雷达探测大气的基础知识折射3
根据瑞利散射理论
目标物越多，散射也就越强. 大雨滴将比小雨滴产生更 强的信号。
WSR-88D Radar Imagery
3、散射特性
散射：只改变传播方向，不改变传播 能量的形式。
吸收：改变传播能量的形式。
4. 瑞利散射和米散射
瑞利散射
1871年Rayligh推出散射公式，粒子直径和入射波长
d＜＜λ 的小球形粒子散射。 一般云滴、小雨滴对厘米波长的雷达波的散射可看作
小粒子所组成的云区内探测到的回波称为晴空回波。
雷达的灵敏度愈高，观察到这种回波的次数也愈多。
晴空回波可分成两大类：
1、圆点状回波：表现为离散的小亮点，它多半是由鸟或昆虫所 造成的； 2、层状回波：它在RHI上大多是水平伸展及不接地的薄而弱的 回波层，这种回波主要是由气象条件造成的；其产生的条件
•一是大气中存在折射指数不均匀的区域，即湍流大气造成 对雷达波的散射； •二是分层大气中存在折射指数垂直梯度很大的区域，即大 气对雷达波造成了镜式反射。
因为 所以
Mi Ze
Ri
Z
Ze Z •
Mi Ri
4 5
m2 1 2
m2 2
Mi
可以看到，直接计算Ze值时，先测定实际粒子的滴谱，算出相对应的 瑞利散射的雷达截面，通过瑞利散射和米散射的关系求出米散射的雷 达截面，最后利用上式算出Ze值。
等效反射率因子Ze的意义：能够产生同样回波功率，与小球粒
实际观测发现：使用常规测雨雷达探测降水时，若信号没有经过视频积分
处理，则在距离显示器上可以看到降水回波呈现不断涨落的脉动现象。在平面
位置显示器上，由于这种涨落使得降水回波边缘显得模糊。造成降水回波涨落 现象的原因是由于同时散射能量到天线处的许多降水粒子之间相对位置不断发 生变化，从而使各降水粒子产生的回波到达天线的行程差也发生不规则的变化。 在探测云时也有类似的现象，只是云的回波脉动要弱得多。
雷达探测大气的基础知识衰减
Pr Pr0
2
R
0 4.343kLdR
k 4.343kL
10 lg Pr
2
R
kdR
Pr0
0
1 长度
分贝 距离
衰减的一般规律有
Pr Pr0 K
Pr
Pr0
0.2
10
R
0
kdR
总衰 减系 数
R
K 1020 kdR
k kg kc kp
10 lg
Pr Pr0
n 1
2
bn 2 )
Qa
Pa Si
Qt
Qs
云、降水粒子的衰减系数
电磁波传播一个距离元dR，具有相同吸收功率的粒子
dSi Ni Pai dR
dSi Si
NiQai dR
电磁波传播一个距离元dR，具有不同吸收功率的粒子
dSi
Si
i
NiQai dR
电磁波传播一段距离R，具有不同吸收功率的粒子
kL
d Pr 2 Pr dR
物理意义：由于衰减作用，单位接收功率在 大气中往返单位距离时所衰减掉的能量。
衰减因子K和衰减系数kL之间的关系 总衰减系数
Pr Pr0 K
R
Pr P e r 0 2 0 kLdR
分贝： 接收功率的衰减
R
K e20 kLdR
衰减系数
10 lg
i
i
0.4343
8
2
Im
m2 m2
1 2
i
Ni ri 3
引入云中含水量
i
N i ri 3
激光雷达探测大气原理
激光雷达探测大气原理
一、激光发射
激光雷达通过发射激光束来探测大气。
激光器产生特定波长的光，经过调制后以脉冲形式发射出去。
根据不同的应用需求，可以选择不同波长的激光，如近红外、中红外、远红外等。
激光束的发射角度和频率可以根据需要进行调整。
二、粒子散射
当激光束在大气中传播时，会与大气中的粒子（如气溶胶、水滴、冰晶等）发生散射。
根据瑞利散射理论，散射光的强度与入射光的波长四次方成反比，因此选择适当的波长可以增强散射信号，提高探测的灵敏度。
散射粒子的尺寸和浓度分布决定了散射光的空间分布和强度，因此通过测量散射光的特性可以反演大气的参数。
三、回波探测
激光雷达通过接收散射光回波信号来探测大气参数。
回波信号的强度、波长和传播时间等参数可以通过光电探测器进行测量。
回波信号的强度与散射粒子的浓度和尺寸有关，波长和传播时间则与大气折射率和消光系数有关。
通过对回波信号的测量，可以获取大气的温度、湿度、气压、气溶胶浓度等信息。
四、数据处理与分析
激光雷达获取的回波信号需要进行数据处理和分析才能得到大气参数。
