相控阵多普勒天气雷达技术发展展望

阵技 术把 许多 阵元 有规 则地 在 面天线 或线 天线 上排 成 阵列形 式 ， 每个 阵元都 能 发 （ 收） 电磁波 ， 根据 电磁 波 的相 干原理 ， 控 制 辐射 信 号 输 往 天 线 表 面 各个 阵
元 电流相 位 的变化 ， 来形 成 和改 变 整 个 或部 分 天线 的空间 电磁 波束 的指 向 ， 即 电子 扫 描 ， 表示“ 相 位 可
由于 Ｐ ＡＲ 的天 线 波 束 形 成 、 波 束 扫 描 方 式 和
波 束数 量 都 和 传 百度文库 的 机 械 扫 描 雷 达 不 同 ； 而 有 源
１ ． １ ． １ Ｐ ＡＲ天 线满 足 常规 天线 的经典 特性
常规 机 械扫 描 雷 达 的旋 转 抛 物面 天 线 ， 天 线 增
Ｐ ＡＲ甚 至连发 射 和接收 体 系统 都改 变 了 ； 要求 更 加
（ 浙江省大气探测技术保 障中心 ， 杭州 ３ １ ０ ０ ７ １ ）
摘要
基于相控 阵雷达的工作原理和各种工作方式下 的性能 特点 、 结合 天气雷达 的基本 要求 、 并 考 虑 到 相 控 阵 雷
达在生产 、 应用技术方面不断地成熟 、 成 本 的 飞 速 地 下 降和 财 政 的宽 裕 ， 展 望 有 源 数 字 相 控 阵 多 普 勒 天 气 雷 达 的选
第 ４ ３卷 第 ４期 ２ Ｏ １ ５年 ８月
气
象
科
技
Ｖｏ １ ． ４３， Ｎｏ ． ４ Ａ ｕｇ ．２ Ｏ１ ５
Ｍ ＥＴＥＯＲ０Ｌ０ＧＩ ＣＡＬ ＳＣＩ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬ０ＧＹ
相 控 阵 多普 勒 天 气 雷 达 技 术 发 展 展 望
王 志武 杨 安 良
益 Ｇ 反 比于 天 线 主 波 束 宽 度 （ Ａ Ｏ Ａ ￣） 、 也 与 天线 有
效 截 面积 （ ｓ ） 和 工作 波长 有 关 ：
Ｇ一 （ ２ ７ ０ ０ ０～ ３ ２ ４ ０ ０ ） ／ （ Ａ Ｏ Ａ￣）一 ４ ｎ（ Ｓ ） ／ ａ
（ １ ）
象 主要 针 对是 涨落 的 、 弥散 目标且 需要 精确 测量 ， 所 以天 气 Ｄ ＡＲ将 面 临 一般 军 事 Ｐ ＡＲ 所 面 临 的 同样
以控 制 的 天 线 阵 ” 。 １ ． １ Ｐ Ａ Ｒ 天 线 的 性 能 特 点
Ｐ ＡＲ整机 成 本 和 保 障 费 用 却 在 快 速 地 下 降 、 Ｐ ＡＲ
正向数字化发展， 数字阵列雷达 （ Ｄ ｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ Ａｒ ｒ ａ ｙ Ｒａ ｄ ａ ｒ ， Ｄ ＡＲ ） ＿ ６ ］ 能胜 任 我 国下一 代天气 雷 达 。
１ ． １ ． ２ Ｐ ＡＲ 的 相 移 方 法
传统 Ｐ ＡＲ天线 波束 扫 描 依 靠 雷 达馈 电 系统 中
ｈ ｔ ｔ ｐ ： ／ ／ ｗｗ ｗ． ｑ ｘ ｋ ｊ ． ｎ ｅ ｔ ． ｃ ｎ气 象 科技 作者简介 ： 王志武 ， 男， １ ９ ５ ３ 年生 ， 学 士， 正研级高工 ， 主 要 从 事 天 气 雷 达 技术 保 障工 作 ， Ｅ ｍａ ｉ ｌ ： ￣ ｊ ｗ ｚ ｗ＠ １ ６ ３ ． ｃ ｏ ｎ ｒ
用 。介 绍 有 源数 字 相 控 阵 多 普 勒 雷 达 发 展 现 状 和 作 为 天 气 雷 达 所 面 临 的 问题 ： 如 减少数字 Ｔ ／ Ｒ组 件 的 总 成 本 、 各 种 数 字 波束 形成 模 式 及 自适 应 技 术 的移 植 和 改 进 、 数 据 信号 处 理 （ 软硬件 ） 技 术 和气 象 产 品 的 开 发 、 耗电计算 ， 以及 全 寿命 期 间 的设 备保 障 等 ， 提 出解 决 部 分 问题 的初 步设 想 。
关键 词 相 控阵天气雷达 ； 展望 ； 面 临 问 题
引 言
１ Ｐ Ａ Ｒ 的 性 能 特 征
新一代 天气 雷 达 （ Ｃ Ｉ ＮＲ ＡＤ） 在 我 国全 面 布 点 已
经十 多年 了， 将 逐 步进入 大修 改造 期 、 再 过 一 段 时 间
雷 达 在 搜 索 目标 时 ， 需 要不 断地 改 变 电磁 波 束 的方 向 。传统 的雷 达通 过机 械扫 描转 动天线 来 改变 电磁 波束 的指 向 ， 使 电磁 波束 扫过 规定 的空 域 ； 相控
先进的、 多 样 的实时 数字 信号 处理 技术 ； 所 以有必 要
对 Ｐ ＡＲ特 点作 些简 单 介绍 ＿ ８ ］ 。天气 Ｄ ＡＲ虽 然 可 借用 广泛使 用 的、 成熟 的军 事 Ｐ ＡＲ 技 术 ， 但 军 事 Ｐ ＡＲ观测 对 象主 要针 对点 目标 而天 气 Ｄ ＡＲ观 测对
问题 以外 、 还将 面 临这些 特殊 问题 ， 本 文将 提 出解决
部分 问题 的初 步设 想 。
当要 求平 面 Ｐ ＡＲ天 线 阵 列 的 方 向 图有 较 低 的
旁瓣 电平 和 较 窄 的主 波 束 宽 度 时 ， 平面 Ｐ ＡＲ 天 线
的增 益 Ｇ 与辐 射 方 向 图 的 主 波束 宽 度 和 天 线 有 效 截面 积也 有类 似 的关 系 。
就要 面临 更新换 代 ， 需要 展 望 下 一 代 天 气 雷 达 的选
用 。虽然 相控 阵天 气 雷 达 还 未 进 入 实用 阶段 ， 但 随
着相 控 阵雷 达 （ Ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｄ Ａｒ ｒ ａ ｙ Ｒ ａ ｄ ａ ｒ ，Ｐ ＡＲ） 的 各项 技 术飞快 地 进 步 ＿ １ ］ 、 应用范 围的扩大ｌ ｌ ４ ］ 、 以及 天 气 Ｐ ＡＲ相对 于传 统 天气 雷 达 所 具 有 的优 越 性 、 而
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４年 ６月 ３ ０ 日； 定 稿 日期 ： ２ ０ １ ５年 ２月 ２ ５日
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科
技
第 ４ ３卷
的移 相器 。微 波移 相器信 号移 相 的定 义 ：
。一 ２ ￣ ｌ ／ Ａ （ ２ ）
ｆ
１
其中， ｚ 为信 号传输 路径 的 电长度 。