气象多普勒雷达论文.doc

气象多普勒雷达论文
题目气象仪器多普勒雷达
学生姓名吉星
学号 20091305060
院系电子与信息工程学院专业电子信息工程任课教师张艳艳
二〇一一年十一月二十五日
多普勒雷达
吉星
南京信息工程大学电子与信息工程学院,南京210044
摘要:在多普勒效应使用日渐广泛的基础上,气象雷达也应用了多普勒效应进行云雨的测量,并取得了良好的测量效果。气象多普勒雷达也在与计算机相连接运作的基础上发展得如火如荼。关键词:多普勒效应,气象雷达,应用和发展
0, 引言
在讨论各个国家雷达的发展基础上,将多普勒雷达的优点逐一展现,并且给我国气象测量与处理事业提供一个突破和发展的方向。
1,多普勒雷达的简介
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和技术参数
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。
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
--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
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。
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。
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,从波束剖面图可以看出,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。图中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)。
接收机和显示器
气象多普勒雷达的理论基础是电磁波的多普勒效