气象雷达原理期末.pdf

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1、一、基本概念1.麦克斯韦（Maxwell）建立的电磁波理论，成为雷达的理论基础。赫茲（HeinrichRudolfHertz）的发射器实验证明了电磁波的存在。国际电信联盟(ITU)为无线电定位(雷达)指定了特定的频段。最初的代码(如P、L、S、C、X和K等)是在二战期间为保密而引入的。尽管后来不再需要保密，但这些代码仍沿用至今。天气雷达（weatherradar）是用于观测天气系统（一般属于降水系统，含有水滴——雨滴、云滴、冰雹和雪等）的雷达，常使用S、C和X工作波段。在天气雷达领域，相控阵技术正在引入，以期缩短资料的采集时间。2.在雷达领域，收发开关（T/R）是十分重要的

2、器件，它的发明使得收发共用一付天线，极大地简化了雷达系统。在雷达领域，磁控管是十分重要的器件，它的发明使得发射功率大幅提高，而成本更低，结果雷达探测能力极大地提高。3.气象雷达（meteorologicalradar），就是用于气象探测的雷达。主要有探空测风雷达、风廓线雷达、天气雷达（含mm波测云雷达）、光达——激光测风（云、大气成分等）雷达、声达——测温（风）声雷达等种类。天气雷达（weatherradar），则是用于观测天气系统（一般属于降水系统，含有水滴——雨滴、云滴、冰雹和雪等）的雷达。它是气象雷达的一种。有常规天气雷达、多普勒天气雷达和双极化多普勒天气雷达等种类。

3、4.天气雷达发射的电磁波，在传播路径上遇到气象目标物时，会产生后向散射波，被雷达天线所接收，形成雷达回波。假设c为电磁波传播速度，△t为雷达脉冲从发出到接收到回波所用的时间，则目标物距雷达的距离为R=(1/2)c△。t5.雷达天线的作用是定向地辐射高频脉冲波并接收来自该方向的回波。天线一般由两部分组成：(1)辐射喇叭；(2)反射器，它把来自辐射喇叭的脉冲电磁波，以很小的张角高度定向地向外反射。6.天线增益是指天线定向辐射能流密度与全向（4π立体角）时的比值。方向性增益乘上辐射效率因子ρT(或天线效率η)就是实际的天线增益。天线方向图上波束主瓣的最大辐射的方向就是雷达天线的方

4、向，也就是雷达天线电轴和机械轴的方向。天线方向图上与主瓣的最大辐射量相比，两边的两个半功率点的方向的夹角，称为波束宽度。7.后向散射截面（RadarCrossSection）也叫雷达截面。它表征的不是目标的横截面或表面，但与目标及其表面的几何形状、尺寸、材料（体目标介质）的性能、雷达电磁波频率等有关。后向散射截面（RadarCrossSection）用来表征目标反射雷达电磁波能力的量度，也叫雷达截面。假设有一种理想散射体，当目标的散射能量与其相当时，其散射面积就代表目标的雷达截面。8.雷达测角的前提条件是天线具有极强的方向性，这一特性获得了天线的增益，并使目标的角跟踪成为可

5、能。雷达测距的前提条件是电磁波直线传播，且速度恒定。这种条件的近似成立，导致测距误差。9.点目标雷达方程中，目标的回波功率与目标距离的4次方成反比，其原因是电磁波在自由空间中传播的两次衰减，每次传播发散均造成能流密度的距离平方衰减。气象体目标雷达方程中，目标的回波功率与目标距离的平方成反比，其原因是随着电磁波在自由空间中传播，能流密度的距离平方衰减被距离增加引起的体目标体积的增加“补偿”了。10.雷达天线罩是辅助设备，起保护作用。它能消除风沙雨雪等环境负载对天线运动的影响、改善工作条件，提高雷达天线乃至整机可靠性。天线罩主要用于保护天线，它必须满足对电磁波传播几乎没有影响的

6、特性。但是，强降水在天线罩表面形成的水膜会严重影响雷达性能。11.天线方向性增益是指在等距球面上某个方向的功率密度与球面平均功率密度之比，它与辐射效率因子的乘积即为功率增益。雷达天线增益一般用dBi表征，它是以全向性天线的辐射能流密度为参考基准的，单位为dB。12.雷达中常设置低噪声放大器以降低接收机的噪声系数，它作为接收机的第一级，要求非线性失真小、动态范围大、承受的输入功率较大。低噪声放大器主要为了降低接收机的噪声系数，提高灵敏度，其噪声系数小（1-3dB）、功率增益大（20—30dB），在其带宽下工作稳定可靠。13.雷达定向耦合器是利用波在传播中的相位关系，将主波导中

7、入射行波或反射行波的部分功率耦合至辅波导，用于功率或频率等监视的微波元件，耦合度是重要指标。隔离器是一种利用波在传播中的相位关系制成的不可逆的衰减器，在正方向(或需要传输的方向上)衰减量(或插入损耗)很小，而反方向则很大，隔离度是重要指标。环流器是一种多端口定向传输电磁波的微波部件，其输入任一端口的功率，都会按照一定顺序传输到下一个端口。隔离度是重要指标，常用作雷达的收发开关。旋转关节是用来把高频信号从一个固定的平台传输到另外一个需要连续旋转的平台上的微波部件，用于雷达馈线的“旋转连接”。14.风廓线雷达主要用于垂