新一代天气雷达原理上

合集下载

新一代天气雷达三维组网技术及其应用研究

新一代天气雷达三维组网技术及其应用研究新一代天气雷达三维组网技术及其应用研究目录：一、引言二、新一代天气雷达的发展背景三、新一代天气雷达的基本原理四、新一代天气雷达的三维组网技术五、新一代天气雷达的应用研究1. 天气预报及灾害预警2. 气象观测和研究3. 航空航天和军事应用六、存在的问题及展望七、结论一、引言天气雷达是一种用于探测和跟踪大气中降水和云的仪器设备，它在气象、水文、环境等领域中起着重要作用。

随着科技的发展和技术的进步，新一代天气雷达逐渐成为气象监测和预报的主力装备。

二、新一代天气雷达的发展背景传统的天气雷达在观测效果、分辨率和定量化能力等方面存在一定的局限性。

新一代天气雷达采用了先进的技术和方法，能够实现更高精度、更精细的观测和分析。

三、新一代天气雷达的基本原理新一代天气雷达主要基于雷达原理和散射原理进行观测和分析。

利用雷达波束辐射与大气中的降水或云粒子发生散射，通过接收雷达回波进行数据处理和分析，得出相关的气象参数。

四、新一代天气雷达的三维组网技术新一代天气雷达的三维组网技术是指通过多个雷达站点的组网配置，实现对大范围区域的三维观测。

通过雷达站点之间的数据传输和融合，得到更全面、准确的目标区域的天气信息。

五、新一代天气雷达的应用研究1. 天气预报及灾害预警新一代天气雷达能够提供更精确的天气信息，对于天气预报和灾害预警具有重要意义。

通过对雷达回波进行分析和处理，可以提供更准确的降水强度、降水类型和风暴路径等信息，为预报人员提供更有力的依据。

2. 气象观测和研究新一代天气雷达的高分辨率和高灵敏度，能够对大气中的微小颗粒进行观测和研究。

通过对云和降水的观测，可以更好地了解大气中的物理和化学过程，对气象学、云物理学等科学领域的研究具有重要意义。

3. 航空航天和军事应用新一代天气雷达在航空航天和军事领域中也有广泛的应用。

它可以提供对天气条件和风暴活动的实时监测，对飞行安全和军事行动具有重要意义。

新一代天气雷达速调管的结构、原理及更换

ｐｉｉｅ，ｒｎｃｐｌｗｏｒｆｏａｄｅａｅｎｔｆｒｔｅｋｌｗｎｒｐｌｃｍｅｏｈｋｌｓｒｎｆｎｅｇｅｒｔｏｗｅｔｅｒｄｒｒｎｍｉｔｒｙｔｏｏｗｎｅａｉｎａｈｒａａｔａｓｔｅｓｕｂｓｔｍ．ｙｓｅＫｅｒ：ｅｇｎｒｔｏｎｗｅｔｒｒｄｒ；ｙｓｒｎ；ｔｕｃｕｒｐｉｉｅ；ｒｅｓ；ｅｌｃｍｅｔｐｙｗｏｄｓｎｗｅｅａｉａｈｅａａｋｌｔｏｓｒｔｅ；ｒｎｃｐｌｐｏｃｓｒｐａｅｎｔｓｅ
・９・４
气象水文海洋仪器
Ｍａ．Ｏ２ｒ２１
支竣
（疆喀什地区气象局雷达站，什８４０）新喀４００
摘要：速调管是雷达发射分系统的核心器件，充分了解速调管的结构与原理对雷达机务工作有很大帮助。本文对新一代天气雷达发射分系统速调管的结构、原理、工作流程及更换作了叙
用，如果射频电压正半周时隙缝处电场矢量方向与电子注运动方向相反使电子加速的话，么射那频电压负半周时隙缝处电场矢量方向将与电子注腔受到了速度调制，飞经第一漂移区时产生部在分群聚作用。电子注飞经第一中间腔时，腔被该
收稿日期：０１０ — ３２１～６２．
作者简介：竣（９５）男，学，程师．从事雷达管理、务工作支１７一，大工现机