数据处理主要包括去除噪声干扰、提取有效信号、校正光学系统误差等步骤。
分析则涉及利用物理模型和算法对数据进行反演，得到大气的温度、湿度、气压、气溶胶等参数的空间分布和时间变化。
数据处理和分析的结果可以用于气象预报、空气质量监测、气候变化研究等领域。
综上所述，激光雷达通过激光发射、粒子散射、回波探测和数据处理与分析等步骤来探测大气参数。
这种技术具有高精度、高分辨率和高灵敏度的优点，可广泛应用于气象、环境监测等领域。
雷达探测大气的基础知识衰减
8 2 r 3
瑞利近似下云的衰减系数
ktc 0.4343 Ni Qti 0.4343 Ni Qai
i i
m2 1 3 0.4343 Im 2 N r i i m 2 i
8 2
引入云中含水量
M 3 N i ri 0 4 i
3
云滴谱
Qt (cm2 )
10.0cm
NQt (cm2m3 )
3.21cm
10.0cm
二、冰雹的衰减系数kth
如果知道冰球的组成情况、折射指数、 粒子大小分布，则可以应用：
kt 0.4343 Ni Qti
i
dB
km
会有误差，原因是冰雹形状与球形相差 较大．以及冰雹的组成情况和复折射指数容 易发生变化。
Pr Pr 0 K
P r P r 0 10
0. 2
0 kdR
k k g kc k p
R
K 10 0
2
R
kdR
R Pr 10 lg 2 (k g kc k p )dR 0 Pr 0
雷达波的衰减概述
气体对雷达波的衰减主要是吸收作
用，散射可以忽略不计
ktr K I
K 的确定
•关键是雨滴谱
Pt 2 Qt Re 2n 1 an bn Si 2 n 1
kt
kt 0.4343 Ni Qti
i
dB
km
K
4 I N r r 3v(r )dr 0 3
I
雨滴衰减的观测与计算
0.4343 N i (Qai Qsi ) 0.4343 N i Qti
第五章 雷达电磁波在大气中的折射
是略微向地球表面弯曲的。
射线曲率、等效地球半径
射线曲率K
描述射线弯曲程度的物理量。
曲线的曲率： K d
ds
单位弧长倾角 的变化
曲率半径：通过某点的曲率圆的半径。
Rn
1 K
射线曲率、等效地球半径
射线曲率与折射指数垂直分布之间的关系
假设：大气由很多个厚度为dh的薄层构成。
K di ds
ds
超折射回波
超折射回波
超折射
区分超折射回波、普通地物回波、降水回 波
与晴空日常地物回波分布对照，区分超折射时 的地物回波；
地物回波是静止不动的，气象回波都是运动的， 所以可以参看速度图；
抬高仰角，使电磁波穿过波导层。
超折射
形成超折射的气象条件
对
N
n
1 106
A T
P
Be T
求导 得：
Rm
Rm
dn 0，知n随高度的升高而升高，根据折射定律，射线是向上 弯dh曲的，导致雷达探测的极限距离减小。
超折射
射线的绝对曲率大于地球表面的绝对曲率时产 生的折射
} 射线的绝对曲率： K dn 1 dh 地球表面的绝对曲率： Rm
dn dh
1 Rm
dn 15.7 108 m1 dh
此时，射线弯向地面，经反射后又继续向前传播，反复或多次 重复，使射线在地球表面和某一层大气之间辗转地向前传播,类 似于微波在波导管中的传播,所以又称大气波导传播。
1 Rm
1 6371103
15.7 108 m1
零折射
射线的绝对曲率等于0的折射。
K dn 0 dh
Rm' Rm
即大气的折射指数随高度没有任何变化，无大气或大气是 均质的，通常在实际大气中不会出现这种现象。
雷达探测大气的基础知识折射3
的水平变化不能忽视，折射指数梯度可相差达到30N单位以上，水 平均一的假设对高精度探测就不适用了。由大气水平分布不均匀， N单位梯度的存在会导致雷达水平探测定位存在误差。 由于大气水平分布非均一，使雷达波产生折射，会导致雷达 水平探测定位误差和出现探测“盲区”。
为什么呢？
大气某些区域，如海陆交界处、海陆锋、锋面两 侧气象要素的水平变化不能忽视，折射指数梯度可相 差达到 30N单位以上，水平均一的假设对高精度探测 就不适用了。由于大气水平分布不均匀， N单位梯度 的存在会导致雷达水平探测定位存在误差。
H h
R 4.15
H h
三、地球球面和大气折射对探测目标物的影响
