多普勒雷达的组成
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测量目标相对速度的雷达系统。
其工作原理基于多普勒效应，即当发射的电磁波与运动的目标相交时，电磁波的频率会发生变化。
多普勒雷达利用这种频率变化来计算目标的运动速度。
多普勒雷达包含一个发射器和一个接收器。
发射器发射出高频的电磁波，这些波经过天线发射出去，并与目标相交。
当电磁波与目标相交时，会发生频率的变化，这是由于目标的运动引起的。
接收器接收到目标反射回来的电磁波，并通过天线发送到接收器。
接收器会测量接收到的波的频率，并与发射时的频率进行比较。
根据频率的差异，可以计算出目标相对于雷达的速度。
为了提高测量的准确性，多普勒雷达通常会使用连续波或脉冲波进行测量。
连续波雷达通过持续地发射和接收电磁波来测量目标的速度。
脉冲波雷达则通过间歇性地发送短暂脉冲的电磁波来测量目标的速度。
除了测量速度，多普勒雷达还可以通过分析接收到的波的频谱来获得目标的运动方向和位置。
当目标接近雷达时，接收到的波的频率会增加，而当目标远离雷达时，接收到的波的频率会减小。
总之，多普勒雷达通过利用多普勒效应测量目标相对速度。
它
广泛应用于航空、气象、交通和军事等领域，可以提供有关目标速度和移动方向的重要信息。
民用航空气象地面观测规范第14章 多普勒天气雷达知识
第十四章多普勒天气雷达知识第一节引言RADAR（Radio Detection and Ranging）是一个利用电磁波进行探测、定位的仪器。
最早用于军事目的，后来在气象部门也逐渐得到使用。
它具有准确、客观和实时的特点。
近年来，多普勒雷达的技术也逐渐成熟，它除了保持常规天气雷达的特点外，还通过计算频率（相位）的变化，提取风场的一些特征，因而更具有使用价值。
我国新一代天气雷达建设是我国20世纪末、21世纪初的一项跨世纪气象现代化工程。
我国新一代天气雷达组网的目标和原则是：在我国东部沿海和多强降水地区和四川盆地的大部分地区，布设S波段（波长10cm）新一代天气雷达；在我国强对流天气发生和活动比较频繁、经济比较发达的中部地区，布设C波段（波长5cm）新一代天气雷达；其它地区，即我国第一地形阶梯地域的青、新、藏等流域暂不布设全国组网的站点；但省（区）会所在地和重要地区根据气象服务工作的需要和可能，按统一业务布点要求设置新一代C波段天气雷达，作为局地监测和服务使用。
计划在全国部署158部新一代天气雷达。
图14-1为其中的126部的站点示意图。
截止到2005年5月份为止，已布设80余部新一代天气雷达。
图14－1我国新一代天气雷达网站新一代天气雷达将全部选用Ｓ和Ｃ两种波段，选取全相干体制，其主要探测和测量对象，包括降水、热带气旋、雷暴、中尺度气旋、湍流、龙卷、冰雹、融化层等，并具备一定的晴空回波的探测能力。
第二节多普勒天气雷达的基本工作原理粒子对电磁波作用的两种基本形式是散射和吸收。
气象目标对雷达电磁波的散射作用是雷达探测大气的基础。
当天气雷达间歇性地向空中发射电磁波（称为脉冲式电磁波）时，它以近于直线的路径和接近光波的速度在大气中传播，在传播的路径上，若遇到空气分子、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。
粒子产生散射的原因是：粒子在入射电磁波的作用下被极化，感应出复杂的电荷分布和电流分布，它们也要以同样的频率发生变化，这种高频率变化的电荷分布和电流分布向外辐射的电磁波，就是散射波。
天气雷达的基本工作原理和参数
WSR-
88
D
基 本 数 据 产 品
相对于风暴的 平均径向速度产品图(SRM)
与基本速度产品类似，只不过减去了由风暴 跟踪信息(STI)识别的所有风暴的平均运动速 度， 或减去由操作员选定的风暴运动速度。
(a)
(b)
（a）3.4度仰角
（b）14.9度仰角
2004年4月23日 长沙12:37时风暴相对径向速度图 (基本速度减去风暴的平均移动速度后得到的)
主用户处理器子系统（PUP）
• 多屏、多画面显示气象应用产品图形图 像功能 • 具有放大、动画、叠加等多种图像显示 功能 • 通过人机交互方式设置系统运行模式和 产品生成
多普勒天气雷达的产品介绍
新一代天气雷达系统的产品应用可 分为四类： 1. 基本数据产品 2. 物理量产品 3. 风场反演产品 4. 强天气自动识别和跟踪产品
2001年8月7日14:45反射率因子剖 面产品 (上海)
组合反射率因子 平均值产品图 (LRA)
2001年8月7日 15:26 中层（上图12~33 千英尺）和低层 （下图从地面到 12千英尺）
2010年8月7日15:02弱回波区产品图也 称为反射率因子多层透视图(上海)
风暴跟踪信息产品（STI）