新一代天气雷达灾害性天气监测能力分析及未来发展

新一代天气雷达灾害性天气监测能力分析及未来发展新一代天气雷达灾害性天气监测能力分析及未来发展近年来，全球气候变化不断加剧，各类极端天气灾害频发，给人们的生命财产安全带来了巨大威胁。

为了及时准确地监测和预报灾害性天气，天气雷达技术不断创新发展，新一代天气雷达在灾害性天气监测能力方面有了显著的提升。

本文将对新一代天气雷达的监测能力进行分析，并展望其未来的发展方向。

一、新一代天气雷达的主要特点新一代天气雷达的主要特点包括高时空分辨率、多参数观测、多普勒效应和立体观察能力。

高时空分辨率是指新一代天气雷达能够对天气系统进行更精细的观测，实现对灾害性天气的更准确监测和预警。

多参数观测是指新一代天气雷达可以同时获取降水、风场、颗粒物浓度等多种参数信息，为灾害性天气的监测提供更全面的数据支持。

多普勒效应是指新一代天气雷达通过测量雷达回波的频率变化，可以对风场进行观测，从而提高对强风、风暴等天气现象的监测能力。

立体观察能力是指新一代天气雷达可以实现对天气系统的三维立体观测，进一步提高对强对流天气和雷暴天气的监测准确性。

二、新一代天气雷达的应用领域新一代天气雷达的应用领域广泛，可以应用于短临天气预报、气候监测、空中交通管理、灾害性天气预警等方面。

在短临天气预报方面，新一代天气雷达能够提供更准确、更及时的降水量、风速、风向等信息，帮助气象部门更好地进行天气预报和预警。

在气候监测方面，新一代天气雷达能够提供全球范围内的降水、温度等数据，帮助气候研究人员深入了解全球气候变化。

在空中交通管理方面，新一代天气雷达能够及时监测到天气变化，为航班调度和飞行安全提供重要保障。

在灾害性天气预警方面，新一代天气雷达可以通过对降水量、闪电等走势的监测，提前预警强对流天气、暴雨洪涝等灾害天气，减少人员伤亡和财产损失。

三、新一代天气雷达的发展趋势随着科技不断发展，新一代天气雷达未来的发展将更加注重数据智能化和信息化。

首先，新一代天气雷达将更加注重数据的智能化处理，并结合机器学习和人工智能等技术，实现对天气数据的自动识别和分析，提高天气监测和预测的准确性。

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）。

新一代天气雷达简介

工作模式（Operational Mode）
WSR-88D使用两种工作模式，即降水模式和晴空模式。雷达的工作模式决定了使用哪种VCP，而VCP又确定了具体的扫描方式。
工作模式A：降水模式使用VCP11或VCP21，相应的扫描方式分别为14/5 和9/6。
工作模式B：晴空模式使用VCP31或VCP32，两者都使用扫描方式5/10。
退距离折叠（range unfolding）：为了精确地测量径向速度， WSR-88D雷达有时采用较高的PRF（脉冲重复频率）。此时，其最大探测距离较短。雷达可收到位于其最大探测距离之外的目标物的较强回波，并将目标物误认为是位于其最大探测距离之内，从而产生距离折叠（ range folding）。信号处理器的一个重要任务是消除这些折叠，这个处理过程称为退距离折叠。
接收机
当天线接收返回（后向散射）能量时，它把信号传送给接收机。由于接收到的回波能量很小，所以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。
信号处理器
当接收到接收机传来的模拟信号后，信号处理器完成三个重要的功能：地物杂波消除，模拟信号向数字化的基本数据的转换，以及退多谱勒数据的距离折叠。
式提供初始场
多普勒天气雷达原理
• 反射率因子 • 径向速度和谱宽 • 最大探测距离与距离折叠（模糊） • 最大径向速度与速度模糊
反射率因子 Z
Z R 2 Pr C
Z=∫N(D)D6dD
dBZ 10 • lg Z Z0
Z0 1mm 6 / m3
径向速度ห้องสมุดไป่ตู้谱宽
• 多普勒效应 • 频率变化难以直接测量 • 脉冲对相移 • 全相干雷达：每个发射脉冲的位相相对于一个

