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
Rmax
c 2PRF
其中，Rmax为最大不模糊距离，c为光速，PRF为脉冲重 复频率 • 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。
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2 最大径向速度与速度模糊
• 最大不模糊速度 Vmax：最大不模糊速度是雷达能够
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速度模糊示意图
VrT V Vrr 2 2n nV V rrm maax xV VrrTTV Vrrm maaxx
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三、雷达的 PPI 扫描方式
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PPI 显示结果的空间分布
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工 作 模 式 A： 降 水 模 式 使 用 VCP11 或 VCP21，相应的扫描方式分别为14/5 和9/6。
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。
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窄波束低旁瓣的天线
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接收机
当天线接收返回（后向散射）能量时，它 把信号传送给接收机。由于接收到的回波能量 很小，所以在以模拟信号的形式传送给信号处 理器之前必须由接收机进行放大。
• 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
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一、雷达的三部分
雷达站
气象台值班室
RDA
RPG
PUP
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） • 2、雷达产品生成子系统（RPG） • 3、主用户处理器子系统（PUP）
成
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•
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。
– 天线增益常以分贝(dB)形式表示：
分贝(dB) = 10×lg 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； S 2020/3/22 各向均匀—各向均匀天线的能流密度；
天线扫描方式（scan strategy）
扫描方式告诉雷达在一次体积扫描（volume scan） 中 使 用 多 少 仰 角 和 时 间 。 WSR-88D 和 CINRAD WSR-98D 使用三种扫描方式：
1dBZ10lg1Zm mm m66//m m33 1dBZe 10lgZ1em m m m 66//m m 33
dBZ -Z (dBZe - Ze)的对应关系
dBZ(dBZe)
35
40
45
50
Z(mm6 /m3) 3.2×103 104
3.2×104
105
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55 3.2×105
雷达气象方程
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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， 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 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。
Locating a Target
• The first piece of information is the angle of the radar beam with respect to north; called the "azimuth angle".
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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
2、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 信等多种功能
• 气象应用产品：类似于美国NexRad导出产品 • 运行监控：运行模式、系统的自动标校、自动报警等
两类散射：Mie散射 (大粒子情况) Rayleigh散射（小粒子情况）
基本特点：Mie散射的前向散射较多 Rayleigh散射前后方向对称
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描述单个粒子后向散射能力的大小
雷达反射率，雷达反射率因子（粒子群）
雷达反射率定义：定义单位体积内全部降水粒子的雷达 截面之和称为雷达反射率，以 表示，即：
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。
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。
VCP31 --- VCP31 （scan strategy #3，version 1） 规定10分钟内对5个具体仰角的扫描方式。
功能 • 数据库管理：基数据、产品数据的存贮、分发等功能 • 通信管理：RDA、RPG、PUP间的窄带和宽带通信
等
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3、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 • 具有放大、动画、叠加等多种图像显示功能 • 通过人机交互方式设置系统运行模式和产品生
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天线与伺服 发射机 卫星通讯
信号处理器
接收机
宽带传输
监控系统
基数据
数据采集RDA
产品生成
存档
局域网或广域网
产品生成RPG
主控台
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主用户工作站
辅助用户工作站
用户处理PUP
1、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
常数 雷达参 距离因 充塞因 气象因 衰减因 项 数项 子项 子项 子项 子项
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距离折叠与速度模糊
1 最大不模糊距离与距离折叠 2 最大不模糊速度与速度模糊 3 多普勒两难
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1 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脉冲
C R2
Z
， 可以方便的通过雷达回波功
❖ Z e 的意义
❖ 能够产生同样回波功率的、与小球形粒子的 Di6 相当的
Z 的数值；
❖ 引入 Z e 后，即使是较为复杂的Mie 散射，仍然可以使雷
达气象方程保持Rayleigh 散射时较为简单的形式。
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雷达反射率因子的分贝表示形 式
取 Z 0 =1 mm6 /m3为标准值，则：
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引言
• RADAR
– RAdio Detecting And Ranging
• WSR－88D
– Weather Surveillance Radar 88 Doppler
• CINRDA/SA，SB，SC；
– S:10cm，A敏视达，B14所，C成都七八四厂
• CINRDA/CD，成都七八四厂生产 CINRDA/ CC，CCJ 安徽四创生产
2
1
Z
4 m2 2
(1.30)
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大粒子散射
对于不满足瑞利散射条件的降水粒子，根据雷达气象 方程求得的 Z 值就不能代表降水的实际谱分布情
况，只能是等效的 Z 值，记为 Ze ，称为等效雷达
反射率因子。
等效反射率因子Ze:
– 用瑞利散射公式计算大粒子的反射率因子
iN 1Mi45
m2
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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
方向上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θ指定天的线关在系水平：方向的波束宽度；
G 2
φ指天线在垂直方向的波束宽度。
在超高频技术中，一般天线的增益在几千到几万。
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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）。SA雷达的天线仰 角变化范围是从0.5度到19.5度。天线仰角的设置 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 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。
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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工作模式（Operational Mode）