(1)球形地面和大气折射使雷达波束偏离地面的情况
对近距离降水云，探测别的是降水云的底部，而对远距离的降 水占．探测到的是降水云的中部或顶部。若远处降水云发展高度较 低，雷达可能探测不到，实际工作小对此予以注意。
(2)球形地面造成回波分布的变形 雷达探测锋面降水
观测。
正折射
以上三种折射，标准大气折射、临界折射、超折
射这三种情况，共同特点是：满足
dn 0 dh
，这样一
个公共条件。N值随高度的增加而减小，射线向地面 方向弯曲，但弯曲程度不同。
气象雷达原理：电磁波在大气中的传播与反射
气象雷达原理：电磁波在大气中的传播与反射气象雷达（Meteorological Radar）是一种用于探测大气中降水和其他天气现象的仪器。
其工作原理涉及到电磁波在大气中的传播和反射。
以下是气象雷达的基本工作原理：1. 发射电磁波：雷达发射器：气象雷达系统包含一个发射器，用于产生并发射微波或无线电频率的电磁波。
频率选择：通常选择的频率为微波范围内的S波段或C波段，因为它们在大气中的传播较为有效。
2. 电磁波传播：大气传播：发射的电磁波在大气中传播，其传播速度近似等于光速。
无线电波传播特性：电磁波在大气中具有散射、吸收和折射等特性，这些特性取决于波长和大气中的水分、气体和颗粒物等因素。
3. 遇到目标：目标遇到电磁波：电磁波遇到大气中的目标物，如雨滴、雪粒、冰晶等。
这些目标物对电磁波有反射、散射和吸收的作用。
4. 回波接收：接收天线：气象雷达包含一个接收器和天线，用于接收目标反射回来的电磁波，形成回波信号。
信号处理：接收到的信号经过信号处理，可以确定目标的距离、方向和强度。
5. 图像显示：图像生成：处理后的数据被用于生成气象雷达图像，其中不同颜色或亮度表示不同的降水强度或天气现象。
6. 测量降水：降水率计算：根据回波的强度，气象雷达可以估计降水的强度和类型，从而提供有关天气状况的信息。
7. 多普勒雷达：速度信息：一些气象雷达还具有多普勒效应测速功能，可以测量目标相对于雷达的速度，用于检测风暴内部的气旋或对流。
8. 实时监测：实时监测：气象雷达系统通常能够提供实时监测，使气象学家能够跟踪和预测降水和风暴的发展。
气象雷达通过发射电磁波并接收回波信号，实现了对大气中降水和天气现象的探测和监测。
这种技术在气象学、气象预报和灾害预警中具有重要的应用价值。
大气折射率对雷达系统性能的影响评估
大气折射率对雷达系统性能的影响评估引言：雷达系统在军事、气象和航空等领域起着重要作用。
然而，大气折射率是一个十分关键的参数，它会对雷达系统的性能产生影响。
本文旨在评估大气折射率对雷达系统性能的影响，并探讨其在不同环境条件下的变化。
一、大气折射率的定义和意义大气折射率是光线传播过程中由于大气介质密度变化引起的光线弯曲效应。
在雷达系统中，大气折射率决定了信号的传播路径和传播速度，从而直接影响雷达的测量精度和探测距离。
二、大气折射率与气象条件的关系1. 温度和压力的影响大气折射率与温度和压力密切相关。
随着温度升高，大气折射率减小；压力增加会导致大气折射率增大。
因此，在高温和低压环境下，雷达系统的性能会受到一定程度的影响。
2. 湿度的影响湿度是另一个影响大气折射率的因素。
水蒸气的存在会导致大气折射率增大，从而影响雷达系统的测量精度。
尤其在高湿度的气候条件下，雷达系统需要根据湿度进行相应的校正，以保证数据的准确性。
三、大气折射率对雷达系统性能的影响1. 信号传播路径偏差大气折射率的变化会使信号传播路径发生偏差，导致雷达系统测量目标位置时的误差增加。
这对于要求高精度、高分辨率的雷达系统尤为关键，可能会使得目标距离和方位的测量不准确。
2. 信号传播速度变化大气折射率的变化也会影响信号在大气中的传播速度。
由于雷达系统是通过测量信号的回波时间来计算目标距离的，因此如果信号传播速度发生变化，就会导致距离测量的误差。
此外，不同的大气折射率可能会导致信号的传播路径不同，从而影响到雷达系统的方位测量。
四、大气折射率的校正方法为了准确评估雷达系统的性能并消除大气折射率的影响，研究人员提出了一些校正方法：1. 气象数据辅助校正通过获取气象数据，尤其是温度、压力和湿度等因素，根据恰当的模型和公式，可以对大气折射率进行实时校正。