新一代天气雷达在天气预报预警中的作用分析

新一代天气雷达在天气预报预警中的作用分析【摘要】新一代天气雷达在天气预报预警中扮演着重要的角色，其原理和技术特点使其具有更高的分辨率和灵敏度。

通过在天气预报中的运用，新一代天气雷达可以提供更准确的预报信息，为公众和决策者提供及时有效的预警，从而减少灾害损失。

其作用机制和应用在灾害预警中有着显著效果，未来的发展方向也是令人期待的。

新一代天气雷达的重要性在于不仅提高了预警准确性和时效性，还对社会产生积极影响。

通过不断改进和创新，新一代天气雷达将继续为我们的生活和安全带来更大的便利和保障。

【关键词】新一代天气雷达、天气预报、预警、作用分析、原理、技术特点、运用、作用机制、灾害预警、应用、发展方向、重要性、准确性、时效性、优势、社会意义、影响。

1. 引言1.1 新一代天气雷达在天气预报预警中的作用分析新一代天气雷达采用先进的雷达探测技术，能够更精确地获取大气中的湿度、温度、风速等气象要素数据，从而提高了天气预报的准确性。

通过对雷达回波信号的分析和处理，可以及时发现气象异常现象，进行有效预警。

新一代天气雷达具有更高的空间分辨率和时间分辨率，可以实现对天气现象的快速监测和跟踪。

在暴雨、大风、冰雹等极端天气事件的预警中，新一代天气雷达可以提前几小时甚至更长时间进行预警，帮助相关部门采取及时有效的措施应对灾害。

新一代天气雷达在天气预报预警中的作用不可低估，它不仅可以提高预警的准确性和时效性，还可以帮助减少灾害损失，保障公众的安全。

随着技术的不断进步和应用范围的扩大，新一代天气雷达的作用将会愈发重要，对于提高社会各界对灾害的应对能力，增强国家防灾减灾能力将发挥重要作用。

2. 正文2.1 新一代天气雷达的原理和技术特点1. 天气雷达原理：新一代天气雷达通过发射高频电磁波，对大气中的水雾、雨滴、雪花等粒子进行探测，并通过接收回波信号进行分析和处理，从而获取目标区域内的降水图像和数据信息。

2. 技术特点：新一代天气雷达采用了多普勒雷达技术，能够实现对目标降水粒子的径向速度和距离信息的同时探测，从而对气象现象进行更加精确的监测和测量。

天气雷达的基本工作原理和参数-168页文档资料

多普勒天气雷达除常规天气雷达功能之外，还可利用降水回波频率与发射频率之间变化的信息来测定降水粒子的径向速度，并通过此推断风速分布，垂直气流速度，大气湍流，降水粒子谱分布，降水中特别是强对流降水中风场结构特征。
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）

新一代天气雷达演示

雷达平均速度图
中尺度（2-20KM）系统的速度图像特征
不是在整个显示屏范围内识别，而是在其中选择一个小区域（包含了整个中尺度系统），将其放大显示。首先确定所选择的小区域在雷达有效探测范围内的方位及小区域的方向，并近似的认为该小区域在同一高度层上
纯气旋式流场；纯反气旋式流场；纯辐合流场；纯辐散流场；气旋式辐合流场；气旋式辐散流场；反气旋式辐合流场；反气旋式辐散流场
雷达的导出产品：有30多种。常用的包括组合反射率因子；垂直累计液态水含量；回波顶；风暴路径信息；冰雹指数；中气旋；速度方位显示风廓线；1小时累计雨量；3小时累计雨量；相对风暴径向速度区。
雷达数据质量控制
雷达数据质量控制主要涉及地物杂波抑制；去距离折叠和退速度模糊。
地物杂波：包括固定地物杂波和超折射地物杂波（AP杂波）。
一般雷暴（单个单体雷暴）
单个单体雷暴—在其生命发展史中自始至终只有一个孤立单体的风暴。水平尺度：5-10km；生命史：<1小时；雷达回波特征：回波较垂直，单体对称，少移，冰雹小，灾害小。回波强度相对较弱，回波面积小，发展高度低、生命史较短，上升与下沉气流无明显的倾斜性，气流结构易受损坏，不易发展强盛。
雷达基本产品反射率因子，平均径向速度和径向速度谱宽三种基数据。
SA和SB两种雷达，反射率因子基数据沿雷达径向的分辨率为1km，沿方位角方向的分辨率为1°，即1km*1°，平均径向速度和速度谱宽基数据的分辨率为0.25km*1°；扫描仰角从0.5°到19.5°。
SA和SB两种雷达，反射率因子观测范围为460km，径向速度和谱宽为230km；大部分算法适用的范围位于230km内。 CC和CD型雷达的观测范围只有150km。
在中等到高的CAPE和弱的深层垂直风切变情况下，可以出现的唯一强风暴是脉冲风暴，其不是一种独立的对流风暴类型，是以多单体风暴形态出现，含有一个或多个脉冲单体。

