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1、第一章 天气雷达基本工作原理及主要设备、参数第一章 天气雷达的基本工作原理和主要设备、主要参数重点掌握：多普勒天气雷达最大不模糊速度及距离、多普勒频率重点掌握：多普勒天气雷达最大不模糊速度及距离、多普勒频率 参数：参数：PRF、PRT、h、Vr、Vrmax、Rmax、fD 及各计算公式及各计算公式一、天气雷达的基本工作原理二、天气雷达的组成和主要技术参数1、天气雷达的组成 2、主要技术参数三、多普勒天气雷达工作原理1、多普勒天气雷达概述 2、多普勒雷达探测原理1）、多普勒效应2）、多普勒频率3）、多普勒频率与目标物径向速度的关系4）、多普勒天气雷达原理方框图3、回波信号的多普勒频谱分析 4、多
2、普勒天气雷达的最大不模糊速度与最大不模糊距离（包括：Vr、VT互求）5、速度模糊现象的主观识别 6、速度退模糊方法一、天气雷达工作原理天气雷达间歇性间歇性地向空中发射电磁波列（称为探测脉冲），它以近似近似直线的路径和接近光速直线的路径和接近光速在大气中传播，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）在屏幕回波图上显示出气象目回波图上显示出气象目标的空间位置和特征标的空间位置和特征天气雷达原理示意图天气雷达组成框图天气雷达组成框图天气雷达主要技术参数天气雷达主要技术参数 1、波束宽度波束宽度 2、天线增益、天线增益G
3、3、天线有效面积、天线有效面积Ac 4、脉冲长度、脉冲长度h、脉冲宽度、脉冲宽度 5、脉冲重复周期、脉冲重复周期T(PRT) 6、脉冲重复频率、脉冲重复频率PRF 7、最大探测距离、最大探测距离Rmax、天气雷达波段、频率、波长关系表天气雷达波段、频率、波长关系表波段波段频频率率(千兆千兆赫赫)波波长长(厘厘米米)备备注注K12-402.5-0.75测测非降水非降水云云X8-124-2.5探探测测降水降水C4-88-4探探测测降水降水S2-415-8探探测测降水降水常用天气雷达的主要技术参数波束宽度波束宽度天线增益天线增益G雷达的 PPI 扫描方式PPI 显示结果的空间分布多普勒天气雷达工作原
4、理多普勒天气雷达工作原理多普勒天气雷达多普勒天气雷达 常规数字化天气雷达利用的是降水回常规数字化天气雷达利用的是降水回波的幅度信息，即利用信号强度来探测雨波的幅度信息，即利用信号强度来探测雨区的分布、强度、垂直结构等。区的分布、强度、垂直结构等。 多普勒天气雷达除常规天气雷达功能多普勒天气雷达除常规天气雷达功能之外，还可利用之外，还可利用降水回波频率与发射频率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之间变化的信息来测定降水粒子的径向速度度，并通过此推断风速分布，垂直气流速，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，降水中度，大气湍流，降水粒子谱分布，降水中
5、特别是强对流降水中风场结构特征。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常规天气雷达仅能提供反射率反射率因子因子资料。多普勒天气雷达将提供资料。多普勒天气雷达将提供两种附加的基本资料，两种附加的基本资料，径向速度径向速度和和速度谱宽速度谱宽，它们将增强对强风暴的，它们将增强对强风暴的探测能力，也能改进对中尺度和天探测能力，也能改进对中尺度和天气尺度系统的预报。气尺度系统的预报。多普勒效应多普勒效应是奥地利多普勒效应是奥地利物理学家物理学家J.Doppler1842年年首先从运动着的发声首先从运动着的发声源中发现的现象，定源中发现的现象，定义为义为“当接收者或接当接收者或接收器与能
