W波段测云雷达探测能力分析

的数码管 相连 。这部 分主要将数 据通过 串行变 为并行 ，然 后显示 到数码 管 中。 由于 ８ ０ Ｃ ５ ｌ 单 片机输 出的数据是 串行的 ，需要把 它变为 并行 的才能 在数码 管显 示 ，那 么就要 用￣ Ｊ １ ７ ４ ｌ ６ ４ 芯 片 作为 转换器 件 。７ ４ １ ６ ４ 的作用 是将 串行数据 转 换为 并行数 据 。这样７ ４ １ ６ ４ 输 出的并 行数据 输 进到数码 管里面就可 以显示 了。具体的显示 时 间长短则要 看程序设 计的延时时 间的长短 。
１ ． 引 言
自上 世纪 ９ ０ 年 代起 ，美 、英 、 日、德 等 国家相 继研制 了专 门应用于 大气科学探 测的地 基和机 载Ｋ ａ 、ｗ 波段 测 云雷达 ，并广 泛用 于云 雾 目标分 布及属性探 测 。近 年来 ，我 国已经 研 制 出Ｋ ａ 波 段测云雷 达 ，包括 固定式和车 载式产 品 ，但 Ｗ 波 段测 云雷达 的研 制 尚属起步 阶段 。 本 文根 据 当前 国际上 典型Ｗ 波段毫 米波 测云 雷 达 技术参 数，结合我 国当前 的研 制能力 ，提 出 ｗ 波段 测云 雷达 典型工 作参 数， 并对其探 测 能
一
０ 、 ：天线波束水平 、垂 直方向宽度ｃ ： 电磁 波传输 速度 （ ３ ×１ ０ 。 ｍ ／ ｓ ） 发射脉冲 宽度 ： 雷达 工作波 长 ｚ ：气象 目标反射 率因子 Ｒ ： 目标距 离
：
堕 ： 一生
一
（ １ ）
对 云雾 的探测 能力，有利 于提高对气 象 目标形 成 的 微 物 理 过 程 的认 识 。 （ ３ ） 系 统体积 小 ，重量轻 ，具有 较低 的使 用和维护 成本 ，特 别适用于 在车载 、机 载或星 这个 电路 主要是 用７ ４ Ｌ Ｓ １ ６ ４ 完成 ，与 显示
如 果要 显示多 个数 字 ，则 要８ ５ Ｃ ５ １ 单片机 的时 钟线控制 。 ４ ． 系统主要 程序的设计 ４ ． １初始化程序 系 统上 电时 ，将 ７ ０ Ｈ ￣７ ７ Ｈ 内存 单元清零 ， Ｐ ２ 口清 零 。
４ ． ２主程序
路模 拟输 入 电压 的Ａ ／ Ｄ 转 换 ，并将 对应 的数值 常。按照原理 图进行 电路连线 ，对数据采 集 电 移入 ７ Ｏ Ｈ ～７ ７ Ｈ 内存单元 ，其 程序流程 图如图６ 路 的测试注意将单 片机和Ａ Ｄ Ｓ Ｃ ０ ８ ０ ９ 共地 ，用一 所示 。 个 可变 电压作为 输入量 输入Ｎｈ Ｄ Ｃ ０ ８ ０ ９ 中，将 ５ ． 软件设计 经过 单片机处理后 的信号用数码 管显示 出来 。 ５ ． １上位机软件程序 设计； 检查 电路连接 正确 后，将编写好 的数据采集 程 当上机 位发送一个命 令帧之后 ，立即转到 序植 入 单片机 中。把经 Ａ ／ Ｄ 转换 后温湿 度探 头 线程 串口监视线程 ，等待下机位 的应答帧。上机 的数据 量，经编译 后，在数码 管上能正确 的显 位接收到 正确应答 后会继续发 送下一 帧轮 询命 示 出来 。当外界温 湿度不断变化 时，数码管 上 令，而不会向下机位发送任何表示正确的命令。 显示 的数字也跟 随着 不断变化 。这样 ，具有温 当在超时时间内没有接收到下机位的应答帧时， 湿度数据采集功能的系统完成。 上位机的行为会继续 向下机位发送轮询帧。 这套温 湿度数据采集系统 ，能准确 的监测