天气雷达

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。探测近目标采用窄的脉冲宽度，在探测远目标时，为了增大回波信号的强度采用宽的脉冲宽度。天气雷达的脉冲宽度一般取0.1--4微秒，随各种雷达探测目的不同而异。（２）调制脉冲提供一个合适的视频波形具有足够的幅度，以便使下一级电路发射机正常工作 3、发射机：在调制脉冲的作用下，发射机产生短促又强大的特高频振荡，经天线向空间发射出去，即探测脉冲。发射机的主要技术参数有波长（或振荡频率F）和脉冲发射功率。（１）波长：天气雷达通常使用的波长是厘米波，划分为K、X、C和S四个波段，K波段的雷达是用来探测非降水的云，X、C和S波段用于探测降水。（２）脉冲发射功率：是指天线实际发射的峰值功率，如果忽略了波导管和天线的损耗，则脉冲发射功率将近似地等于发射机输出峰值功率。 4、天线转换开关、波导管：天线转换开关是将天线、发射机和接收机连接起来的一种装置。当天线和发射机接通时，发射机输出的特高频振荡脉冲电磁波顺利地到达天线，在这个时间内天线与接收机切断连通，电磁波不能进入接收机。在探测脉冲发射的间歇期，转换开关接通接收机，使天线接收到的回波信号能全部进入接收机。波导管是一种空心矩形金属管状导体，其内径大小随所携带信号的波长而异，脉冲信号经它传送到天线其损耗极小。 5、天线： (1)波束的宽度：天气雷达的天线具有很强的方向性，它所辐射的功率集中在波束所指的方向上，波束主轴附近能流密度大，波束的边缘能流密度小，能流密度的相对分布曲线，称为天线方向图，曲线上各点与坐标原点的连线长度，代表该方向相对能流密度大小。能流密度最大方向上的波瓣称为主波瓣，侧面和相反方向能流密度均小得多，分别称为旁瓣和尾瓣。在天线方向图上，两个半功率点方向的夹角，称为波束宽度。波束宽度越小，定向角度的分辨率越高，探测精度越高。天气雷达的波束宽度通常不超过2度，多普勒雷达的波束宽度一般不超过1度。波束宽度的大小取决于抛物面反射体的直径和雷达工作波长。（２）天线增益：在相同辐射功率条件下，在波束方向上定向天线的能流密度与各向均匀辐射的天线的能流密度之比，称为天线增益，以G表示，天线增益与天线波束宽度具有一定的关系。天线增益以分贝（dB）表示：分贝（dB）=10log（定向天线的能流密度）/（各向均匀辐散天线的能流密度）。 6、接收机和显示器接收机:接收来自目标物的回波信号，经过放大后送往显示器进行显示。回波信号常常非常微弱，接收机必须具有接收微弱信号的能力，这种能力称为灵敏度。灵敏度用最小可辨功率表示。它是回波信号刚刚能从噪声信号中分辨出来时的回波功率。显示器：（１）平面位置显示器（简称平显或PPI）是天气雷达中最常用的一种显示器。在这种显示器上，电子束一方面以脉冲重复频率自屏幕的中心向外作等速的径向扫描；另一方面通过天线传动装置，使径向扫描为同步地随天线绕垂直轴旋转，当有回波信号进入时，在相应的距离和方位上扫描线增亮，从而显示出回波，其亮度取决于回波信号的强度，近代采用了视频积分处理器，将回波信号按不同的强度用不同的灰度或彩色显示出来。当雷达天线扫描一周时，屏幕上显示出测站周围目标的分布和回波强度。（２）距离高度显示器（简称高显或RHI）也是天气雷达中最常用的一种显示器，用来显示垂直剖面，纵坐标是高度，横坐标为水平距离，高度坐标放大，所显示的回波在垂直方向被拉长了。