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。
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”。
窄波束低旁瓣的天线
三.1+多普勒雷达的资料和显示
大气科学学院 白爱娟
雷达产品类型
1、基数据 反射率因子R，径向速度V，谱宽W； 2、物理量产品：回波顶高，雨强显示，垂直累 积含水量，径向散度，方位涡度等；
3、反演识别产品：阵风锋，下击暴流，中气旋， 暴雨，龙卷涡旋等。
一 、雷达产品显示方式
新一代雷达采用体积扫描VOL的方式进行探 测。体积扫描是雷达按不同的仰角全方位扫描 方式。获取的数据可以用PPI、RHI、VCS和 RCS等方式显示。 基本显示方式 PPI： 平面位置显示-Plan Position Indicator RHI：距离高度显示-Radar Height Indicator VCS和RCS：任意垂直剖面-MICAPS系统交互操作
Velocity Cross Section， Reflectivity Cross Section
1、雷达产品PPI-Plan Position Indicator
可显示产品有 基数据和各种产品 • VIL • OHP（THP、STP） • HI 、SRM、TVS、 M、CS等
1、平面位置显示－PPI
2、距离高度显示RHI
RHI显示的特殊回波
RHI显示的应用
RHI显示：以雷达站为参考点，方位角是用 户自选的，可显示该方位上对流性天气的垂直 结构。 RHI的应用：强对流天气系统中经常出现的穹 隆结构、三体散射、回波墙、云砧，旁瓣回波 等。
RHI显示柱状回波
RHI显示特殊回波：穹隆、回波墙、云砧、三体散 射，旁瓣回波等，显示降水系统的垂直结构。
PPI显示的广泛应用
已经总结的很多有关雷达强度回波产品的分 布形状，比如典型的回波：钩状、指状、带状 回波、V字型缺口、絮状回波等与一定类型的 强对流天气有关。一般可通过分析这些特殊的 PPI产品来分析相应的天气。
6、多普勒天气雷达原理与应用.doc
第六部分 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征；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分和功能新一代天气雷达系统由三个主要部分构成：雷达数据采集子系统（RDA ）、雷达产品生成子系统（RPG ）、主用户处理器（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，遇到空气分子、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：电磁波能量沿传播路径减弱的现象称为衰减，造成衰减的物理原因是当电磁波投射到气体分子或云雨粒子时，一部分能量被散射，另一部分能量被吸收而转变为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分布的不均匀性（密度不同、介质不同），使电磁波传播路径发生弯曲的现象，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 在瑞利散射条件下，雷达气象方程为：()22232ln 1024K h G P c t λθϕπ=Z r c P r 2=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=0.5c/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辨认错误。
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（但是可预计它的正确位置）。
新一代多普勒天气雷达产品讲解
新一代多普勒天气雷达产品及其在短时天气预报中的应用杨引明上海中心气象台二零零二.二目录第一讲：新一代多普勒雷达基本构成及雷达产品生成数据流简介 (4)1．1 基本构成 (4)1．2 数据采集子系统（RDA） (5)1．3 产品生成子系统（RPG） (7)1．4 主用户处理子系统（PUP） (8)第二讲：雷达基本产品的生成、调阅和应用 (9)2．1 基本反射率因子（R） (10)2．2 平均径向速度（V） (12)2．3 速度谱宽（W） (14)第三讲：由基本反射率因子导出产品的生成、调阅和应用 (16)3．1 组合反射率因子（CR） (18)3．2 组合反射率因子廓线（CRC） (20)3．3 反射率因子剖面（RCS） (22)3．4 分层组合反射率因子平均值（LRA） (24)3．