距离之外，距离折叠（模糊）发生。
一个目标物位于nRmax之后若干海里的话（这里n 是任意一个正整数），它将错误地出现在距雷达同一海 里远的位置上。如果雷达的Rmax=250nm，那么位于0-25 0nm的目标物处于第一程；251-500nm的目标物处于第二 程等等，以此类推。一个实际位于550nm（超过2Rmax） 处的目标物，如果被Rmax=250nm雷达探测到，它在雷达 上的显示位置是50nm；一个实际位于300nm（超过1Rmax） 处的目标物，如果被Rmax=250nm雷达探测到，它在雷达 上的显示位置也是50nm。
多普勒速度和速度谱宽度
10. 影响速度谱宽的气象因子
谱宽数据指的是速度谱宽数据，它是对在一个距离库中速度分离 度的测量。谱宽在数学上与一个距离库内的各个散射体的速率和 速度方向的方差成正比例。谱宽可以用做速度估计质量控制的工 具。当谱宽增加，速度估计的可靠性就减小。
影响速度谱宽的气象因子
• (1)垂直方向上的风切变； • (2)由波束宽度引起的横向风效应； • (3)大气的湍流运动； • (4)不同直径的降水粒子产生的下落末速度的不均匀分布
• 最大不模糊速度 Vmax：最大不模糊速度是雷达能够不模糊 地测量的最大平均径向速度，其对应的相移是180度。
• 速度模糊
Vmax
PRF
4
速度的可能值 v-2nVmax或v+2nVmax
速度折叠
• Nyquist 间隔 –可分辨的速度范围 –最大不模糊速度±Vmax之间
• 如果粒子的径向速度超过了Nyquist 间隔，那么速 度值就会aliased, or folded.
(三)退折叠的方法
一旦反射率因子、速度和谱宽基本数据由RDA传输到RPG，则 开始执行速度退模糊算法。该算法的可调参数设置（adaptab le parameter settings）随所使用的脉冲长短而变化。不同 的设置是为了减少VCP31中速度退模糊的失败率。
由于在RDA中已经过距离去折叠处理，所以现在速度数据的距 离（位置）是正确的，速度退模糊算法试图识别和校正模糊 的速度。速度退模糊算法本质上是根据连续性原则将每个速 度初猜值与它的周围的相临速度值相比较。如果一个速度初 猜值与它的周围值显著不同，则该算法试图用另一个可能的 值替换那个速度初猜值。由于PRF和Vmax是已知的，所以计算 速度初猜值值的可能的替代值是直截了当的。由于算法依赖 于周围的数据，因此它主要建立在连续性的基础上。
各因子对速度谱宽的贡献
若每项因子对速度谱宽的贡献近似看作相互独立，则速度
谱方差为各因子造成的方差之和，即
2 v
2 s
2 b
2 T
2 w
。四个因
子中，不同降水粒子产生的下落末速度（4）对谱宽的影响
一般较大（水平时探测没有影响，垂直影响最大），而湍
流效应（3）产生的多普勒谱宽，既依赖于湍流强度本身，
雷达交替发射两种脉冲重复频率F1和F2 ：
最大不模糊速度 多普勒速度：
扩展？
二、用退折叠技术消除多普勒速度的折叠
(一)折叠成因
当目标物的多普勒频移fd大于脉冲重复频率F的一 半(相位大于1800)时，对fd的识别就会产生混淆。
若
则 即
(二)退折叠所依据的原理
软件退折叠主要依据连续性原理，即在大气中风场的 分布总是连续的．因此，只要雷达的分辨率足够高、保证 风场的连续变化特征不会模糊掉，那么从理论上讲，在有 回波之处运用连续性原理，总可以从—点推得整个回波区 的速度值，因为速度的折叠总是使相邻库问的速度增加而 呈现出明显的突变，选择适当的N，使该速度梯度明显减 小时即可认为此时的速度值是实际速度。
距离折叠回波的特点： 方位角是正确的 强度较弱 有时具有奇怪的多普勒速度
怎样排除距离折叠回波？ • 改变雷达机的脉冲重复频率(PRF) Use a different PRF every 2-3 pulses, i f the echo moves,it is bogus!