6、量源处于相收器与能量源处于相对运动状态时，能量对运动状态时，能量到达接收者（器）时到达接收者（器）时频率的变化频率的变化”。一个例子是：当一辆紧急的火车（汽车）鸣着喇叭以一个例子是：当一辆紧急的火车（汽车）鸣着喇叭以相当高的速度向着你驶来时，声音的音调（频率）由相当高的速度向着你驶来时，声音的音调（频率）由于波的压缩（较短波长）而增加。当火车（汽车）远于波的压缩（较短波长）而增加。当火车（汽车）远离你而去时，这声音的音调（频率）由于波的膨胀离你而去时，这声音的音调（频率）由于波的膨胀（较长波长）而减低。（较长波长）而减低。 相干波相干波:两束振幅、频率和相位完全相同的电两束振幅、频率和相位完全
7、相同的电磁波称为相干波磁波称为相干波。相干发射相干发射：发射出振幅、频率和相位完全一样发射出振幅、频率和相位完全一样的脉冲波，所以各个脉冲之间是相干的。的脉冲波，所以各个脉冲之间是相干的。全相干多普勒天气雷达全相干多普勒天气雷达：它的发射主控信号频它的发射主控信号频率由稳定的晶体振荡器产生，保证发射的高频率由稳定的晶体振荡器产生，保证发射的高频相干。它的相干性能好，地物消除能力强。相干。它的相干性能好，地物消除能力强。半相干（伪相干）多普勒天气雷达半相干（伪相干）多普勒天气雷达：它是通过它是通过对发生信号采样，与本振混频以及锁相技术，对发生信号采样，与本振混频以及锁相技术，以保证中频相干，达到
8、测量频率变化，它的发以保证中频相干，达到测量频率变化，它的发射部分采用同轴磁控管。它的相干性能差，消射部分采用同轴磁控管。它的相干性能差，消除地物的能力较全相干多普勒天气雷达差。除地物的能力较全相干多普勒天气雷达差。自相干多普勒天气雷达结构框图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全相干多普勒天气雷达结构框图fo 发射脉冲的载频发射脉冲的载频fd 多普勒频率多普勒频率发射频率发射频率多普勒频移多普勒频移发射频率发射频率 Vs Vs 多普勒频移多普勒频移1 1、雷达数据采集系统（、雷达数据采集系统（RDARDA）2 2、雷达产品生成子系统（雷达产品生成子系统（RPGRPG）3
9、3、主用户处理器子系统（主用户处理器子系统（PUPPUP）中国新一代天气雷达系统简介中国新一代天气雷达系统简介雷达的三部分RPGRDARDAPUP雷达站雷达站气象台值班室气象台值班室 雷达数据采集系统（雷达数据采集系统（RDARDA）采用脉冲多普勒体制的全相干系统采用脉冲多普勒体制的全相干系统速调管放大、高功率全相干速调管放大、高功率全相干发射机发射机窄波束低旁瓣的窄波束低旁瓣的天线天线低噪声宽动态范围的相干低噪声宽动态范围的相干接收机接收机多参数的多参数的信号处理器信号处理器主要参数的主要参数的自动检测自动检测发发 射射 机机取取得得雷雷达达数数据据的的第第一一步步是是发发射射一一个个射射频
10、频f f0 0信信号号。这这主主要要由由速速调调管管放放大大器器（相相当当于于老老式式雷雷达达中中的的的的磁磁控控管管）来来完完成成。该该放放大大器器产产生生一一个个高高功功率率（峰峰值值功功率率750kw750kw）非常稳定的非常稳定的1010厘米的射频（厘米的射频（f f0 0）脉冲。）脉冲。在在这这里里稳稳定定是是非非常常重重要要的的，产产生生的的每每个个脉脉冲冲必必须须具具有有相相同同的的初初位位相相以以保保证证回回波波信信号号中中的的多多普普勒勒信信息息能能够够被被提提取取。一一旦旦f fd d脉脉冲冲被被产产生生，就就被被送送到到天天线。线。全相干发射机全相干发射机天线天线天天线线