载等移动平 台上探 测。 常规天气雷达 一般工作在微 波频段 ，主要 波 长在３ ｃ ｍ ～１ ０ ｃ ｍ 之 间 ，适 于探测 直径 大于几 百微 米的云雨粒 子，这些粒 子通常 是形成 降水 和风 暴的主要成 分。但是对 云、雾等粒 子直径
更小 的 目标 ，探 测能力及探 测精度有 限。细小 ｌ 一２ １ ｌ 的云 雾粒 子对短波 长 电磁波 的散射特性 较为 明 ： 表示复数模的平方，ａ Ｐ ｌ ｋ ｌ ＝ ＝ ｌ 旦 ， 显 ，因此 测云 雷达常 采用 毫米波 频段 （ 选 用在 Ｉ ｍ 十 ０ 大气 中传 输衰减相对 较小 的 “ 窗 口频率 ”，例 ｍ 为气 象 目标 复折 射指 数 ，对 于０ ℃ 液态 水粒 如波 长８ ｍ ｍ 的Ｋ ａ 、波长 ３ ｍ ｍ 的Ｗ 波段） ， 由于ｗ 波 子 ，Ｓ 波段和 Ｃ 波段 ，通常取 Ｂ ￣ ０ ｉ ． ９ ３ ，对于Ｋ ａ 力进行 简单分析和说明， 以作交流和讨论 。 段波 长更 短，对 云雾 的散射 更为 敏感 ，并且 ｗ 波段 ，取０ ． ８ ７ ７ 对于Ｗ 波段 ，取Ｉ ｋ ０ ｌ ． ６ ６ ８ 。 ２ ． 毫米波雷达的特点及用途 波 段雷达 天线和发射机 与Ｋ ａ 波 段相 比，更 具有 在 雷达方程 中，Ｐ 为 雷达接 收机 接收到 的 毫米波雷达通常具有 以下特点 ： 小型 化轻量 化特 点 ，因此 ，本文 主要讨 论ｗ 波 回波功 率，对于确 定的雷达系统 ，为实现对 目 （ １ ） 可 以用 较小尺 寸 的天线 获得较 高的天 段 测 云 雷 达 的 探 测 性 能 。 标的有 效探 测 ，必须保 证接收到 的回波功率在 线增 益和较 窄的波束 ，因而可得到较 高的角分 ３ ． Ｗ 波段测云雷达探测性能分析 接收灵敏度 （ 最小可测 功率） 之上 ，如 何提高 回 辨率 。 ３ ． １测云雷达方程 波功率和 降低雷达系统 最小可测功率 都是是工 （ ２ ） 毫 米波 （ 相对 于微波 ） 在细 微粒子 中具 常见天气雷达方程见式 （ １ ） 。 程师们关注的重要问题。 有较 强的散射特 性，利用毫 米波雷达可 以提高 ３ ． ２探测能力分析
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科研筮展． ． １
ｗ 波段测云雷 达探测 能力分析
安徽 四创 电子股份有 限公 司 高 磊 范亚驹
【 摘要 】ｗ波段测云雷达 的研 制在 我国尚处于起步阶段 ，目前 尚无ｗ波段测云雷达产 品的正 式应 用。笔者根 据我国 当前毫米波雷达研制 能力及技术特 点，通过相 关计 算和 分析 ，从ｗ波段测云雷达探测模式 ，包括波束扫描方 式、 雷达重复频率 、脉冲 积累数选择等，对雷达的探测能力做 出分析。 【 关键词 】测云雷达；ｗ波段 ；探测能力 ；反射率 因子
１ ０ ２ ４ ｈ １ ２
Ｒ‘
式中，Ｐ ：雷达接收机接收 到的回波功 率 Ｐ ：发 射脉冲 功率
Ｇ ：天 线 增 益
源自文库
从天气雷达 方程可 以看 出，影 响雷达探测 能力的 因素 有很多 ，雷达 系统接收到 的回波功 率除与 气象 目标特 性 （ ｚ ） 有关 外 ，还 和发射 功