METEOR 1000C多普勒天气雷达的参数测量--教员手册

民航汕头空管站

《METEOR 1000C多普勒天气雷达的参数测

量》

教员手册

目录

1.课程背景 (3)

2.教学大纲 (4)

3.教学方案 (5)

4.教学活动 (8)

4.1内容概述 (8)

4.2主要内容 (8)

4.3单元内容 (8)

第一单元METEOR 1000C概况 (8)

第二单元发射机参数测量方法 (16)

5.课程评估指标 (32)

5.1学习层评估命题细目表 (32)

5.2课前测验题 (32)

5.3课程测验题 (33)

6.教学材料清单 (34)

1.课程背景

2.教学大纲

3.教学方案

4.教学活动

4.1内容概述

本课程以理论为基础，重点联系实际，通过雷达机房内的实物演示教授雷达常规维护内容的参数测量方法，并讲述为什么要用这样的方法，该参数影响雷达哪方面的性能，使学员不仅学会测量方法，而且能够通过测量结果做出简单判断。

4.2主要内容

1.多普勒天气雷达的基本原理

2.METEOR 1000C的机构和信号流程

3.参数测量方法

4.3单元内容

第一单元METEOR 1000C概况

导入设计

同时展示一幅卫星云图和一幅雷达图，引导学员讨论天气雷达有别于卫星云图的特点，展现天气雷达的重要性。

问题设计：既然有了卫星云图，为什么还要有气象雷达？

单元重难点

1、多普勒天气雷达基本原理

雷达测距方程、多普勒效应、雨衰

2、METEOR 1000C概况

METEOR 1000C的信号流程

专业知识概述

1.1多普勒天气雷达基本原理

1.1.1天气雷达基本原理

1）什么是天气雷达

雷达（RADAR）的英文全称是无线电探测与测距（Radio Detection And Ranging）。雷达发射机发出的电磁波脉冲，经过方向性天线发射出去，在空中遇到目标物后一部分电磁波被吸收，一部分电磁波被目标物表面散射，散射的电磁波总有一小部分是沿原路返回的，于是被天线接收到，回波信号经过接收机放大，在信号处理器中进行分析，提取出能反映目标物的有用信息。

2）天气雷达的频率

电磁波波长和目标物的尺寸关系决定了电磁波的反射特性，简单讲，这两者的尺寸越接近反射程度就越大，两者的尺寸量级差别太大就得不到反射电磁波；所以探测飞机的航管雷达探测不到组成云的小水滴，探测云的天气雷达探测不到飞行器。同样的道理，不同波长的电磁波在照射到不同尺寸的小水滴上时发生的吸收和散射性能也不同。如下图所示：

波长越短的雷达，对大水滴很越感，暴雨时“雨衰”也越大（比如X波段雷达）。每部雷达只有一个波长，所以每部雷达都有自己的优缺点。

3）距离、高度、方位测量公式

雷达目标物的方位角和仰角是由定向天线接收电磁波时的方位角和仰角决定的雷达主要参数：

①脉冲长度h、脉冲宽度τ

h=τ*C

②脉冲重复周期T(PRT)、脉冲重复频率PRF

T=1/PRF

③最大探测距离Rmax、不模糊距离

Rmax=T*C

1.1.2多普勒天气雷达的特点

1) 多普勒效应主要内容

物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化称为多普勒效应。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高（蓝移blue shift ）；在运动的波源后面时，会产生相反的效应。根据波红（蓝）移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。

λ2r

d v f

频移fd 与径向速度Vr 成正比

2） W 的大小反映了目标云团内部的活跃程度

云团由无数个小水滴组成，每个雷达回波由无数个小水滴的散射波合成，从每个小水滴散射出来的电磁波的fd 是不一样的，因此雷达回波的频谱宽度W 的大小反映了目标云团内部的活跃程度。

3） 多普勒天气雷达的特点

普通天气雷达只能得到云团的强度信息Z ，多普勒天气雷达还得到了径向速度Vr 和频谱宽度W 。

1.2METEOR 1000C 概况

1.2.1 METEOR 1000C 的组成

射频载波信号由接收机产生，发送到速调管放大器。速调管对载波进行脉冲调制放大，形成微波脉冲，信号经环行隔离器送达天线。雷达系统本振和相干振荡器都在接收机中。天线波束是对称针状形状，在方位角和仰角上进行全

方位扫描。雷达接收机输出三种信号给雷达信号处理器进行进一步处理：用于反射率分析的来自于对数信道的视频信号，和用于速度、带宽分析的线性I\Q信号。

ASPEN信号处理器在雷达系统中起到重要作用。它主要完成三项任务：触发雷达系统，特别是发射机；载波信号的相位和频率调制和数字化；极座标处理和接收信号的处理。

雷达控制处理器（RCP）负责控制和监视雷达系统。BITE就是由该处理器控制。大量的数据被监视，一旦有错误被发现，控制处理器将根据错误的严重性进行处理。另外，雷达控制处理器也起到连接雷达系统和RAINBOW数据处理系统的作用。

RAINBOW数据处理系统是基于UNIX操作系统的。RAINBOW的主要工作是由来自于雷达系统的数据中产生气象产品。

1.2.2 METEOR 1000C的信号流程

COHO产生30MHzXINHAO ,经IFG调制后送入上变频，与2LO产生的492MHz信号混频产生522MHz信号，与来自STALO的5.0299GHz信号再次混频，得到5.625GHz信号，经BOOST放大器放大后送入速调管。天线接收到的信号先与来自STALO的5.0299GHz信号混频、滤波，再与2LO产生的492MHz信号混频、滤波，然后送入RSP进行信号处理。TSG板产生测试信号。

单元小结

本章简要介绍多普勒天气雷达基本原理和METEOR 1000C的信号流程，为学习参数测量打好知识基础。

单元测试与参考答案

1. 请写出雷达测距方程L= _______________， R=_______________。

2. 请用公式表示出多普勒频移和径向速度的关系fd=__________.