5 分层组合反射率因子最大值（LRM） (26)3．6 弱回波区（WER） (28)3．7 风暴跟踪信息（STI） (30)3．8 风暴结构（SS） (34)3．9 冰雹指数（HI） (36)3．10 回波顶高（ET） (40)3．11 回波顶高廓线（ETC） (42)3．12 垂直积分液态含水量（VIL） (44)3．13 强天气概率（SWP） (46)3．14 一小时降水量（OHP） (48)3．15 三小时降水量（THP） (50)3．16 风暴总降水量（STP） (52)3．17 用户可选降水量（USP） (54)3．18补充降水资料（SPD） (56)3．19一小时数字降水阵列（DPA）……………………………………………………(58).第四讲：由基本速度资料导出产品的生成、调阅和应用 (59)4．1 风暴相对平均径向速度图（SRM） (60)4．2 风暴相对平均径向速度区（SRR） (62)4．3 平均径向速度场剖面（VCS） (64)4．4 速度方位显示（V AD） (66)4．5 速度方位显示风廓线（VWP） (68)4．6 中尺度气旋（M） (70)4．7 龙卷涡旋标志（TVS） (74)4．8 组合切变（CS） (78)4．9 组合切变等值线（CSC） (80)第五讲：由谱宽资料导出产品其它产品的生成、调阅和应用 (82)5．1 谱宽剖面（SCS） (83)5．2 分层组合湍流平均值（LTA） (85)5．3 分层组合湍流最大值（LTM） (87)5．4 组合矩（CM） (89)5．5 强天气分析（SWA） (91)第六讲：新一代多普勒雷达产品在局地暴雨预测和监测中的应用 (96)（6．1）、暴雨形成的条件 (96)（6．2）．形成暴雨常见的对流回波系统 (96)(6．3)．WSR-88D多普勒天气雷达降水探测算法及评估 (97)（6．4）．基于WSR-88D多普勒天气雷达的暴雨监测 (100)（6．5）．个例分析 (102)第七讲：新一代多普勒雷达产品在冰雹预测和监测中的应用 (106)(7．1)．利用新一代多普勒雷达产品冰雹监测流程 (106)H (106)(7．2)．强冰雹概率指数hail第八讲：新一代多普勒雷达产品在龙卷风预测和监测中的应用 (108)(8．1)．龙卷风的定义、强度等级和分类 (108)(8．2)．龙卷风产生多普勒天气雷达资料特征 (108)(8．3)．WSR-88D多普勒天气雷达的龙卷风探测方法 (110)(8．4)．龙卷风的监测和预警流程 (113)(8．5)．个例分析 (116)一. 新一代多普勒雷达基本构成及雷达产品生成数据流简介与常规天气雷达不同，WSR—88D多普勒天气雷达是全相干脉冲多普勒天气雷达，它包含三个微机控制的工作单元，每个单元又由若干次级单元组成，为了准确、合理的操作该雷达，并最有效的使用WSR—88D多普勒天气雷达产品，对这三个工作单元、它们的次级单元、以及相互间的数据信号流有一个简要的了解是必要的。
多普勒天气雷达集训试题附答案
多普勒天气雷达集训试题附答案一、填空题1、新一代天气雷达主要由雷达数据采集系统RDA、雷达产品生成系统RPG、主用户终端子系统PUP三部分组成。
2、新一代天气雷达的体扫方式有VCP11、VCP21、VCP31、VCP32。
降水模式使用VCP11或VCP21，晴空模式使用VCP31或VCP32，其中VCP11常在强对流风暴出现的情况下使用，而VCP21在没有强对流但有显着降水的情况下使用，其他情况下使用VCP31。
3、多普勒天气雷达测量的三种基数据是基本反射率因子、平均径向速度、谱宽。
4、大气中折射的种类有标准大气折射、超折射、负折射、无折射、临界折射。
5、多普勒雷达是一种全相干雷达，每个发射脉冲的位相已知的，而且是相同的。
6、雷达探测到的任意目标的空间位置可根据仰角、方位角、斜距三个基本要素求得。
7、多普勒雷达除了具有探测云和降水的位置和强度的功能以外，它以多普勒效应为基础，根据返回信号的频率漂移，还可以获得目标物相对于雷达运动的径向速度。
8、达气象方程为=t p∑单位体积i r h PtGσπθϕλ2 222)2(ln1024，其中G表示天线增益，h表示脉冲长度，σ表示粒子的后向散射截面。
9、反射率因子定义为单位体积中所有粒子直径的6次方之和。
它的大小反映了气象目标内部降水粒子的尺度和数密度，常用来表示气象目标的强度。
10、11、雷达波束在降水中传播时能量的衰减是由降水粒子对雷达电磁波的散射和吸收造成的。
12、当发生距离折叠时，雷达所显示的回波位置的方位（或位置）是正确的，但距离是错误的。
13、在风向随高度不变的多普勒速度图像中，零等速度线为一条贯穿屏幕中心的直线。
