多普勒天气雷达资料分析与应用
SINGLE RADARS
多普勒天气雷达资料分析与应用 发射系统 天线系统 接收系统 信号处理系统 显示系统
天气雷达的基本框图及其工作原理
多普勒天气雷达资料分析与应用
多屏、 多屏、多画面显示 •
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二、多普勒天气雷达的工作原理
• 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区的分布、雨 区强度、垂直结构等情况。 • 同时，利用物理学上的多普勒效应来测定降水 粒子的径向(朝向雷达或远离雷达方向)运动速 度，并通过这种速度信息推断风速分布、垂直 气流速度、大气湍流、降水粒子分布、降水中 特别是强降水中的风场结构特征。
信号处理器
监控系统
数据采集RDA
基数据 卫星通讯 产品生成
局域网或广域网
存档
产品生成RPG
主控台
主用户工作站
辅助用户工作站
用户处理PUP
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1、雷达数据采集系统（RDA） 雷达数据采集系统（RDA）
采用脉冲多普勒体制的全相干系统 • 速调管放大、高功率全相干发射机 • 窄波束低旁瓣的天线 • 低噪声宽动态范围的相干接收机 • 多参数的信号处理器 • 主要参数的自动检测
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多普勒天气雷达资料 分析与应用
南京信息工程大学
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引言
• RADAR
– RAdio Detecting And Ranging
• WSR－88D －
– Weather Surveillance Radar 88 Doppler
• CINRDA/SA，SB，SC； CINRDA/SA，SB，SC；
θ ⋅φ
在超高频技术中，一般天线的增益在几千到几万。 – 天线增益常以分贝(dB)形式表示： 分贝(dB) = 10×lg 分贝 ×
S 定向 S 各向均匀
S 定向—定向天线最大辐射方向上的能流密度； 定向天线最大辐射方向上的能流密度； 定向天线最大辐射方向上的能流密度 S 各向均匀—各向均匀天线的能流密度； 各向均匀天线的能流密度； 各向均匀天线的能流密度
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工作模式（ 工作模式（Operational Mode） ） WSR-88D使用两种工作模式， 降水模式和 WSR-88D使用两种工作模式，即降水模式和 晴空模式。 雷达的工作模式决定了使用哪种VCP VCP， 晴空模式 。 雷达的工作模式决定了使用哪种 VCP， VCP又确定了具体的扫描方式 又确定了具体的扫描方式。 而VCP又确定了具体的扫描方式。 工作模式A 降水模式使用VCP11或VCP21 VCP11 21， 工作模式A：降水模式使用VCP11或VCP21， 相应的扫描方式分别为14 14/ 相应的扫描方式分别为14/5 和9/6。 VCP31 32， 工作模式B 晴空模式使用VCP31或VCP32 工作模式B：晴空模式使用VCP31或VCP32， 两者都使用扫描方式5/10。 两者都使用扫描方式5 10。
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相干接收机
信号处理 监控系统
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RDA监控计算机 RDA监控计算机
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2、雷达产品生成子系统（RPG） 雷达产品生成子系统（RPG）
具有雷达产品生成、运行监控、数据库管理、系统内通 具有雷达产品生成、运行监控、数据库管理、 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、自动报警等 运行监控：运行模式、系统的自动标校、 功能 • 数据库管理：基数据、产品数据的存贮、分发等功能 数据库管理：基数据、产品数据的存贮、 • 通信管理：RDA、RPG、PUP间的窄带和宽带通信 通信管理： 、 、 间的窄带和宽带通信 等
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天气雷达的基本工作原理
• 天气雷达间歇性地向空中发射的脉冲式电磁波， 天气雷达间歇性地向空中发射的脉冲式电磁波， 电磁波在大气中以接近光波的速度、 电磁波在大气中以接近光波的速度、近似于直线 的路径传播，如果在传播路径上遇到了气象目标 的路径传播，如果在传播路径上遇到了气象目标 物，脉冲电磁波会被气象目标物向四面八方散射， 物，脉冲电磁波会被气象目标物向四面八方散射， 其中一部分电磁波能被散射回雷达天线（称为后 其中一部分电磁波能被散射回雷达天线（称为后 向散射），在雷达显示器上显示出气象目标物的 向散射），在雷达显示器上显示出气象目标物的 空间位置分布和强度等特征。 空间位置分布和强度等特征。
一、雷达的三部分
中国新一代天气雷达系统简介 • 1、雷达数据采集系统（RDA） 雷达数据采集系统（RDA） • 2、雷达产品生成子系统（RPG） 雷达产品生成子系统（RPG） • 3、主用户处理器子系统（PUP） 主用户处理器子系统（PUP）
