高空气象探测——701测风雷达

单元标题：第二章 701测风雷达

第一节用途与工作原理

第二节 701测风雷达的组成及其作用

教学时数：（2）学时，其中理论（2）学时，实验（0）学时，上机（0）学时，其他（0）学时：

教学目的与要求：

1、掌握701测风雷达的用途以及基本工作原理。

2、掌握701测风雷达的组成以及各分机的主要作用。

主要教学内容：

701测风雷达的用途、基本工作原理、整机组成以及各分机的主要作用。

教学重点与难点：

基本工作原理、整机组成以及各分机的主要作用。

课后作业：

1、701测风雷达的用途以及测角、测距原理如何？

2、701测风雷达的整机组成有哪些？各分机的主要作用是什么？

3、所谓二次雷达的含义如何？给出天线波瓣宽度的定义。

课后体会：

通过理论教学，同学们对所701测风雷达的工作原理、整机组成有了一定的了解，但对于各分机的主要作用还应进一步熟悉。

第二章 701测风雷达

第一节用途与工作原理

用途：可借助探空气球携带的回答器探测测站上空0—30Km垂直范围内的高空温、压，湿和风的分布情况，为天气预报提供重要的高空气象探测资料。

基本工作原理：701测风雷达在地面不断向回答器发出“询问信号”，回答器受到触发后，向地面发回一个“回答信号”，雷达根据回答信号的来向和天线指向，测定出每一瞬间回答器（探空气球）在空间的实际位置，即回答器的斜距、方位角和仰角，通过计算可得到气球在空中的移动轨迹，进从而得到高空风向和风速随高度的分布。

因为701测风雷达所跟踪的目标是有源的，即目标物携带回答器，故称二次雷达；而一般的雷达是无源的，是完全依靠目标物反射电波进行测距的，故称为一次雷达。

701测风雷达是根据天线波瓣偏扫，用等信号强度法的原理进行测角的。

天线波瓣：是天线方向性的一种表示方式，从波瓣的原点O（即天线）出发，可以引出许多射线，每根射线与基准方向之间的夹角就代表不同的方向，射线在波瓣上的交点距原点0 的长度，代表天线辐射（或接收）电波的强度。雷达天线有很强的方向性，通常用波瓣表示，只有一个方向上辐射（或接收）的电波强度最强，偏离这个方向，则强度逐渐减弱，直到等于零。

波瓣宽度：在波瓣图上，天线辐射（或接收）无线电波的强度等于最大强度的70％的两个方向间的夹角。

701测风雷达的垂直波瓣宽度≤10°水平波瓣宽度≤11.5°。

701测风雷达的天线分上、下、左、右四组，工作时分别由换相器控制，按上、右、下、左的顺序进行偏扫，利用垂直面上的波瓣可以测得天线仰角，利用水平面上的波瓣可以测得天线的方位角。

大气中各高度上的温、压、湿要素也是利用升空气球携带探空仪和回答器来完成的。探空仪由几个温、压、湿感应元件组成，这些元件随着大气中温、压、湿的变化而产生形变，温、压、湿的不同，使它们的形变大小也不同，通过指针

将这些形变由电码筒转换为不同的电码信号，然后，由变化的电码去控制回答器，再由回答器将电码发回到地面，雷达接收机把信号接收下来，从而收集到大气中温、压、湿在各高度上的分布情况。

第二节 701测风雷达的组成及其作用组成：共五个分机、一个系统，其名称为：发射机、接收机、定时器、测距显示器、测角显示器和测角指示装置，天线传输线系统。下面，我们分别介绍各组成部分的作用和相互关系。

一、发射机的组成及作用：

发射机是全机的高频功率源，由超高频震荡器、调制解调器和高压电源三部分组成。

作用：调制解调器在定时器送来的触发脉冲控制下，定时产生宽度约为1微秒的高压脉冲去调制超高频振荡器，超高频振荡器便产生约1微秒宽的强功率发射脉冲。该发射脉冲经定向偶合器、收发开关、高频旋转关节、天线换相器等送到天线后向空间辐射，作为对回答器的“询问信号”。

二、定时器：

定时器是全机工作的控制中心。由它产生的各种脉冲作为计时的基准，去控制其它几个有关分机，使全机协调一致。

作用：

1、供给发射机一个正的触发脉冲，以控制发射机工作，从而产生超高频的

发射脉冲。

2、供给接收机与测角显示器一个正的触发脉冲，用来抑制主波和近距离地

物回波的

方波来。

3、供给测距显示器一个负的扫描触发脉冲，使测距显示器产生粗、精测距

扫描时间

基线。

4、供给测距显示器各种距离指标和可移距离的刻度脉冲，以便测出目标的

斜距。

三、接收机：

作用：把接收到的回答信号和探空信号加以变频、放大、检波，把回答信号和探空信

号由高频脉冲转变为视频脉冲，送到测距显示器和测角显示器上，以便进行观测；另外，还要把探空信号从视频脉冲转换为音频并加以放大，供操作人员监听和探空人员收听后进行探空记录的整理。

四、测距显示器：

作用：用来显示目标回波并测量目标与雷达之间的斜距。

距离量程的转换是由定时器上两个波段开关控制的，粗、精两个显示器上的基线起点都由定时器送来的触发脉冲控制，电刻度距离也是从定时器送来的。

五、测角显示器和测角指示装置：

作用：用来测定探空气球（回答器）的仰角和方位角数据的，由显示和读数两部分组成。

组成：测角显示器的示波管上四条亮线的长度，分别代表天线上、下、左、右四个波

瓣偏扫时接收到的信号强度。当四条亮线两两对齐时，就表示天线的方位和仰角都对准了目标。

原理：读数部分是由四只同步接收机和它们带动的度盘（两只指示方位角，两只指示仰角）组成，其中又分为粗读和精读。当天线作方位旋转和上下俯仰时，天线传动装置带动同步发送机也一起工作，并把它产生的信号送到同步接收机，使同步接收机带着刻度盘也随之转动。

六、天线传输线系统：

作用：用来将发射机产生的高频电磁波有效的传输到天线，并由天线向空间定向辐射，将回答器返回的“回答信号”和“探空信号”（统称回波）由天线接收下来，并有效的传输到接收机。

天线换相器用来使天线波瓣按上、右、下、左的顺序依次偏扫。

高频旋转关节的作用是完成高频能量在可动和不可动传输装置之间的有效耦合。

收发开关的作用是使天线在发射时不接收，在接收时不发射，避免发射机与接收机相互影响。