14、在雷达径向速度图上，任意高度处的真实风向垂直于过雷达测站点和该高度与零值等风速线交点的径向直线；暖平流时零值等风速线呈S型，冷平流时呈反S型；出现急流时会有一对符号相反的并与PPI显示中心对称分布的闭合等风速线出现。
15、新一代雷达速度埸中，辐合或辐散在径向风场图像中表现为一个最大和最小的径向速度对，两个极值中心连线和雷达射线一致。
天气雷达的基本工作原理和参数-168页文档资料
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。
体扫模式 (VCP:Volume Cover Pattern） 扫描方式确定一次体积扫中使用多少个仰角，
而具体是哪些仰角则由体扫模式来规定。WSR-88D 可有20个不同的VCP，目前只定义了其中的4个： VCP11 -- VCP11（scan strategy #1，version 1） 规定5分钟内对14个具体仰角的扫描方式。 VCP21 -- VCP21（scan strategy #2，version 1） 规定6分钟内对9个具体仰角的扫描方式。 VCP31 --- VCP31 （scan strategy #3，version 1）规定10分钟内对5个具体仰角的扫描方式。 VCP32 --- VCP32（scan strategy #3，version 2）确定的10分钟完成的5个具体仰角与VCP31相同。 不同之处在于VCP31使用长雷达脉冲而VCP32使用 短脉冲。 WSR-98D未定义VCP32。
自相干多普勒天气雷达结构框图
全相干多普勒天气雷达结构框图
fo 发射脉冲的载频 fd 多普勒频率
发射频率 Vs 多普勒频移
发射频率 多普勒频移
中国新一代天气雷达系统简介
• 1、雷达数据采集系统（RDA） • 2、雷达产品生成子系统（RPG） • 3、主用户处理器子系统（PUP）
一2天气雷达组成介绍
雷达天线的仰角和方位角确定了雷达的立体扫 描探测过程。
天线仰角的变化范围：0～90º。 天线仰角的设置取决于天线的扫描方式、体扫 模式和天气模式。
天线方位角的变化范围：0～360º。 天线在旋转过程中正北方向为0º，正东为90º。依次 产生360º方位角。
新一代多普勒雷达 天线：收发共用 由开关转换控制
• 两种模式区别：晴空模式的回波比降水回 波弱，新一代雷达设定的晴空模式数据取 样分辨率为4km。
• 降水模式的取样分辨率为1km或500m。
当天线接收到返回的电磁波时，把信号 传送给接收机。
接收到的电磁波能量很小，在以模拟信 号的形式传送给信号处理器之前必须由接 收机进行放大。
功能： ① 地物杂波消除：目标是否运动？ ② 模拟信号向数字化的基数据转换。
每一个仰角的角度为0.95，大约为1度的范围。但是 雷达立体扫描的不充分性，导致静锥区和盲区的出现
天线的体扫模式-VCP21
VCP21：6分钟对9个仰角的扫描，存在很大的盲区。 使 雷达的物理量产品出现不确定性。
天线的体扫模式（VCP31）
VCP31：10分钟对5个仰角的扫描，晴空模式
天线的天气模式
速度谱宽-W
工作任务：（1）将雷达探测所得的原始基 数据，采集下来，进行质量控制和预处理， 形成原始数据文件。
（2）生成雷达的物理量产品—导出产品； （3）对基数据和产品数据进行存档，并将 产品下发给用户。
雷达软件系统或指令中心！
根据操作员输入的命令，RPG在体积扫描的基 础上产生需要的产品。
1、基本产品：从RDA接收到的数字化基数据， 生成操作员指定仰角上的数据。
每个系统都由计算机控制。
CINRADSC型天气雷达参数
CINRADSC型天气雷达用途：CINRAD/SC型天气雷达属于S波段全相参体制的多普勒天气雷达，具有实时探测回波强度（dBZ）、径向速度（v）和谱宽（w）等气象参数。
对台风、暴雨、冰雹、龙卷等灾害性天气进行有效监测和预警，对大范围降水进行定量测量，监测恶劣天气带来的风灾，获取降水区中风场信息和一定强的晴空探测能力。
适用于气象、水利、航空、军事和科研等部门。
组成：雷达由天线罩、天线、馈线、天线控制和伺服、速调管发射机、数字中频接收机、数字中频多普勒信号处理器、多普勒数据处理和显示终端、监测和标校控制终端、配电等系统组成。