这样可以提高雷达系统的测量精度。
2. 平台高度校正在高空环境中，由于温度、压力和湿度等因素的变化较大，大气折射率可能会显著变化。
衰减系数定义
衰减的一般规律
考虑一小段距离dR上的衰减：
衰减系数
d Pr 2kL P r dR
接收功率 的减少值 实际接收 功率
衰减系数定义：
d Pr kL 2 Pr dR
物理意义：由于衰减作用，单位接收功率在 大气中往返单位距离时所衰减掉的能量。
衰减因子K和衰减系数kL之间的关系
总衰减系数
Pr Pr 0 K
k L dR 0 P r P r 0e 2
R
K 分贝：
接收功率的衰减
10 lg
R Pr 2 4.343k L dR 0 Pr 0
1 长度
衰减系数
k 4.343kL
R Pr 10 lg 2 kdR 0 Pr 0
分贝 距离
衰减的一般规律有
总衰 减系 数
从电磁场理论 吸收截面 散射截面 衰减截面 可表示为：
2 P Qt t Re (2n 1)(an bn ) Si 2 n 1
Ps 2 Qs Si 2
(2n 1)( a
n 1
2
n
bn )
2
Pa Qa Qt Qs Si
云、降水粒子的衰减系数
8 2 r 3
瑞利近似下云的衰减系数
ktc 0.4343 Ni Qti 0.4343 Ni Qai
i i
m2 1 3 0.4343 Im 2 N r i i m 2 i
8 2
引入云中含水量
M 3 N i ri 0 4 i
3
云滴谱
（3）考虑衰减的意义：由于衰减，使回波图像、定量
测量情况与实际情况之间出现偏差，造成回波的失真。 了解衰减对雷达探测的影响，对于正确使用回波资料是 十分重要的。
2)第二章雷达探测大气的基础知识
绘 制 地 （1） 物 ） 阻 挡 图
R2 H − h − 2R ' m δ = sin −1 R
地 物 阻 挡 图
标准大气 折射
（2）绘制 等射束高度图
应用测高公式，
R2 H = h + R sin δ + 2 Rm '
即可求出各个方向 不同阻挡仰角时天 线波束所到达的最 低高度H值。
R = 4.15 H
若不考虑大气折射，只考虑地球曲率对超短波传播的影响
R2 H = h + R sin δ + 2 Rm
不考虑地球曲率影响
（5.1）
H = h + R sin δ
考虑大气折射的影响 和地球曲率影响 R2 H = h + R sin δ + 2 Rm ' （5.2）
2、回波高度查算图的制作和应用
因此不管有多大距离，h/2径向分辨率是不随距离改变的。 接收机频带宽度：由于接收机通频带有一定宽度ΔF，它就不能使经中放、 检波后得到的回波视频信号和原来的发射脉冲完全一样，回波脉 冲的后部会有一定的宽度Δτ=α/ ΔF， α为比例系数。 荧光屏上的亮点直径：亮点有一定的直径，扫描线的位置应该在亮点中心， 最后一个回波的亮点有一半延伸在目标物的外面，会产生径向方向 的伸长。半个亮点的长度对应的实际距离是：2dRp/D。
（2）切向分辨率
波束宽度：
会产生一个夸大的回波区， 0.017Rθ。
电子束亮点直Leabharlann ：降水区的前沿和后沿被夸大： d.Rp/Lp
（3）总的径向和切向分辨率的变化特征
在实际应用中怎样考虑雷达分辨率？
①散射较弱的粒子的分辨率比散射较强的粒子的分辨率要高。 ②分辨率随量程、距离增大而降低。 ③一般情况下，径向分辨率比切向分辨率要高。 ④分辨率对大尺度天气系统的分析、预报不造成影响, ④分辨率对大尺度天气系统的分析、预报不造成影响,对中、小 尺度天气系统的分析、预报会造成一定的影响。
第五章 雷达电磁波在大气中的折射(南京信息工程大学 雷达气象学)
N U IS T
弯曲的，导致雷达探测的极限距离减小。
dn > 0，知n随高度的升高而升高，根据折射定律，射线是向上 dh
20
dh
13
′ < Rm ⇒ Rm
10
射线的绝对曲率小于0的折射
超折射
dn 射线的绝对曲率： K = − dh 1 地球表面的绝对曲率： Rm
l此时，射线弯向地面，经反射后又继续向前传播，反复或多次 重复，使射线在地球表面和某一层大气之间辗转地向前传播,类 似于微波在波导管中的传播,所以又称大气波导传播。
n
N U IS T
20
13