新一代天气雷达在天气预报预警中的应用研究

新一代天气雷达在天气预报预警中的应用研究摘要：伴随着科学技术的快速发展，互联网、大数据应运而生，气象观测系统相关技术水平、观测设备等也有了质的提升。

在天气预报报警系统中，涌现出诸多的先进技术和设备，其中最突出的就是新一代天气雷达。

新一代天气雷达准确率高，能够在天气预报报警中提供较高的参考价值，尤其是对于暴雨、强对流天气的预测更加精准，能够及时探测到灾害性天气，为有效防御应对气候变化预留出宝贵时间，从而提高人们的灾害应对能力。

本文以新一代天气雷达为研究对象，首先阐述它的工作原理，其次重点分析新一代天气雷达在天气预报报警中的作用，希望能够为气象工作者提供一定的参考和借鉴意义。

关键词：新一代天气雷达；天气预报；预警引言新一代天气雷达与传统雷达相比，功率更大、灵敏度更高、性能更好。

基于这样的前提，新一代天气雷达的估测可靠性大幅提高，包括降水可能性、雨量值等，同时，新一代雷达还能够进一步探测到降水地区分布及其变化特征。

在实际应用运行中，新一代天气雷达能够提前感知极端天气变化，并且能够第一时间发出预警，在天气测报、气候变化、交通、农业等重大社会活动中发挥强大的保护作用。

因此，研究新一代天气雷达具有较强的实用价值，能够在气象测报中发挥较高的社会效益以及经济效益。

1.新一代天气雷达探测原理在实际操作的过程中，无论采用哪种类型的电子雷达，都主要是利用电磁波来检测目标物，通过电磁波来测量目标物的远近和基本特点，其中电子散射波技术就是无线电装置最为重要的技术基础。

天气雷达可以通过对散射波的测定,监视天气变化,测定不同目标物质的属性和特点。

新一代的天气雷达,在继承了传统的天气雷达技术基础上，进一步完善和强化了自己的技术核心。

它的运作过程就是，频率综合器在输出了小功率高频信号后，通过雷达和发射机进一步地放大了高功率，然后再利用已有天气雷达具备的铁氧体天线，将已经科学化的能量从空间中辐射出来。

从另一种数据视角分析其探测机理，可以看出当传统天气雷达在接收到雨、雪、云等目标数据后，就会向晴空衍射。

新一代天气雷达原理与应用6-个例分析(1)

03-07-08 20：00
03-07-08 20：34
03-07-08 21：12
03-07-08 21：24
03-07-08 21：57
03-07-08 22：32
22：32
03-07-08 23：01
03-07-08 23：29
23：29
03-07-09 00：38
03-07-09 00：38
在毕家庄，记者看到龙卷风、强降水使得这个长宽都不足百米的小村庄遭受了灭顶之灾。全村30多户人家，只有位于村口的一家房屋还算完好，其余都已是断垣残壁，一片狼藉，废墟中的家具、电视机、衣物、橱柜依稀可见。很多大树被连根拔起，其中一棵有几十年树龄的榆树也未能幸免。村庄周围的电线杆更是东倒西歪，大多都是由底部被强行扭断。一辆拖拉机被龙卷风拖出原地十几米，陷入水坑，而另一辆拖拉机则不知所踪。河南村小学也是屋倒墙歪，两个篮球架静静地躺在积水里。一位村民告诉记者，村庄里有四五个人被龙卷风卷起后而抛到远处的稻田里，受了重伤。由于强降水，有的稻田已被打成“一边倒”，村口的一条小河沟浑水湍急，并已漫过河岸，淌入稻田。
16：55
17：02
17：08
17：14
17：20
17：26
17：32
17：38
17：56
18：14
16：19
16：55
1543
1601
1625
1655 1655
1750 17500
0.5
1.5
3.5
4.3
16：55
0.5, 1.5，2.4，3.4
图
SRM
16：55
2003年7月8日安庆站08点探空
2003年7月8日安庆站20点探空