工作频率2700～2900MHz点频工作雷达体制：全相干脉冲多普勒体制天线形式：8.54米圆抛物面天线强度监测距离：≥500km强度测量距离：≥200km速度监测距离：≥250km方位扫描范围：0°～360°俯仰扫描范围：－2°～＋90°距离精度：150m方位精度：0.2°仰角精度：0.2°高度精度：200m（距离≤100km），300m（距离＞100km）强度参数测量范围：－10～＋70dBZ速度参数测量范围：±48m/s(250km)，±78m/s(150km)谱宽参数测量范围：0～16m/s电源电压：三相380V±10% 50Hz±1Hz整机功耗：≤25Kw工作条件温度：0℃～＋40℃（室内）；-40℃～＋55℃（室外）相对湿度：90％～96％（室内30℃）95％～100％（室外30℃）海拔高度：4500米以下抗风能力：风速≤50m/s时正常工作风速≤60m/s时（阵风）天线不产生永久形变雷达具有防潮、防霉、防盐雾、防风沙的性能MTBF≥400小时；MTTR≤0.5小时运输方式公路、铁路、水路和航空运输天线罩直径：12m 射频损失：≤0.3dB天线天线直径：8.54m 增益：≥44dB波束宽度：≤1.0°第一旁瓣电平：≤－29dB远端附瓣(10度以外)：≤－40dB发射机脉冲峰值功率：≥750kW 发射脉冲宽度：1、4μs脉冲重复频率：300～1000Hz（1μs）300～450Hz（4μs）参差重复频率比：2/3、3/4 相位稳定度：≤0.15°接收机中频频率：30MHz 噪声系数：≤4dB线性动态范围：≥90dB灵敏度：优于-107 dBm（1μs）优于-113 dBm（4μs）信号处理器A/D转换器位数：14位库长：125m、250m、500m强度处理：距离上采用分库累积平均方位角上采用滑动累积平均多普勒处理：脉冲对算法（PPP）快速傅立叶变换（FFT）双重频去速度模糊（DPRF）随机相位法（RPHASE）处理范围：500km 地物对消能力：30～50dB距离平均数：1、2、4、8 方位平均数：16、32、64、128信号强度的估算精度：优于1dB平均速度估值误差：1m/s（S/N>10dB 速度谱宽<4m/s）谱宽估值误差：1m/s（S/N>10dB）输出信号：触发脉冲dBZ，V，W信号和dBT信号伺服系统天线扫描方式：PPI、RHI、体扫天线扫描速度：PPI 为0～18°/s可调RHI 为0～3°/s可调天线定位精度：方位、仰角均≤0.2°气象雷达原理：雷达通过方向性很强的天线向空间发射脉冲无线电波，它在传播过程中和大气发生各种相互作用。
脉冲多普勒雷达距离方位矩阵
脉冲多普勒雷达距离方位矩阵摘要：1.脉冲多普勒雷达概述2.距离方位矩阵的构建3.距离模糊问题的提出4.新算法解决距离模糊问题5.实验结果与分析6.结论正文：一、脉冲多普勒雷达概述脉冲多普勒雷达是一种利用多普勒效应测量目标距离和速度的雷达系统。
它通过发送短脉冲信号并与接收到的回波进行比较，来检测和测量目标的距离和速度。
由于其高精度和可靠性，脉冲多普勒雷达在军事、航空、航天等领域具有广泛的应用。
二、距离方位矩阵的构建距离方位矩阵是脉冲多普勒雷达系统中的一个重要组成部分，它用于存储雷达接收到的回波信息。
距离方位矩阵由距离通道和方位通道组成，其中距离通道表示目标距离信息，方位通道表示目标方位信息。
通过距离方位矩阵，可以获得目标的距离和方位信息。
三、距离模糊问题的提出在实际应用中，由于雷达系统受到各种因素的影响，例如信号噪声、多径效应等，导致距离方位矩阵中的距离信息出现模糊，无法准确获得目标的距离。
因此，如何解决距离模糊问题成为脉冲多普勒雷达研究的关键之一。
四、新算法解决距离模糊问题为了解决距离模糊问题，研究人员提出了一种新的算法。
该算法通过对距离方位矩阵进行处理，消除噪声和多径效应的影响，从而提高距离信息的准确性。
具体来说，该算法包括以下步骤：1.对距离方位矩阵进行预处理，消除噪声和多径效应的影响；2.计算预处理后的距离方位矩阵的特征矩阵；3.根据特征矩阵，估计目标的距离信息。
五、实验结果与分析为了验证新算法的有效性，研究人员进行了大量实验。
实验结果表明，新算法能够在一定程度上提高距离信息的准确性，降低距离模糊的程度。
在不同的场景和条件下，新算法都表现出较好的性能。
六、结论本文介绍了脉冲多普勒雷达距离方位矩阵的概念，提出了一种解决距离模糊问题的新算法。
实验结果表明，该算法能够有效地提高距离信息的准确性，具有较好的应用前景。
民航气象多普勒天气雷达执照考试题解答
民航气象雷达执照考试题解答1多普勒天气雷达主要由几个部分构成？每个部分的主要功能是什么？答：主要由雷达数据采集子系统（RDA ），雷达产品生成子系统（RPG ），主用户终端子系统（PUP ）三部分构成。
RDA 的主要功能是：产生和发射射频脉冲，接收目标物对这些脉冲的散射能量，并通过数字化形成基本数据。
RPG 的主要功能是：由宽带通讯线路从RDA 接收数字化的基本数据，对其进行处理和生成各种产品，并将产品通过窄带通讯线路传给用户，是控制整个雷达系统的指令中心。
PUP 的主要功能是：获取、存储和显示产品，预报员主要通过这一界面获取所需要的雷达产品，并将它们以适当的形式显示在监视器上。
2多普勒天气雷达的应用领域主要有哪些？答：一、对龙卷、冰雹、雷雨大风、暴洪等多种强对流天气进行监测和预警；二、利用单部或多部雷达实现对某个区域或者全国的降水监测；三、进行较大范围的降水定量估测；四、获取降水和降水云体的风场信息，得到垂直风廓线；五、改善高分辨率数值预报模式的初值场。