10
超折射回波的分类
N U IS T 20
超折射回波
13
10
N U IS T 20
超折射回波
13
10
N U IS T 20
超折射回波
13
10
超折射回波
l
区分超折射回波、普通地物回波、降水回波
n
n
n
抬高仰角，使电磁波穿过波导层。
N U IS T
地物回波是静止不动的，气象回波都是运动的，所以 可以参看速度图；
折射现象的物理原因：
N U IS T
20
13
l 光波或者电磁波在不均匀介质中传播速度不均匀 而引起的。
10
折射现象
注：
N U IS T
பைடு நூலகம்
本章的研究主要考虑电磁波在大气中的传播路 径问题，不考虑衰减作用，所以只采用普通折射指 数n。
20
折射指数最普遍形式是复数形式： m = n–i k
13
10
普通折射 指数
N U IS T
雷达探测大气的基础知识(散射)
散射的分类
粒子散射电磁波的能力，除和电磁波的波 长等因素有关外，和粒子的大小、形状、以及 粒子的电学特性有关。当雷达波长确定后，球 形粒子的散射情况主要取决于粒子直径d和入 射波长λ的相对大小。 瑞利散射：d<<λ 米（Mie）散射： d≈λ
10
4. 瑞利散射和米散射
瑞利散射 1871年Rayligh推出散射公式，粒子直径和入射波长 d＜＜λ 的小球形粒子散射。 一般云滴、小雨滴对厘米波长的雷达波的散射可看作 瑞利散射 米散射 1908年G.Mie 推出均匀介质圆粒子对平行波散射的函 数表达式。粒子直径和入射波长 d ≈ λ 的大球形粒子 散射。
第二章 雷达探测大气的 基础知识
2.1 散射 2.2 衰减 2.3 雷达气象方程 2.4 折射 2.5 雷达的探测能力
1
1、雷达探测大气的基础：气象目标的散射作用
大气介质
大气气体分子 大气介质折射 指数分布不均
云 滴
随粒子的相 态、几何形 状、大小、 电学特性而 异
降水粒子
2
2、散射现象
当电磁波传播遇到空气介质和云、雨质点时，入射的 电磁波会从这些质点向四面八方传播相同频率电磁波 ，称 散射现象。
或
σ = 4πβ (π )
引入的意义：以入射波能流密度乘上雷达截面，得到一个
散射粒子的总散射功率；当散射粒子以这个总功率作各向同 性散射时，散射到天线处的功率密度正好等于该粒子在天线 处造成的实际的后向散射能流密度。 雷达截面的大小反映了粒子所造成的后向散射的大小。
23
说明： 1、假想面积 2、描述目标在入射功率一定下后向散 射功率的大小 3、散射截面以面积单位来描述。面积 越大，后向散射能力越强，产生的回波功 率也就越大。
天气雷达探测基础知识
天气雷达探测基础知识
天气雷达是一种能够探测大气中降水、云层、风暴等天气现象的仪器。
它通过发射一束雷达波，然后接收反射回来的信号，来了解大气中各种物质的状态和分布情况。
下面是天气雷达探测基础知识：
1. 雷达波的特点：雷达波是一种电磁波，它的传播速度与光速
相同。
雷达波在传播时会被大气中的物质吸收、反射、散射等，这些作用会影响雷达波的传播路径和信号强度。
2. 雷达波的频率：雷达波的频率是指单位时间内波的振动次数，通常以赫兹（Hz）为单位。
不同频率的雷达波具有不同的特性，例如高频率的雷达波能够穿透云层，但信号强度较弱；低频率的雷达波信号强度较高，但容易被云层等物质吸收。
3. 雷达反射信号：雷达波的反射信号是指当雷达波遇到物体时，会产生一部分信号向雷达设备返回。
这些反射信号的强度取决于物体的大小、形状、材质等因素。
4. 雷达图像的解析：雷达图像是由反射信号构建出来的，它能
够显示大气中不同物质的分布情况。
解析雷达图像需要考虑信号强度、信噪比、扫描角度、反射信号的特征等多种因素。
5. 天气雷达的应用：天气雷达广泛应用于气象预测、航空、海洋、农业、水文等领域。
通过天气雷达可以了解天气现象的分布情况和演变趋势，为人们的生产和生活带来很大的便利。
- 1 -。
雷达探测大气的基础知识 散射
16
5. 散射函数或方向函数
瑞利散射时的总散射功率
SS
=
Si R2
β (θ ,ϕ)
=
Si R2
16π 4r6 λ4
m2 m2
−1 +2
2
(cos2θcos2ϕ
+
sin
2ϕ
)
瑞利散射的特征
粒子散射能力与λ 4 成反比。波长越短，散射越 强