11、是是RDA的的一一个个部部件件，它它将将发发射射机机产产生生的的RF信信号号以以波波束束的的形形式式发发射射到到大大气气并并接接受受返回的能量（粒子的后向散射能量）。返回的能量（粒子的后向散射能量）。 WSR-88D雷雷达达的的天天线线仰仰角角范范围围:-10600。天天线线仰仰角角的的设设置置取取决决于于天天线线的的扫扫描描策策略略（scan strategy共共有有三三种种）、体体扫扫模模式式（volume coverage pattern ： VCP） 和和 工工 作作 模模 式式（operational mode 分分为为晴晴空空和和降降水水两两种种模模式式）。 雷雷达达操操作作员员不
12、不能能手手动动调调节节天天线线仰仰角角，天天线线仰角只能通过上述三要素预设。仰角只能通过上述三要素预设。体扫模式体扫模式 (VCP:Volume Cover Pattern）扫扫描描方方式式确确定定一一次次体体积积扫扫中中使使用用多多少少个个仰仰角角，而而具具体体是是哪哪些些仰仰角角则则由由体体扫扫模模式式来来规规定定。WSR-88D WSR-88D 可可有有2020个不同的个不同的VCPVCP，目前只定义了其中的目前只定义了其中的4 4个：个：VCP11VCP11 - VCP11 VCP11（scan strategy #1scan strategy #1，version 1version
13、1）规定规定5 5分钟内对分钟内对1414个具体仰角的扫描方式。个具体仰角的扫描方式。VCP21VCP21 - VCP21VCP21（scanscan strategy #2 strategy #2，version version 1 1）规定规定6 6分钟内对分钟内对9 9个具体仰角的扫描方式。个具体仰角的扫描方式。VCP31VCP31 - VCP31 - VCP31 （scan strategy #3scan strategy #3，version version 1 1）规定规定1010分钟内对分钟内对5 5个具体仰角的扫描方式。个具体仰角的扫描方式。VCP32VCP32 - VCP32
14、 - VCP32（scan strategy #3scan strategy #3，version 2version 2）确定的确定的1010分钟完成的分钟完成的5 5个具体仰角与个具体仰角与VCP31VCP31相同。不同相同。不同之处在于之处在于VCP31VCP31使用长雷达脉冲而使用长雷达脉冲而VCP32VCP32使用短脉冲。使用短脉冲。WSR-98DWSR-98D未定义未定义VCP32VCP32。WSR-88DWSR-88D工作模式工作模式（Operational Mode）两两种种工工作作模模式式，即即降降水水模模式式和和晴晴空空模模式式。雷雷达达的的工工作作模模式式决决定定了了使使用
15、用哪哪种种VCPVCP，而而VCPVCP又又确确定定了了具具体体的的扫扫描描方式。方式。工工作作模模式式A A：降降水水模模式式使使用用VCP11VCP11或或VCP21VCP21，相相应应的的扫扫描描方方式式分分别别为为14/5 14/5 和和9/69/6。工工作作模模式式B B：晴晴空空模模式式使使用用VCP31VCP31或或VCP32VCP32，两者都使用扫描方式两者都使用扫描方式5/105/10。窄波束低旁瓣的天线窄波束低旁瓣的天线相干接收机相干接收机信号处理监控系统 雷达产品生成子系统（雷达产品生成子系统（RPGRPG） 具有雷达产品生成、运行监控、数据库管理、具有雷达产品生成、运行
16、监控、数据库管理、系统内通信等多种功能系统内通信等多种功能 气象应用产品：类似于美国气象应用产品：类似于美国NexRad导出产品导出产品运行监控：运行模式、系统的自动标校、自动运行监控：运行模式、系统的自动标校、自动报警等功能报警等功能数据库管理：基数据、产品数据的存贮、分发数据库管理：基数据、产品数据的存贮、分发等功能等功能通信管理：通信管理：RDA、RPG、PUP间的窄带和宽间的窄带和宽带通信等带通信等 主用户处理器子系统（主用户处理器子系统（PUPPUP）多屏、多画面显示气象应用产品图形图多屏、多画面显示气象应用产品图形图像功能像功能具有放大、动画、叠加等多种图像显示具有放大、动画、叠加