7. 最大径向速度与速度模糊
Vmax
PRF ;
4
Rmax
c; 2PRF
RmaxVmax
c
8
由于没有唯一的PRF能使得Vmax和Rmax都能达到最大， 所以要使用变化的PRF。每台WSR-88D使用不同的PRF， 从一组8个PRF中选择。
typical example
9.降水回波信号的几个统计特征
1、回波功率谱 2、平均多普勒速度及速度谱宽度
• 这叫速度折叠/混淆(velocity folding/aliasing). –例如: 若nyquist 速度是25 m/s ，粒子的radial velocity是-30 m/s, 那么 就会发生折叠，导致 其值是+20 m/s
速度模糊的成因
解决测速模糊的两种方法
一、用双脉冲重复频率扩展多普勒雷达可测速区间 标准化多普勒速度
距离折叠（模糊）
• 雷达测距公式 R=0.5ct，t为脉冲发出到返回的时间。 • 雷达测距按照最新发出的脉冲从发出到返回的时间
来计算。
• 距离折叠是指雷达确定的目标物方位是正确的但距
离是错误的。当目标物位于雷达最大不模糊距离之 外时会发生这一现象，也就是说，目标物的定位是 模糊的。换句话说，当目标物位于雷达的最大不模 糊距离（Rmax）之外时，雷达却把目标物显示在 Rmax以内的某个位置，我们形象地称之为‘距离折 叠’。
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。
1.多普勒效应
多普勒效应多普勒效应是 奥地利物理学家 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”。
第四章 多普勒天气雷达和偏振 多普勒天气雷达
目录
4.1多普勒天气雷达 • 4.1.1多普勒频移 • 4.1.2 多普勒谱的提取方法 • 4.1.3 多普勒速度和多普勒速度谱 • 4.1.4 距离折叠和速度折叠 • 4.1.5 多普勒天气雷达的应用 4.2 偏振多普勒天气雷达 • 4.2.1 偏振雷达 • 4.2.2 双线偏振多普勒天气雷达的基本参量 • 4.2.3 双线偏振多普勒天气雷达的应用
2Vr
由于目标物的径向运动引起的雷达 回波信号的频率变化，它就是多普 勒频移或多普勒频率
3. 径向速度
径向速度简单地定义为目标运动平行于雷达径向的分 量。它是目标运动沿雷达径向的分量，既可以向着雷 达，也可以离开雷达。 需要记住的是：①径向速度总是小于或等于实际目标 速度；②由WSR-88D测量的速度只是目标向着或离开雷 达的运动；③当目标运动垂直于雷达径向或静止时径 向速度为零。
取两个连续的脉冲然后测 量接收脉冲的相位
dΦ/dt 实际上就是角 速度 = w = 2πfd
5. 关于相干的几个概念
6. 最大不模糊距离与距离折叠
• 最大不模糊距离：最大不模糊距离是指一个发射脉冲在下一个 发射脉冲发出前能向前走并返回雷达的最长距离
c Rmax 2 PRF
其中，Rmax为最大不模糊距离，c为光速，PRF为脉冲重复频率
(二)测量非均匀流场的风向、风速、辐散和形变
(三)估计区域降水量
(四)VAD作不均匀间隔采样时确定风场的方法
• （自学）
四、多部多普勒雷达联合探测风场
单部多普勒雷达只能探测大气目标物相对于雷达的径向 运动速度，从径向速度分布特征再来推断大气流场的特 点，因此，单部多普勒天气雷达探测能力是有限的，它 不能直接探测空气运动的二维或三维的详细结构，为了 能从单部多普勒天气雷达测得的径向速度分布，从而推 断气流的空间情况，必须作出一些假定。
也依赖于粒子对大气湍流运动响应的灵敏程度，前两个因
子（1）（2）对谱宽的影响一般可忽略。
一些典型的气象特征和条件可导致相对高的谱宽，它们包括： ①气团的界面附近，如锋面边界和雷暴的出流边界等； ②雷暴； ③切变区域； ④湍流； ⑤风切变； ⑥不同尺度的雨、雪，不同的降落速度。
一些非气象条件也可使谱宽增加，包括： ①天线运动； ②WSR-88D的内部噪声。
速度谱低端法
w0-z关系法
综合测量法
二、测量滴的谱分布
当降水中气流的垂直运动速度W已知时，从5.1式可由雷达测得的多普勒平均径向速度， 计算出质点的下降末速度。由于质点的重力下降末速度与质点的直径之间存在着一定 的关系，由此便可以导出雨滴滴谱分布N(D)。本方法对稳定性降水效果较好，而对于 对流云降水效果则比较差。 当质点大小不等，下降速度不等，而气流垂直运动已知时，则先求质点下降末速度， 再 )