新一代天气雷达天线水平误差原理分析及调平方法

新一代天气雷达天线水平误差原理分析及调平方法摘要：雷达天线座水平的测试和调整是一项重要工作，雷达天线座要保持较高的水平度，以确保天气雷达系统对气象目标定位的高度精准度。

本文主要从雷达天线水平误差的分析和计算方法以及调平方法进行阐述和讨论。

关键词：新一代天气雷达；天线水平误差分析计算；合像水平仪；天线调平中图分类号：p415.2 文献标识码：a引言新一代天气雷达采用高低两种脉冲频率对各种天气进行准确预报。

与传统的天气雷达不同的是，新一代雷达要复杂得多，它完全由计算机控制，天线按照扫描方式自动转动，无线仰角的设置取决于天线的扫描方式，以提高我国突发暴雨、沿海台风和大江大河强降水预警等灾害性天气预报时效和准确。

本文旨在从天线水平度的理论分析着手，对新一代天气雷达的水平度的测试原理进行剖析，介绍一种行之有效的测试方法和计算方法及调平方法。

1 雷达天线水平误差的分析及计算公式由于水平仪在天线座上的实际检测工作环境与水平仪原来的标准检定环境差别较大，所以直接获取的检测数据含有明显的误差成分，这在很大程度上影响到了对天线座水平度的准确检测。

具体分析如下：理论上的水平面（平面1）与雷达天线安装基础面（平面2）夹角为α，则两平面的法线夹角应该也为α，α也就是雷达天线的水平误差。

平移理论上水平面的法线，使其与雷达天线安装基础面的法线相交，过两相交线可作一平面（平面3）。

下面我们在其平面内对水平误差α的计算进行分析。

平面3内构造雷达天线安装基础面x-y坐标系和理论水平面x-y 坐标系。

安装基础存在水平误差，天线方位轴与理论水平面夹角为α，即x轴与x轴和y轴与y轴的夹角也为α。

在x-y坐标系中，如果合像水平仪位于线段ab两点，那么可作如下假设：a点其坐标为（x1，y1）；b点其坐标为（x2，y2）；线段ab与x轴的夹角为θ，且线段|ab|=l。

根据以上假设，则有式x2 = x1-lcosθ和y2 = y1-lsinθ成立。

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。

雷达与卫星气象学

雷达与卫星气象学第一部分第一章一、我国天气雷达的频率范围1．S波段天气雷达的频率范围在2700MHz-2900MHz；C波段天气雷达的频率范围在5300MHz-5500MHz；X波段天气雷达的频率范围在8000MHz-12500MHz；2．CINRAD-SA\CINRAD-SB\CINRAD-CB分别属于哪个波段。

二、天气雷达原理及组成：1．常规天气雷达：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。

2．多普勒天气雷达：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。

3．天气雷达组成：主要由天线、馈线、伺服、发射机、接收机、信号处理、产品生成、显示终端等组成。

天线：发射/接收电磁波；馈线：传导电磁波；伺服：天线等的运转；发射机：产生电磁波；接收机：接收处理电磁波信号处理：处理回波信息；产品生成：根据算法，生成应用产品/控制雷达；显示终端：显示产品、控制雷达4．新一代天气雷达的基本结构：主要由三大系统组成：RDA—雷达数据采集子系统；RPG—雷达产品生成子系统；PUP—主用户终端子系统。

5．RDA主要结构：天伺系统、发射机、接收机、信号处理；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——反射率因子、平均径向速度和径向速度谱宽。