17、等多种图像显示功能功能通过人机交互方式设置系统运行模式和通过人机交互方式设置系统运行模式和产品生成产品生成新一代天气雷达系统的产品应用可新一代天气雷达系统的产品应用可分为四类：分为四类：1.基本数据产品基本数据产品2.物理量产品物理量产品3.风场反演产品风场反演产品4.强天气自动识别和跟踪产品强天气自动识别和跟踪产品 多普勒天气雷达的产品介绍WSR-98D 主要产品 基本数据产品：是多普勒天气系统的基础，它主要将雷达以各种探测方式获取的数据，在不改变属性的前提下，在多种不同的坐标上显示出它们的分布情况。 利用这些产品可以直接识别和分析出一些重要的的天气现象，如钩状回波、带状回波、中尺度气旋、锋
18、面、下击暴流、大尺度的风向风速和冷暖平流。1、基本数据产品、基本数据产品这类产品主要有：这类产品主要有：平面位置显示平面位置显示(PPI)垂直最大回波强度显示垂直最大回波强度显示 (CR)等高平面位置显示等高平面位置显示(CAPPI)距离高度显示距离高度显示(RHI)、任意垂直剖面显示任意垂直剖面显示(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：基本反射率产品品有：基本反射率产品6种，平均径向速度产品种，平均径向速度产品6种，种，速度谱宽产品速度谱宽产品3种，共计种，共计3类类15种气象产品，如下表种气象产品，如下表WSR-88D基基本本数数
19、据据产产品品 相对于风暴的相对于风暴的平均径向速度产品图平均径向速度产品图(SRM)(SRM)与基本速度产品类似，只不过减去了由风暴与基本速度产品类似，只不过减去了由风暴跟踪信息跟踪信息(STI)(STI)识别的所有风暴的平均运动速识别的所有风暴的平均运动速度，度，或减去由操作员选定的风暴运动速度或减去由操作员选定的风暴运动速度。（a）3.4度仰角（b）14.9度仰角20042004年年4 4月月2323日日 长沙长沙12:3712:37时风暴相对径向速度图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基本速度减去风暴的平均移动速度后得到的) ) 剖面产品剖面产品谱宽剖面(S
20、CS) 速度剖面(VCS) 反射率剖面(RCS)长沙 2004年4月23日11:44时实测的强度剖面图2、物理量产品、物理量产品物理量产品：是指雷达以各种探测方式获取物理量产品：是指雷达以各种探测方式获取的回波强度、径向速度和速度谱宽数据，的回波强度、径向速度和速度谱宽数据，经过一定的计算和处理。转化为有经过一定的计算和处理。转化为有明显气明显气象意义的物理量象意义的物理量，进而把这些物理量的分，进而把这些物理量的分布布显示出来显示出来的图像和图形产品。的图像和图形产品。它有助于用户直接和某些天气现象联系起来它有助于用户直接和某些天气现象联系起来进行分析和应用。进行分析和应用。这类产品主要有：
21、这类产品主要有：1. 1.回波顶高回波顶高(ET)(ET)2. 2.垂直累积液态含水量垂直累积液态含水量(VIL)(VIL)3. 3.风切系列产品风切系列产品( (径向、方位、径向方位径向、方位、径向方位) )4. 4.分层湍流组合分层湍流组合(CAT)(CAT)5. 5.雷达定量测量降水雷达定量测量降水(1 (1小时、小时、3 3小时累积小时累积降水、风暴总降水降水、风暴总降水) )3、风场反演产品、风场反演产品风场反演产品：风场反演产品： 多普勒雷达系统获取的径向速度分多普勒雷达系统获取的径向速度分布数据，在某些假定的条件下通过反演可布数据，在某些假定的条件下通过反演可以获取某高度平面上的
