舟山多普勒天气雷达原理与业务应用试题

多普勒天气雷达原理与业务应用试题

1、新一代天气雷达主要有哪三个部分组成？ 答：雷达数据采集（RDA ）、雷达产品生成（RPG ）和主用户处理器（PUP ）。

2、雷达数据采集（Radar Data Acquisition ）简称RDA ，有哪几部分构成？ 答：发射机、天线、接收机和信号处理器。

3、主用户处理器（Principal User Processor ）简称PUP ，主要功能是什么？ 答：获取、存储和显示产品。

4、新一代天气雷达第一级数据是由接收机输出的模拟数据，第二级数据是由信号处理器产生的最高时空精度的高分辨率数据，称为 基数据 ；第三级数据是由RPG 生成的数据，称为 产品数据 。

5、新一代天气雷达有哪4种常用体扫模式？强对流天气过程中最好使用何种扫描模式？

新一代天气雷达有VCP11、VCP21、VCP31、VCP32四种常用体扫模式。 强对流天气过程中最好使用VCP11体扫模式。

6、雷达气象方程为i

i kdr t r r

r h G P P 单位体积∑⎰=-σψπθφλ0

2.02

22210.)2(ln 1024，其中G 表示 天线增益 ，λ表示 雷达波长 ， σ表示 粒子的后向散射截面 。

7、在瑞利散射条件下，

单位体积

单位体积

∑∑=

62

4

5||i

i D

k λπσ，定义反射率因子单位体积

∑=

6

i D

Z ，则雷达气象方程可表示为C P r Z r 2= ，其中22

23||)2(ln 1024K h G P C t λθφ

π=。在不满足瑞利散射条件下，雷达气象方程要表示为同一形式C

P r Z r

e 2=，则e Z 称为 等效反射率因子 。

8、反射率因子和回波功率的表示形式分别定义为 0

lg

10Z Z dBZ ⋅=（10=Z 3

6/m mm ）和

min

lg 10P P

dB r

⋅=，将雷达气象方程

C

P r Z r

2=

变换为

min

min lg 10lg

10lg 20lg 10P C

P P r Z r -+=，即A r dB dBZ -+=lg 20，其中r lg 20为 距离订正

项，min

lg

10P C

A =是只与 雷达性能 有关的常数。 9、当天线仰角0度时，波束路径曲率dh

dn

K -=，即为大气折射指数n 随高度h 的递减变化率。地球与波束路径的相对曲率为K R

K m -=

1

，若把m K 看作地球表面曲率，雷达波束可以看作是直线传播，则所对应的半径dh

dn R

R K R m

m +==

11为 等效地球半径 。

10、已知标准大气折射曲率15104--⨯=-=km dh

dn

K ，地球半径km R 6370=，请计算等效地球半径m R 。 解：等效地球半径km dh

dn R

R K R m

m 850010

4637016370

115

≈⨯⨯-=

+==

- 答：标准大气的等效地球半径为8500公里。

11、曲率1

5107.15--⨯>km K ，等效地球半径0

间，依靠地面的反射向前传播，这种大气折射称为 超折射 。

12、电磁波在雷达脉冲重复周期内传播的最大距离的1/2，称为 最大不模糊距离 ，即计算公式CT r 21

max =

，或 PFT

C r ⨯=

2max 其中C 为 电磁波传播速度 ，T 为 脉冲重复周期 ，PFT 为 脉冲重复频

率 。

13、当雷达脉冲重复频率PFT 为250次/秒，已知电磁波的传播速度为5

103⨯公里，请计算雷达的脉冲重复周期T 和最大不模糊距离m ax r 。 解：秒3105.2250

1

1-⨯===

PFT T （公里）600250

210325

max =⨯⨯=⨯=PFT C r

答：雷达的脉冲重复周期T 为3

105.2-⨯秒和最大不模糊距离m ax r 为600公里。

14、当目标物位于最大不模糊距离m ax r 以外时，雷达错误地把它当作同一方向的最大不模糊

距离

m ax r 以内的某个位置，称之为 距离折叠 。

15、最大不模糊距离m ax r 为300公里，一个位于距雷达360公里处的目标物会发生距离折叠，请计算雷达会错误地把它当作同一方向距雷达多少的位置上。

解：该雷达在电磁波每传播2x300=600公里发出一个脉冲，360公里处的目标物返回到达雷达时传播了2x360=720公里，这时雷达已经发出了下一个脉冲，并且传播了120公里，雷达就会错误地把它当成是刚发出的脉冲在120/2=60公里处目标物所返回的。

答：雷达会错误地把360公里处的目标物当作同一方向距雷达60公里的位置上。

16、当接受者与能量源处于相对运动状态时，能量到达接受者时的频率变化称为 多普勒效应 ，其多普勒频移λ

r

dop V f 2-=，其中r V 为运动的相对速度（离开为正），λ为电磁

波波长。

17、一个雷达波长10cm ，当目标物向着雷达运动的速度为25m/s 时的多普勒频移dop f 为多少？

解：多普勒频移)(50010

10)

25(222

Hz V f r

dop =⨯-⨯-

=-

=-λ

答：多普勒频移dop f 为500赫兹，约为原来频率的%107.15

-⨯。

18、由于多普勒频移dop f 很小，一般为约为原来频率的%1025

-⨯，雷达很难准确测定其频

移dop f ，但可以通过测量相继返回的脉冲对之间的 相位差 来确定目标物的径向速度，因为相位差λ

πλ

π

ϕλ

πϕϕϕϕr

r

r r ∆=

+-∆++=-=∆4)22()

(220012，所以目标物的径

向速度π

ϕλ4PRF

PRF r V r ⨯∆=

∆=

，其中r ∆为粒子径向移动距离，有正负（离开雷达为正，向着雷达为负），故相位差必须πϕπ≤∆≤-。当πϕ=∆时，有4

max PRF

V ⨯=λ，这时

的m ax V 称为 最大不模糊速度 。当粒子径向移动速度超过m ax V 时，必定会发生 速度模糊 。

19、一个波长为10厘米，脉冲重复频率为400次/秒的雷达，其最大不模糊速度m ax V 为多少？最大不模糊距离m ax r 为多少？ 解：秒）

米/(104

400101042max =⨯⨯=⨯=

-PRF

V λ