3我国新一代天气雷达主要采用的体扫模式有哪些？答：主要有以下三个体扫模式：VCP11——规定5分钟内对14个具体仰角的扫描，主要对强对流天气进行监测；VCP21——规定6分钟内对9个具体仰角的扫描，主要对降水天气进行监测；VCP31——规定10分钟内对5个具体仰角的扫描（使用长脉冲），主要对无降水的天气进行监测。
4天气雷达有哪些固有的局限性？答：一、波束中心的高度随距离的增加而增加；二、波束宽度随距离的增加而展宽；三、静锥区的存在。
5给出雷达气象方程的表达式，并解释其中各项的意义。
答： P t 为雷达发射功率(峰值功率)； G 为天线增益；h、：天线在水平方向和垂直方向的波束宽度；r 为降水目标到雷达的距离；：波长；m ：复折射指数；Z 雷达反射率因子。
6给出反射率因子在瑞利散射条件下的理论表达式，并说明其意义。
答：∑=单位体积6i D z ，反射率因子指在单位体积内所有粒子的直径的六次方的总和，与波长无关。
多普勒天气雷达资料分析与应用
引言
• RADAR
• RAdio Detecting And Ranging
• WSR－88D
• Weather Surveillance Radar 88 Doppler
• CINRDA/SA，SB，SC；
• S:10cm，A敏视达，B14所，C成都七八四厂
• CINRDA/CD，成都七八四厂生产 CINRDA/ CC，CCJ 安徽四创生产
0
5 4
m2 1 2 m2 2 Z
大粒子散射
对于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，记为 Ze ，称为等效雷达反射率 因子。
等效反射率因子Ze:
• 用瑞利散射公式计算大粒子的反射率因子
• 能够产生同样回波功iN1率PrM，i 与小球45粒mm子的22 反 射12 率2 Z因e子等效的Z值。
天气雷达的基本工作原理
• 天气雷达间歇性地向空中发射脉冲式的电磁波，电 磁波在大气中以接近光波的速度、近似于直线的路 径传播，如果在传播路径上遇到了气象目标物，脉 冲电磁波会被气象目标物向四面八方散射，其中一 部分电磁波能被散射回雷达天线（称为后向散射）， 在雷达显示器上显示出气象目标物的空间位置分布 和强度等特征。
• C：5cm
Weather Radar in China
• 中国气象雷达的概况 • 711型测雨雷达 - X • 713型测雨雷达 - C • 714型测雨雷达 - S • 多普勒雷达(714-CD, 3830，敏视达雷
达）
多普勒天气雷达的组成和探测原理
•一、多普勒天气雷达的工作原理 •二、雷达的 PPI 扫描方式 •三、雷达的三部分 •四、多普勒天气雷达的产品介绍 •五、短时预报常用的雷达产品
一种船用全固态多普勒天气雷达设计
一种船用全固态多普勒天气雷达设计【摘要】作为气象监测的一项有效装备，多普勒天气雷达自问世起，便受到各个行业的广泛重视，在军事、农业、交通出行等方便发挥着重要作用。
本文就介绍一种船用全固态多普勒天气雷达设计。
【关键词】多普勒天气雷达；组成；设计介绍一、主要功能船用全固态多普勒天气雷达，能监测周围海域240km、高度20km以下气象目标的强度及空间分布，对120km范围内的气象目标进行强度、速度、谱宽的定量测量。
能够在航行中动态监测中小尺度强对流天气系统，从而加强科学考察船海上作业的气象保障能力。
二、组成介绍船用全固态多普勒天气雷达主要由室外、室内两部分组成。
室外部分主要有天线球罩、天线装置、发射系统、接收系统、信号处理系统、数据处理终端系统、标校系统、船用稳定平台等，其中天线装置包括抛物面天线、馈线、方位伺服装置、俯仰伺服装置、光电汇流环等。
室内主要有信号处理计算机、光纤收发器、交换机等。
雷达采用全固态脉冲压缩体制。
整机由一个高稳定的恒温晶体振荡器作为全机的基准信号源。
雷达所需要的发射激励信号、本振信号、标校信号、时钟信号等等均由此基准信号经过锁相合成生成。
发射机输出的大功率高频脉冲信号经环形器通过馈源向抛物面天线辐射，抛物面天线向指定空间发射电磁波。
发射出去的电磁波在空中遇到降水粒子会产生散射。
天线接收气象目标的后向散射信号即回波信号，经过馈源进入环形器，通过环形器输入到接收系统的下变频接收通道。
接收通道对回波信号进行放大、变频、滤波处理，输出中频信号至数字中频接收机,然后进行采样、分析和处理，得到相干的零中频正交I、Q信号。
然后通过全双工光纤接口传输至信号处理分系统。
此外，线性调频信号的生成、脉冲压缩信号的处理、伺服系统的控制与角度的显示均由数字中频接收机完成。
数据处理终端系统是一个运行在计算机上的软件系统。