22、平均风向风速以获取某高度平面上的平均风向风速(VAD)(VAD)、二维水平风场、垂直剖面二维风二维水平风场、垂直剖面二维风场及三维风场场及三维风场(VVP)(VVP)等，除等，除VADVAD技术技术比较成比较成熟外，其余均在试验或试用阶段。熟外，其余均在试验或试用阶段。二维、三维风场反演方法二维、三维风场反演方法二维、三维风场反演方法二维、三维风场反演方法二二维维、三三维维风风场场反反演演方方法法4、强天气自动识别和跟踪产品强天气自动识别和跟踪产品 利用基本数据产品，应用各种算利用基本数据产品，应用各种算法生成自动报警的产品。如冰雹指法生成自动报警的产品。如冰雹指数、中气旋、强天气概率等。数、
23、中气旋、强天气概率等。 短时预报常用的雷达产品短时预报常用的雷达产品反射率产品反射率产品(R(R，CRCR，VCS)VCS)基本速度产品基本速度产品(V(V，SRM)SRM)垂直液态含水量（垂直液态含水量（VILVIL）回波顶高产品（回波顶高产品（ETET）VADVAD风廓线风廓线累积降水量累积降水量2000年年8月月31日日00:39,仰角为仰角为0.5度的基本反射率因子产品图度的基本反射率因子产品图 (上海上海)2000年年5月月26日日00:36 仰角仰角2.4度的平均径向速度图度的平均径向速度图 (上海上海)2000年年8月月30日日23:41仰角为仰角为0.5度度时的基本速度谱宽产品
24、图时的基本速度谱宽产品图(上海上海) 1998年年8月月9日日16时时11分组合反射分组合反射率因子产品图率因子产品图 2002年年2月月14日日17时时43分组合反分组合反射率因子等值线产品图射率因子等值线产品图 (CRC)2001年年8月月7日日14:45反射率因子剖反射率因子剖面产品面产品 (上海上海)组合反射率因子组合反射率因子平均值产品图平均值产品图 (LRA)2001年年8月月7日日15:26中层（上图中层（上图1233千英尺）千英尺）和和低层低层（下图从地面到（下图从地面到12千英尺）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
25、息产品（风暴跟踪信息产品（STI） 图图中中绿绿色色三三角角形形表表示示产产生生冰冰雹雹的的可可能能性性风暴跟踪信息文本产品（上海）风暴结构产品（风暴结构产品（SS）冰雹指数产品（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）多普勒频率多普勒频率fd与目标物径向与目标物径向速度速度Vr的关系的关系 多普勒频率fd 定义： 目标物相对相对于雷达作径向运动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
26、频率多普勒频率fd与目标物径向速度与目标物径向速度Vr的关系（证明见的关系（证明见P211-212)回波信号的多普勒频谱分析回波信号的多普勒频谱分析见书见书P212-216多普勒频率与回波功率波动频率某一雨滴后向散射电场为：某一雨滴后向散射电场为：其中：其中：Ei为后向散射电场振幅值，为后向散射电场振幅值，雷达角频率，雷达角频率，f0为雷达载波频率为雷达载波频率为讨论方便，设初相位为零为讨论方便，设初相位为零若某一个雨滴以径向速度若某一个雨滴以径向速度V1运动，产运动，产生多普勒频率生多普勒频率f1，则该雨滴后向散射，则该雨滴后向散射电场为：电场为：雷达测出E(t)后，从上式即可推出多普勒频率