粒子散射能力与D 6成正比。粒子半径越大，散 射越强
瑞利散射时方向函数的函数形式：
β
(θ
,
ϕ
)
=
16π 4 λ4
r
6
m2 m2
−1 +2
2
(cos2θcos2ϕ
+
sin
2ϕ )
r：粒子半径
m:折射指数
λ:波长
φ: 任意散射方向与x-y平面之间的夹角
θ: 任意散射方向在x-y平面上的投影与入射波流密度方向之
间的夹角
14
5. 散射函数或方向函数
波长及粒子大小的相态一定时，λ，r，m
E
2 im
21
i =1
球形水滴和冰粒的散射
9. 单个球形粒子的雷达截面(后向散射截面)
雷达天线接收到的只是粒子散射中返回雷达方向(即θ
＝π)的那一部分能量，这部分能量称为后向散射能量。因
此，对探测云、雨等有意义的是粒子的后向散射。
对于普遍的球形粒子，根据米氏散射理论，其后向散
射函数
∑ β (π=)
瑞利散射
1871年Rayligh推出散射公式，粒子直径和入射波长
d＜＜λ 的小球形粒子散射。 一般云滴、小雨滴对厘米波长的雷达波的散射可看作
大气折射率的变化对雷达探测性能的影响
大气折射率的变化对雷达探测性能的影响随着科学技术的不断进步，雷达技术在现代社会中发挥着巨大的作用。
雷达是利用电磁波进行探测和测距的一种设备，它在天气预报、军事防御、航空导航等领域具有不可替代的地位。
然而，在雷达应用中，大气折射率的变化对其性能产生了一定的影响。
首先，大气折射率的变化会导致雷达信号的传播路径发生偏折。
大气折射率是指光线在穿过大气时受到折射影响的程度。
由于大气中存在湿度、温度等因素的变化，大气折射率也会发生相应的变化。
当雷达信号经过大气层时，由于大气折射率的不规则变化，光线会发生折射、散射等现象，导致雷达信号传播路径的偏离。
这种偏折会使得雷达在目标探测方面的性能下降，无法准确判断目标的位置、速度和形状。
其次，大气折射率的变化还会导致雷达信号的衰减。
大气折射率的变化会引起雷达信号在传播过程中的吸收和散射，从而导致信号强度的减弱。
当大气折射率较高时，雷达信号会因为被大气层吸收而衰减，导致雷达接收到的信号强度较弱。
这将使得雷达无法有效地探测远距离目标，从而影响雷达的探测性能。
另外，大气折射率的变化还会影响雷达的分辨能力。
雷达的分辨能力是指雷达能够区分两个相邻目标的能力。
当大气折射率发生变化时，由于折射、散射等因素的影响，雷达信号与目标返回信号之间的相位差也会发生变化，从而影响雷达的分辨能力。
如果大气折射率的变化较大，雷达就很难有效地分辨出相邻目标之间的差异，从而使得雷达无法准确地识别目标。
为了克服大气折射率变化对雷达性能的影响，科学家们不断进行研究和改进。
一种常见的方法是通过大气补偿技术来减小大气折射率的影响。
该技术通过采集大气参数数据，并利用数学模型来对大气折射率进行校正，从而提高雷达探测目标的准确性和精度。
此外，还可以利用多普勒雷达技术和相控阵雷达技术等来提高雷达的性能，减小大气折射率的影响。
综上所述，大气折射率的变化对雷达探测性能产生了一定的影响。
它会影响雷达信号的传播路径、信号的衰减以及雷达的分辨能力。
中班雷达知识点总结
中班雷达知识点总结
1. 雷达的基本原理
雷达（RAdio Detection And Ranging）通过发射无线电波，利用目标对波束的散射、反射等，观测探测及跟踪空中、水面、地面目标的电磁波感应设备。
雷达系统一般由发射机、天线、接收机、信号处理器和显示设备等组成。
2. 雷达的工作原理
雷达工作时，发射机发送一束无线电波，这些无线电波遇到目标后，一部分被目标反射回来，接收机接收并处理这一反射的信号，并通过信号处理器对信号进行处理。
然后通过显示设备显示出目标的位置、运动状态等信息。
3. 雷达的分类
根据雷达波段可以分为X波段雷达、Ku波段雷达、Ka波段雷达、C波段雷达、S波段雷达、L波段雷达、UHF频段雷达等；按照任务需求可以分为防空探测雷达、火控雷达、导航雷达、地面搜索雷达、舰船搜索雷达、空中搜索雷达等。
4. 雷达的工作频段
雷达的工作频段一般分为S波段、C波段、X波段、Ku波段、Ka波段等。
不同的频段适用于不同的任务需求，比如S波段适用于远距离目标搜索，而X波段适用于小目标探测。