包含信号处理、终端控制以及二次产品处理。
利用了当前发展的最新的计算机硬件和软件技术，在硬件上，以高性能计算机作平台，WIN7作为软件运行平台，通过千兆以太网直接采样数字中频输出的I、Q数据，实现了处理系统的实时传输、高速信号处理和系统通用性的要求。
多普勒雷达(应用)
多普勒雷达多普勒雷达就是利用多普勒效应进行定位，测速，测距等工作的雷达。
所谓多普勒效应就是，当声音，光和无线电波等振动源与观测者以相对速度V相对运动时，观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同。
因为这一现象是奥地利科学家多普勒最早发现的，所以称之为多普勒效应。
由多普勒效应所形成的频率变化叫做多普勒频移，它与相对速度V成正比，与振动的频率成反比。
脉冲多普勒雷达是利用多普勒效应制成的雷达。
1842年，奥地利物理学家C·多普勒发现波源和观测者的相对运动会使观测到的频率发生变化，这种现象被称为多普勒效应。
脉冲多普勒雷达的工作原理可表述如下：当雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描时，如遇到活动目标，回波的频率与发射波的频率出现频率差，称为多普勒频率。
▼根据多普勒频率的大小，可测出目标对雷达的径向相对运动速度；▼根据发射脉冲和接收的时间差，可以测出目标的距离。
▼同时用频率过滤方法检测目标的多普勒频率谱线，滤除干扰杂波的谱线，可使雷达从强杂波中分辨出目标信号。
所以脉冲多普勒雷达比普通雷达的抗杂波干扰能力强，能探测出隐蔽在背景中的活动目标。
脉冲多普勒雷达于20世纪60年代研制成功并投入使用。
20世纪70年代以来，随着大规模集成电路和数字处理技术的发展，脉冲多普勒雷达广泛用于机载预警、导航、导弹制导、卫星跟踪、战场侦察、靶场测量、武器火控和气象探测等方面，成为重要的军事装备。
装有脉冲多普勒雷达的预警飞机，已成为对付低空轰炸机和巡航导弹的有效军事装备。
此外，这种雷达还用于气象观测，对气象回波进行多普勒速度分辨，可获得不同高度大气层中各种空气湍流运动的分布情况。
机载火控系统用的主要是脉冲多普勒雷达。
如美国战机装备的 A P G－68雷达，代表了机载脉冲多普勒火控雷达的先进水平。
它有18种工作方式，可对空中、地面和海上目标边搜索边跟踪，抗干扰性能好，当飞机在低空飞行时，还可引导飞机跟踪地形起伏，以避免与地面相撞。
新一代多普勒天气雷达简介
新⼀代多普勒天⽓雷达简介多普勒效应是澳⼤利亚物理学家J.Doppler1842年⾸先从运动着的发声源中发现的现象，多普勒天⽓雷达的⼯作原理即以多普勒效益为基础，具体表现为：当降⽔粒⼦相对雷达发射波束相对运动时，可以测定接收信号与发射信号的⾼频频率之间存在的差异，从⽽得出所需的信息。
运⽤这种原理，可以测定散射体相对于雷达的速度，在⼀定条件下反演出⼤⽓风场、⽓流垂直速度的分布以及湍流情况等。
这对研究降⽔的形成，分析中⼩尺度天⽓系统，警戒强对流天⽓等具有重要意义。
天⽓雷达间歇性地向空中发射电磁波（称为脉冲式电磁波），它以近于直线的路径和接近光波的速度在⼤⽓中传播，在传播的路径上，若遇到了⽓象⽬标物，脉冲电磁波被⽓象⽬标物散射，其中散射返回雷达的电磁波（称为回波信号，也称为后向散射），在荧光屏上显⽰出⽓象⽬标的空间位置等的特征。
在雷达探测中，⽓象⽬标的空间位置是⽤雷达天线⾄⽬标物的直线距离Ｒ（亦称斜距）,雷达天线的仰⾓和⽅位⾓来表⽰。
斜距Ｒ可根据电磁波在⼤⽓中的传播速度Ｃ和探测脉冲与回波信号之间的时间间隔来确定。
电磁波在⼤⽓中传播速度是略⼩于它在真空中的传播速度，但对斜距精度影响不⼤，故近似⽤C来表⽰。
天⽓雷达的主要设备 1. 触发信号发⽣器 触发信号发⽣器(控制钟)是整个雷达的控制系统,它周期性地产⽣⼀个脉冲式的触发信号,触发脉冲输送到调制解调器和显⽰器,指挥它们开始⼯作。
每秒种产⽣的触发脉冲数⽬，称为脉冲重复频率,以PRF(Pulse-Recurrence-Frequency) 表⽰。
两个相邻脉冲之间的时间间隔，称为脉冲重复周期，⽤Ｔ表⽰，它等于脉冲重复频率的倒数。
实际⼯作中，可⽤公式计算脉冲重复周期的数值。
2. 调制解调器 在触发脉冲的触发作⽤下，调制解调器产⽣调制脉冲。
调制脉冲具有两个特性： （１）具有固定的脉冲宽度（也称为脉冲持续时间），以微秒为单位，也可以以脉冲的空间距离h表⽰，脉冲宽度直接影响探测距离和距离分辨能⼒即雷达盲区⼤⼩。
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。
天气雷达的基本工作原理和参数知识讲解
性
风暴跟踪信息文本产品（上海）
风暴结构产品（SS）
冰雹指数产品（HI）
回波顶高产品（ET）