27、f1本节所需部分数学公式本节所需部分数学公式振幅谱函数定义振幅谱函数定义(同相谱同相谱)(8.18)若有两个雨滴，则后向散射电场为：若有两个雨滴，则后向散射电场为：两雨滴回波总功率分别为：两雨滴回波总功率分别为：两种相干雷达所发射的高频载两种相干雷达所发射的高频载波及频谱波及频谱全相干脉冲多普勒雷达频谱全相干脉冲多普勒雷达频谱自相干脉冲多普勒雷达频谱自相干脉冲多普勒雷达频谱全相干脉冲多普勒雷达全相干脉冲多普勒雷达高频脉冲信号及高频脉冲信号及频谱分布频谱分布自相干脉冲多普勒雷达自相干脉冲多普勒雷达高频脉冲信号及高频脉冲信号及频谱分布频谱分布回波信号及多普勒频谱回波信号及多普勒频谱结论：结论：单个
28、脉冲形状决定了整个谱包络线单个脉冲形状决定了整个谱包络线的形状，脉冲宽度决定谱包络线的的形状，脉冲宽度决定谱包络线的宽度；宽度；脉冲重复周期脉冲重复周期(T)决定了谱线的间距，决定了谱线的间距，谱线间距是时域脉冲间距的倒数谱线间距是时域脉冲间距的倒数(1/T)；脉冲序列的延续长度决定谱线的宽脉冲序列的延续长度决定谱线的宽度，越长谱线宽度越窄；度，越长谱线宽度越窄；载波频率决定谱带中心位置。载波频率决定谱带中心位置。速度谱宽资料应用速度谱宽资料应用某些天气的典型值：某些天气的典型值：1)层状云降水：谱宽值较低，03.5m/s;2)强雷暴区或低层出流边界：谱宽值4m/s;3)00C层附近：干湿雪、
29、雨滴共存，不落速度差异大，谱宽值约为4m/s;检验平均多普勒速度的可信度：检验平均多普勒速度的可信度：一般谱宽较大时，可能对估算平均多普勒速度的准确性有较大的影响。引进与谱宽及信噪比有关系的指标“信号质量指数”SQI，若SQI低于某一指标值，则数据不可靠，弃之。识别多普勒速度场中的风切变区识别多普勒速度场中的风切变区识别强湍流区识别强湍流区具体应用还需结合当地的地形和天气等实际情况具体应用还需结合当地的地形和天气等实际情况多普勒天气雷达的最大不模糊速度多普勒天气雷达的最大不模糊速度Vrmax与最大不模糊距离与最大不模糊距离Rmax1、 最大不模糊距离与距离折叠(模糊)2 、最大不模糊速度与速度
30、模糊3 、多普勒两难1 1、最大不模糊距离与距离折叠、最大不模糊距离与距离折叠最大不模糊距离：最大不模糊距离是指一个发射最大不模糊距离：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达的最长距离其中，其中，RmaxRmax为最大不模糊距离，为最大不模糊距离，c c为光速，为光速，PRFPRF为脉为脉冲重复频率冲重复频率 距离折叠（模糊）：超过最大探测距离的探距离折叠（模糊）：超过最大探测距离的探测回波在屏幕上就会产生距离模糊。测回波在屏幕上就会产生距离模糊。距离模糊距离模糊（折叠）（折叠）雷达测距公式雷达测距公式 R=
31、0.5ctR=0.5ct，t t为脉冲发出到返回的时为脉冲发出到返回的时间。间。雷达测距按照最新发出的脉冲从发出到返回的时雷达测距按照最新发出的脉冲从发出到返回的时间来计算。间来计算。距离模糊距离模糊是指雷达确定的目标物方位是正确的但是指雷达确定的目标物方位是正确的但距离是错误的。当目标物位于雷达最大不模糊距距离是错误的。当目标物位于雷达最大不模糊距离之外时会发生这一现象，也就是说，目标物的离之外时会发生这一现象，也就是说，目标物的定位是模糊的。换句话说，当目标物位于雷达的定位是模糊的。换句话说，当目标物位于雷达的最大不模糊距离（最大不模糊距离（RmaxRmax）之外时，雷达却把目标）之外时，
32、雷达却把目标物显示在物显示在RmaxRmax以内的某个位置，我们形象地称之以内的某个位置，我们形象地称之为为距离折叠距离折叠。目标位于最大不模糊距离之内，没有距目标位于最大不模糊距离之内，没有距离折叠（模糊）发生。离折叠（模糊）发生。距离模糊（例子）距离模糊（例子）假设：某雷达最大探测距离是假设：某雷达最大探测距离是250nm250nm nm=1.852km nautical mile 目目标标位位于于最最大大不不模模糊糊距距离离之之外外时时，发发生生距距离离折折叠叠（模模糊糊）一个目标物位于一个目标物位于RmaxRmax之后若干公里之后若干公里的话，它将错误地出现在距雷达同一公的话，它将错误