5. 雷达的工作模式
雷达工作时可以采用不同的工作模式，比如搜索模式、跟踪模式、波束锁定模式、跟趋踪模式、多普勒模式等。
6. 雷达的特性
雷达有目标探测距离远、有抗干扰性强、有高精度等特点。
7. 雷达的应用领域
雷达广泛应用于军事领域、航空领域、航海领域、气象领域、安防领域等。
8. 雷达的发展趋势
随着科技的进步和雷达技术的不断发展，雷达设备将朝着多功能、全天候、全天时、多波段、多模式、高精度、全网互联、智能化等方向发展。
以上是对雷达知识点的梳理总结，希望能对大家了解雷达有所帮助。
雷达气象学知识点
雷达气象学知识点雷达气象学：利用气象雷达进行大气探测和研究雷达波与大气相互作用的学科它是大气物理学、大气探测和天气学共同研究的一个分支。
雷达气象学在突发性、灾害性天气的监测、预报和警报中具有极为重要的作用。
雷达的显示方式： PPI（平面位置显示Plain Position Indicator) ：固定仰角天线做0－360°顺时针扫描显示回波分布；实际上显示的是圆锥面上的回波分布。
按测距公式R越大回波高度越高。
RHI (Range Height Indicator距离高度显示）：固定方位角天线做俯仰扫描探测某方位上回波垂直结构。
坐标：R－最低仰角的斜距； H－按测高公式计算（标准大气折射）。
脉冲重复频率PRF：每秒产生的脉冲数脉冲间隔决定了探测距离。
脉冲重复周期PRT：两个相邻脉冲间的时间间隔。
脉冲宽度τ：脉冲发射占有时间的宽度。
波长a/λ：电磁波在一个周期内在空间占有的长度。
脉冲发射频率P：发射机发出的探测脉冲的峰值功率。
平均功率Pa：发射机在一个脉冲重复周期里的平均功率。
波束宽度：在天气方向图上两个半功率点方向上的夹角。
（波束宽度越小精度越高）天线增益：辐射总功率相同时定向天线在最大辐射方向上的能流密度与各向均匀辐射的天线的能流密度之比。
G=10_lg（S定向/S各项均匀）散射：当电磁波束在大气中传播遇到空气介质或云滴、雨滴等悬浮粒子时入射电磁波会从这些介质或粒子上向四面八方传播开来这种现象称为散射现象。
主要物质：大气介质、云滴、水滴气溶胶等。
其它散射现象：光波、声波等散射能流密度：对于入射能流密度 S i 经一各向同性的散射粒子散射后在以粒子为中心、半径为 R 的球面上任意一点所接收到的散射能流密度为：瑞利散射时的雷达截面：= 单个球形粒子的散射定义无量纲尺度参数：α=2πr/λ 当α Z正比于D6一方面表明粒子越大Z越大回波功率也就越大另一方面也表明Z的贡献主要来源于少数的大雨滴；等效雷达反射率因子：对不满足瑞利散射条件的降水粒子根据雷达气象方程求得的Z值就不能代表降水的实际谱分布情况只能是等效的Z值(Ze)称为等效雷达反射率因子。
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2、产生折射现象的物理原因
复折射指数 m=n-ik
不但考虑了介质 对电磁波传播速度 的影响，而且考虑了 介质对电磁波 衰减的影响
v1>v2
v1<v2
当电磁波斜向入射到折射指数不同的介质的交界面上时，就会发 c sin i n2 生折射现象 sini v1 n sin r n v sinr v 2 1 式中i为入射角，r为折射角，n1和n2为介质的折射指数，它等于电 磁波在真空中的传播速度c与电磁波在介质中的传播速度v的比值. 大气折射起源于电磁波在大气中传播速度的变化，而电磁波在大气 中传播速度的大小又与大气折射指数及介电常数有关。
dN 4 102 m 1 dh dn dN 106 4 108 m 1 dh dh dM 0.117 m 1 dh dB 0 dh dn K 4 108 m 1 0 dh
②临界折射
当波束路径的曲率
1 Rm
1 dn 0 Rm dh
K 15.7 108 m 1
等效地球半径→∞。
③超折射
当波束路径的曲率大于地球表面的
1 15.7 10 8 m 1 Rm dn 15.7 10 8 m 1 dh dN 15.7 10 2 m 1 dh dM 1 dn 6 10 0 dh Rm dh dB 11.7 10 2 m 1 dh
5、射线曲率与折射指数随高度的变化率
研究目的是为了研究雷达波束的弯曲情况，有