天气雷达的基本工作原理和参数知识讲解

E(t)ReE1[e(xpi(1ti0t)] E1co2s(f0f1)t
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

新一代天气雷达原理与应用

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。
接收机
当天线接收返回（后向散射）能量时，它把信号传送给接收机。由于接收到的回波能量很小，所以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。
信号处理器
当接收到接收机传来的模拟信号后，信号处理器完成三个重要的功能：地物杂波消除，模拟信号向数字化的基本数据的转换，以及退多谱勒数据的距离折叠。
新一代天气雷达原理与应用
肖鹏
达州市气象台
Tel:0818-2651099
目录
1. 引论 2. 基本原理 3. 速度图识别 4.多普勒天气雷达资料在业务中的应用
1.引论
1.1 中国新一代天气雷达布网计划
我国新一代天气雷达业务组网的建设目标是：在我国东部和中部地区，装备先进的新一代S频段和 C频段多普勒天气雷达系统，组成探测空间相互衔接覆盖的监测网，实时监测提供降水强度、平均径向速度和频谱宽度等信息。对降水，特别是暴雨、热带气旋、强对流等灾害性天气和重要天气系统进行有效的监测和警报。
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：

新一代天气雷达原理与产品应用(2013年集训第六章-龙卷的雷达探测和预警)

把龙卷分为5级， F0-F1：弱龙卷， F2-F3：强龙卷， F4-F5：剧烈龙卷。
F0级（18-32m/s）：对烟囱会有一些损害，一些树枝被刮掉，树根浅的树可能被刮倒，指路牌被损坏。（损坏轻微）
F1级（33－49m/s）：可以刮掉房屋屋顶的表面，将移动房屋刮离地基或侧翻，正在开动的汽车被推离公路。（损坏中等） F2级（50－69m/s）：框架结构的屋顶被刮掉，移动房屋被摧毁，集装箱卡车侧翻，大树被折断或被连根拔起，轻的物体快速飞到空中。（损坏相当大） F3级（70－92m/s）：屋顶严重损坏，一些结构比较结实的房屋的墙被刮倒，火车被刮翻，森林里大多数树木被连根拔起，汽车被掀离地面并被抛到一定距离以外。（损坏严重）
定的且与地面接触的黑云团，有呈多个漏斗状的。
• 绝大多数龙卷都是气旋性旋转，极少数是反气旋性旋转。
© 2005 C. Doswell
©1999 Roberto Giudici
龙卷气流结构
• 龙卷气流结构通常分为5个区，分别为外流区（Ⅰ区）、核心区（Ⅱ 区）、角流区（Ⅲ区）、入流区（Ⅳ区）、对流羽（Ⅴ区）； • 龙卷漏斗由内层下沉气流（对流云底部向下伸展并逐渐缩小的涡旋漏斗）和外层上升气流（地面向上辐合合并的涡旋气流）双层结构组成。由于龙卷中心附近空气外流，而上空往往有强烈辐散，因此龙卷中心气压很低，可到400hPa。由于龙卷中心气压的剧降，造成水汽的迅速凝结，龙卷才由不可见的空气涡旋变为可见的漏斗云柱。龙卷的形态主要取决于其旋转比（龙卷中上升气流边缘处的切向速度和龙卷内平均上升气流速度之比），旋转比越大，龙卷的尺度越大。
不容易形成强的低层旋转，不利于龙卷生成。
抬升凝结高度的重要性
• 有龙卷外场观测表明，龙卷超级单体的下沉气流在地面附近辐散，辐散气流的一部分遇到低层强烈辐合，被重新卷入到低层中气旋内。而龙卷能否形成及其强弱与被卷入的下沉辐散气流的浮力特征有关，正浮力越大越有利于龙卷产生。 • 抬升凝结高度越低，表明低层相对湿度越大，下层气流中的气块在低层大气被进一步蒸发冷却的可能性就越小，其具有正浮力的可能性就越大，越有利于强龙卷的形成。 • 较低的边界层相对湿度导致蒸发冷却，下沉出流加强，低层中气旋会被切断，从而大大降低龙卷产生的概率。