33、地出现在距雷达同一公里远的位置上。里远的位置上。如果雷达的如果雷达的RmaxRmax=250km=250km，那么位于，那么位于0-250km0-250km的目标物处于第一的目标物处于第一程；程；251-500km251-500km的目标物处于第二程等的目标物处于第二程等等，以此类推。一个实际位于等，以此类推。一个实际位于550km550km（超过（超过2Rmax2Rmax）处的目标物，如果被）处的目标物，如果被RmaxRmax=250km=250km雷达探测到，它在雷达上的雷达探测到，它在雷达上的显示位置是显示位置是50km50km；一个实际位于；一个实际位于300km300km（超过（超过
34、1Rmax1Rmax）处的目标物，如果）处的目标物，如果被被RmaxRmax=250km=250km雷达探测到，它在雷达上雷达探测到，它在雷达上的显示位置也是的显示位置也是50km50km。 距离折叠回波的特点：距离折叠回波的特点： 方位角是正确的方位角是正确的 强度较弱强度较弱 有时具有奇怪的多普勒速度有时具有奇怪的多普勒速度怎样排除距离折叠回波？怎样排除距离折叠回波？ 改变雷达机的脉冲重复频率改变雷达机的脉冲重复频率(PRF)(PRF)Use a different PRF every 2-3 Use a different PRF every 2-3 pulses, if the ech
35、o moves, it is pulses, if the echo moves, it is bogus!bogus!2、最大径向速度与速度模糊、最大径向速度与速度模糊最大径向速度最大径向速度 VrmaxVrmax：最大径向最大径向速度是雷达能够不模糊地测量的速度是雷达能够不模糊地测量的最大平均径向速度（亦称最大不最大平均径向速度（亦称最大不模糊速度），其对应的相移是模糊速度），其对应的相移是180180度。度。径径向向速速度度Vr海里海里/小时小时 方位角方位角二维均匀风场二维均匀风场,吹西风吹西风,某高度的径向速度随某高度的径向速度随方位角分布图方位角分布图,50海里海里/小小时间隔为速
36、度不间隔为速度不模糊范围。模糊范围。速度模糊现象的主观识别速度模糊现象的主观识别 由零速度区逐由零速度区逐渐向向邻近区域（径向）近区域（径向）扩展，按展，按风速速连续性原性原则，除如小尺，除如小尺度的度的龙卷卷风等特等特强风切切变情况外，径情况外，径向速度向速度Vr一般逐一般逐渐增加（减少），当增加（减少），当增加（减少）到超增加（减少）到超过Vrmax(-Vrmax)范范围时，径向速度由正（径向速度由正（负）的最大）的最大值突突变为负（正）的最大（正）的最大值。这种突种突变的的边界就是速度模糊区的界就是速度模糊区的边界。界。零速度区（带）*零速度区（零等速线）：零速度区（零等速线）：由径向速
37、度为由径向速度为零的点组成零的点组成（零速度区肯定不模糊）；（零速度区肯定不模糊）；零速度区的意义零速度区的意义：某点的径向速度为零，应是两种情况： 实际风速为零或很小实际风速为零或很小实际风向与雷达探测波束相垂直实际风向与雷达探测波束相垂直PPI图象上有可能出现二条零速度图象上有可能出现二条零速度带，哪条为真正零速度带呢？带，哪条为真正零速度带呢？若雷达邻近区域有降水，则用地面若雷达邻近区域有降水，则用地面风大致判断哪一条为真正与风向垂风大致判断哪一条为真正与风向垂直的零速度带；直的零速度带；若邻近区域无降水，则可用相近时若邻近区域无降水，则可用相近时刻的探空资料查找零速度处相应高刻的探空资