sin dnh K nh dh
n(h)一般为1.0003，可近似为1，当天线仰角为0°时， α=90°，sinα=1。因此，近似为有
dn h K dh
0 时，波束 由此可知，当 时，波束向下弯曲；当 dn dh 向上弯曲；当 0 时，波束直线传播。 dh
研究真实大气偏离标准大气时很有用，可判定实 际大气折射偏离标准大气折射的程度和实际大气属于 什么折射
9、折射指数随高度变化的几种形式
①标准大气折射
在标准大气情况 下，Rm=8500km，为实 际地球半径的4/3倍。 波束路径向下弯曲， 其曲率比地球曲率小， 这种折射称为标准大 气折射。标准大气折 射可以代表中纬度地 区对流层中大气折射 的一般情况，亦称为 正常折射。标准大气 折射可以使最大探测 距离增大16%。
称为等效地球半径。
R
' m
Rm dn 1 Rm dh
7、M单位
等效地球半径和 M的引入 是从不同角度去 处理同一个问题
h 6 M n 1 10 Rm
引入订正折射指数的思路是使地球表面展成平面去订 正大气折射指数值。
8、B单位
h 6 h 6 B h n 1 10 10 N h 4 Rm 4 Rm
折射指数N单位：是大气折射指数的实际应用单位，定义为
77.6 e (n 1) 10 P 4810 T T
6
77.6 e N (n 1) 10 P 4810 T T
6
式中，n(h)为高度h上的大气折射指数；T(h)、P(h)、 e(h)分别 为这一高度上的气温、气压和水汽压。
与地球表面的曲率相
同时，即波束传播路
径与地表面平行，则
称为临界折射, 此时,
dn 1 8 1 15.7 10 m dh Rm dN dn 106 15.7 102 m 1 dh dh dM 1 dn 6 10 0 dh Rm dh dB 11.7 102 m 1 dh
曲时，即雷达波束在传播过程中将碰到 地面，经地面反射后继续向前传播，然 后，再弯曲到地面，再经地面反射，重 复多次……，雷达波束在地面和某层大 气之间，依靠地面的反射向前传播，与 波导管中的微波传播相似，故称大气波 导传播，又称超折射。等效地球半径 Rm’<0，这时 K 15.7 108 m1 。 形成超折射时，雷达波遇到地物所 产生的向后的反射波也沿同样的路径返 回到天线。此时，雷达回波中的地物回 波显著增多、增强，通常称为超折射回 波。这种超折射回波妨碍了气象目标的
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第二章 雷达探测大气的 基础知识
2.1 散射 2.2 衰减 2.3 折射 2.4 雷达的探测能力
2.2 折射
电磁波在真空中是沿直线传播的，而在大气中由 于折射指数分布的不均匀性，就会产生折射，使电磁 波的传播路径发生弯曲。电磁波的折射对天气雷达的 探测有重要的影响。
1、关于折射
电磁波在真空中是沿直线传播的，如果在大气中 折射指数分布不均匀，就会产生折射，使电磁波的传 播路径发生弯曲。 电磁波在大气中曲线传播的现象就是大气折射。 超短波在大气中传播时，因为其振动频率比光波小， 会使水汽分子产生振动，使传播速度减小，产生折射。 一般超短波在大气中传播时，折射比较大（比如比光 波），与长波长的传播性质有很大的区别（在此不作 探讨）。 探讨电磁波的折射的意义就在于超短波在大气中 的折射对天气雷达的探测有重要的影响。
3、折射定律
平面分层大气
球面分层大气（Snell‘s定律）
从以上表达式的形式可以看出，球面分层介质与平面分层介质相似，但还与 R有关
4、气象因子与折射指数的关系
由于大气中的温、压、湿随高度而变化。同时地球本身又是一 个近似的球体，就是当雷达天线处于0°仰角发射电磁波时，电磁波 在前进过程中距地面的高度也在改变。不同高度上的温、压、湿不 同，其折射指数就要发生变化。
dn 0 dh
dn
6、等效地球半径(Rm’)
定义：设想地球半径加大到某 一数值Rm’时，使得Rm’为半
径的球面上沿直线传播的超短
波的最大探测距离和真实地球 表回上沿折射曲线轨道传播的 最大深测距离相同，则Rm’就
引入的意义：用Rm’来代替真 实的地球半径Rm，这样把超 短波处理为直线传播、有利 于计算。