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天线与伺服 接收机 发射机
宽带传输
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体扫模式 (VCP:Volume Cover Pattern） ）
扫描方式确定一次体积扫中使用多少个仰角， 扫描方式确定一次体积扫中使用多少个仰角 ， 而具 体是哪些仰角则由体扫模式来规定。WSR-88D 可有20 20个不 体是哪些仰角则由体扫模式来规定 。 WSR-88D 可有 20 个不 同的VCP，目前只定义了其中的4个： 同的VCP，目前只定义了其中的4 VCP VCP11 VCP11 11（ VCP11 --- VCP11（scan strategy #1，version 1） 规定5分钟内对14个具体仰角的扫描方式。 14个具体仰角的扫描方式 规定5分钟内对14个具体仰角的扫描方式。 VCP21 VCP21 VCP21 --- VCP21 （scan strategy #2，version 1） 规定6分钟内对9个具体仰角的扫描方式。 规定6分钟内对9个具体仰角的扫描方式。 VCP31 --- VCP31 （scan strategy #3，version 1） VCP31 VCP31 规定10分钟内对5个具体仰角的扫描方式。 10分钟内对 规定10分钟内对5个具体仰角的扫描方式。 VCP32 VCP32 32（ VCP32 --- VCP32（scan strategy #3，version 2） 确定的10 分钟完成的5个具体仰角与VCP31相同 10分钟完成的 VCP31相同。 确定的 10 分钟完成的 5 个具体仰角与 VCP31 相同 。 不同之处 在于VCP31使用长雷达脉冲而VCP32使用短脉冲。 VCP31使用长雷达脉冲而VCP32使用短脉冲 在于VCP31使用长雷达脉冲而VCP32使用短脉冲。 WSR-98D未定义VCP32。 WSR-98D未定义VCP32。 VCP32
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3、主用户处理器子系统（PUP） 主用户处理器子系统（PUP）
• 多屏、多画面显示气象应用产品图形图像功能 多屏、 • 具有放大、动画、叠加等多种图像显示功能 具有放大、动画、 • 通过人机交互方式设置系统运行模式和产品生 成
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全相干发射机
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天线
天线是RDA的一个部件 ， 它将发射机产生 的一个部件， 天线是 的一个部件 的rf 信号以波束的形式发射到大气并接受返回的 能量（粒子的后向散射能量） 能量（粒子的后向散射能量）。SA雷达的天线仰 雷达的天线仰 角变化范围是从0.5度到 角变化范围是从 度到19.5度。天线仰角的设置 度 度到 取 决 于 天 线 的 扫 描 方 式 （ scan strategy 共 有 三 种 ） 、 体扫模式 （ volume coverage pattern ： VCP）和工作模式（operational mode 分为晴空 ） 工作模式（ 和降水两种模式） 和降水两种模式）。 雷达操作员不能手动调节天 线仰角，天线仰角只能通过上述三要素预设。 线仰角，天线仰角只能通过上述三要素预设。
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发射机
取得雷达数据的第一步是发射一个射频（rf） 取得雷达数据的第一步是发射一个射频（rf）信 这主要由速调管放大器（ 号。这主要由速调管放大器（相当于老式雷达中的的 磁控管）来完成。该放大器产生一个高功率（ 磁控管）来完成。该放大器产生一个高功率（峰值功 率750kw）非常稳定的10厘米的射频（rf）脉冲。 750kw）非常稳定的10厘米的射频（rf）脉冲。 kw 10厘米的射频 在这里稳定是非常重要的，产生的每个脉冲必 在这里稳定是非常重要的 ， 须具有相同的初位相以保证回波信号中的多普勒信息 能够被提取。一旦rf脉冲被产生，就被送到天线。 rf脉冲被产生 能够被提取。一旦rf脉冲被产生，就被送到天线。
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• 值得注意的是： 雷达在0.5度和1.45度仰角上分别作两次扫描， 在其他仰角上只作一次扫描。在两次扫描中： 第一次发射低脉冲重复频率，观测范围大 （460km），为了避免速度模糊。 第二次发射高脉冲重复频率，观测的范围小 （230km），为了避免距离模糊。
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多普勒天气雷达的组成和探测原理
• • • • • 一、雷达的三部分 二、多普勒天气雷达的工作原理 三、雷达的 PPI 扫描方式 四、多普勒天气雷达的产品介绍 五、短时预报常用的雷达产品
一、雷达的三部分
雷达站
气象台值班室
RD分析与应用
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天 线
• 天线增益：辐射总功率相同时，定向天线在最大辐射 辐射总功率相同时，