38、料查找零速度处相应高度上的风向来进行判断。（距离高度上的风向来进行判断。（距离高度公式）度公式）速度模糊示意图速度模糊示意图 多普勒径向速度多普勒径向速度Vr、真实径向速度、真实径向速度VrT互求互求多普勒径向速度多普勒径向速度Vr、真实径向速度、真实径向速度VrT互求互求Nyguist(奈克斯特）采样定理与奈克斯特）采样定理与最大不模糊速度最大不模糊速度Vrmax Nyguist采样定理：若采样频率采样定理：若采样频率为为f,则最多只能测量则最多只能测量0.5f的振动的振动频率。频率。（解读：要准确测量每秒钟振动一次的物解读：要准确测量每秒钟振动一次的物体，至少需采样的频率为每秒钟振动二体，
39、至少需采样的频率为每秒钟振动二次。）次。） 多普勒天气雷达： 脉冲重复频率脉冲重复频率PRF采样频率，采样频率， 多普勒频率多普勒频率fd样本样本某一某一PRFPRF最多只能最多只能0.5PRF0.5PRF的多普勒频率，的多普勒频率， 多普勒频率表达式为：多普勒频率表达式为： 代入上式，可得代入上式，可得 : 多普勒两难多普勒两难由于没有唯一的由于没有唯一的PRFPRF能使得能使得VmaxVmax和和RmaxRmax都能达到最都能达到最大，所以要使用变化的大，所以要使用变化的PRFPRF。例：每台。例：每台WSR-88DWSR-88D使使用不同的用不同的PRFPRF，从一组从一组8 8个个PR
40、FPRF中选择。中选择。typical example typical example 速度退模糊方法速度退模糊方法（见书（见书P249-P252）多普勒天气雷达CAPPI回波图返回返回新新一一代代天天气气雷雷达达对对“云云娜娜”台台风风的的监监测测温州宁波两部雷达拼图2004年8月11日20时12日07时2003年年6月月7月江淮流域发生特大洪涝新月江淮流域发生特大洪涝新一代天气雷达监测到的暴雨过程一代天气雷达监测到的暴雨过程20032003年年7 7月月9 9日日0101时多部雷达时多部雷达估测的江淮流域估测的江淮流域1 1小时降水小时降水0.50度1.50度2.40度3.40度4.30度
41、6.00度9.90度云娜云娜径向速度图强度图 课堂练习思考题1、若一天气雷达，PRF=1000Hz,求其脉冲重复周期T及最大可测距离是多少？2、若714SD雷达, 其Rmax=750km, 脉冲宽度=1s,求PRF,h,及雷达测量盲区是多少？3、判断下面说法是否正确？为 什么？4、若要选择造价比较合适，又能满足最大不模糊速度为20m/s和最大不模糊距离为100km ,那么你认为应选择哪个波段的多普勒雷达为宜？ A）X波段 B）C波段 C）S波段 D）K波段5、脉冲重复频率PRF是： A）天气雷达工作频率 B）每秒钟产生触发脉冲的 数目）回波频率）电波频率 6、天线波束宽度为：）最大发射功率方向
42、角）主波瓣的宽度）主波瓣上两个半功率点 方向的夹角）旁瓣的大小7、多普勒雷达波束宽度通常不超过度，太宽则影响A）测距精度B）测角精度C）测回波强度的精度 8、脉冲宽度为：）脉冲的重复次数）脉冲振幅的大小）脉冲在空间占有的长度 或脉冲的振荡持续时间）脉冲效率 9、脉冲宽度的大小对什么有影响？）测距精度 ）测角精度）回波强度）测角和测速的精度 10、设Vrmax=25m/s,试计算：1）当VrT=30m/s时，Vrd=?2)当VrT=-30m/s时，Vrd=?3)当VrT=80m/s时，Vrd=?4)当Vrd=-55m/s时，Vrd=?11、若Vrmax=30m/s,试计算：1）当VrT=20m/s时，Vr=?2）当VrT=70m/s时，Vr=?3）当VrT=-70m/s时，Vr=?4）当Vr=5m/s时，VrT=?5）当Vr=-5m/s时，VrT=?本章结束本章结束, ,谢谢谢谢! !