回波顶高等值线产品（ETC）
垂直液态水含量产品（VIL）
强天气概率产品（SWP）
一小时降水量产品（OHP）
三小时降水量产品(THP )
风暴总降水量产品（STP）
多普勒频率fd与目标物径向 速度Vr的关系
多普勒频率fd 定义： 目标物相对于雷达作径向运动
引起回波信号的频率变化，称 多普勒频移，亦称多普勒频率， 单位:赫兹（Hz）。
多普勒频率fd与目标物径向速度Vr 的关系（证明见P211-212)
fd
2Vr
其中： f d为多普勒频率
Vr 为目标物的径向速度
(单位 Hz )
(也称多普勒速度 , 单位 m / s)
这类产品主要有：
• 平面位置显示(PPI)
• 垂直最大回波强度显示 (CR)
• 等高平面位置显示(CAPPI)
• 距离高度显示(RHI)、
• 任意垂直剖面显示(VCS)
WSR-88D产品生成器根据用户要求生成的基本产 品有：基本反射率产品6种，平均径向速度产品6 种，速度谱宽产品3种，共计3类15种气象产品， 如下表
组合反射率因子 平均值产品图 (LRA)
2001年8月7日 15:26
中层（上图12~33 千英尺）和低层 （下图从地面到 12千英尺）
2010年8月7日15:02弱回波区产品图也 称为反射率因子多层透视图(上海)
风暴跟踪信息产品（STI）
表
示 产 生 冰 雹 的 可 能
图 中 绿 色 三 角 形
多普勒雷达数据格式
多普勒雷达数据格式
多普勒雷达的数据格式包括文件头和数据区两部分。
文件头记录了雷达的基本信息和观测参数，如雷达站名、站址、雷达型号、主要参数、观测时间、扫描类型、工作状况等。
数据区则包含了雷达的观测数据，这些数据以极坐标方式排列，每一记录块由360根标准径向记录构成，每一根标准径向记录包括径向数据头，1000个校正强度数据，1000个未校正强度数据，1000个速度数据，1000个谱宽数据。
此外，多普勒雷达的数据中还包含了一些偏振量，如反射率差值（ZDR）、传播相移差值（PHDP）、比差分相移值（KDP）、退极化比值（LDRH）和相关系数值（ROHV）等。
这些数据以二进制形式存储在磁盘中，要得到十进制的真实值需要经过换算。
同时，由于电磁波在大气中的折射现象，可能导致高度测算误差，因此需要进行坐标变换以纠正这种误差。
请注意，具体的数据格式可能因雷达型号和数据处理软件的不同而有所差异。
如果需要处理或分析多普勒雷达数据，建议参考相关的技术文档或向专业人士寻求帮助。
多普勒雷达原理
多普勒雷达原理
多普勒雷达是一种应用多普勒效应的雷达系统，用于测量目标的速度和方向。
多普勒效应是指当发射器和接收器之间的距离与目标靠近或远离时，接收到的信号频率会发生变化。
根据此原理，多普勒雷达系统通过比较发射的频率和接收到的频率之间的差异来计算目标的运动状态。
多普勒雷达系统由发射器、接收器和信号处理器组成。
发射器发射脉冲信号，这些信号以一定的频率传播并击中目标。
当信号与目标相遇时，目标表面上的物体会反射部分信号回到雷达接收器。
接收器接收到反射回来的信号，并将其与发射的信号进行比较，计算目标的速度和方向。
在多普勒雷达系统中，接收到的信号频率与目标的速度有关。
当目标靠近雷达时，信号频率增加；当目标远离雷达时，信号频率减小。
通过测量接收到的信号频率与发射信号频率之间的差异，可以确定目标的速度以及其相对于雷达的运动方向。
多普勒雷达广泛应用于气象观测、空中交通管制、车辆测速等领域。
在气象观测中，多普勒雷达可以用来探测风暴中的降雨强度、风速和风向等信息。
在空中交通管制中，多普勒雷达可以用来监测飞机的速度和运动方向，以保证航空安全。
在车辆测速中，多普勒雷达可以被安装在警车上，通过测量车辆的速度来进行交通执法。
总之，多普勒雷达通过利用多普勒效应来测量目标的速度和方
向。
它在各种应用领域中发挥着重要作用，为我们提供了丰富的信息并保障了安全。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
多普勒雷达工作原理示意图
为了在全方位下视和上视方面都有 较好的性能，雷达采用多种重复频 率和多种发射信号形式。为了消除 由于采用较高重复频率带来的测速、 测距中的模糊问题（即多值性问 题），还能发射多个不同重复频率 的信号，在数据处理机中利用代数 方法消除模糊。此外还可应用滤波 理论在数据处理机中对目标坐标数 据作进一步滤波或预测。
多普勒雷达的组成
机载脉冲多普勒雷达主要由天线、 发射机、接收机、伺服系统、数 字信号处理机、雷达数据处理机 和数据总线等组成。机载脉冲多 普勒雷达通常采用相干体制，为 了提高雷达在杂波谱中检测有用 信号的能力，号处理技术。为了减少旁瓣杂波 电平和减少主杂波在频域所占据 的相对范围，脉冲多普勒雷达通 常采用较高的重复频率。