气象卫星与多普勒天气雷达

第2章气象卫星与多普勒天气雷达

1 气象卫星资料接收

1．1 乌鲁木齐气象卫星地面站

乌鲁木齐气象卫星地面站（以下简称卫星地面站），是中国气象局国家卫星气象中心下属的三个国家级地面接收站之一。是集实时业务、气象卫星工程建设、科研开发于一体的科

图3.2.1 乌鲁木齐气象卫星地面接受站

技单位。主要任务是：承担中国风云系列和国外气象卫星资料的接收、处理和传输任务，开发利用卫星遥感资源为地方经济建设服务。

从1988年到2002年执行《风云一号》A、B、C、D四颗卫星发射后的资料接收任务。1994年建成《风云二号》乌鲁木齐测距副站，执行测距业务。2000年完成黑山头站区工程建设，2001年投入业务运行。

气象卫星资料不仅用于气象监测，还广泛地用于对资源、环境、灾害的监测，为有关部门提供信息，与国外进行卫星资料的交换，社会效益和经济效益明显。

1．2 新疆遥感中心气象卫星遥感部

2001年，“新疆遥感中心气象卫星遥感部”设立在乌鲁木齐气象卫星地面站，受新疆维吾尔自治区气象局领导，同时在新疆遥感中心的统一部署、协调下，承担新疆气象、环境、防灾减灾及相关领域遥感理论、遥感技术、遥感应用和产业化服务等方面的综合性研究项目。

1．3 极轨业务系统

极轨业务系统主要承担中国FY1系列和美国NOAA系列极轨气象卫星的接收任务，24小时实时接收极轨气象卫星过境下发的实时资料和延时资料，并传输至国家卫星气象中心及用户。

⑴通过每日卫星下发的精轨根数计算出当日卫星过顶时间，并与中心下发时间表核对确定当日接收的轨道；

⑵运行控制服务器将本日需接受轨道的参数按一定的接收策略分别传递各接收机的运行控制微机；

⑶在每一条轨道接收时间到来前，运行控制微机按照轨道参数计算出天线运行轨迹并自动接收卫星下传的信号；

⑷接受到的云图信息由文件服务器择优拼接并自动经光纤以FTP方式传输到卫星中心；

⑸将云图信息通过网络，迅速传到新疆维吾尔自治区气象局遥感中心；

⑹通过小规模地球站（VSAT）向全国小站以广播方式及时发送最新的云图资料。（2004年已不运行，将来采用DVBS方式）

1．4 静止业务系统

卫星地面站担负着卫星发射任务中的3点测距任务。三点测距分系统是FY–2号静止气象卫星地面应用系统重要的组成部分之一，三点测距系统由北京主站和乌鲁木齐、墨尔本（或广州）两个副站组成，主站向卫星发送测距信号，主站测量发出信号与返回信号之间的时延，可以求出从卫星到三个测距站之间的距离。经过电离层对电波折射的修正可准确地确定卫星所在的位置。FY–2号静止气象卫星每天进行4次三点测距作业。

1．5 网络通讯

卫星地面站接收的气象卫星资料，通过专用的通讯网络传输至国家卫星气象中心和新疆维吾尔自治区气象局。首先，运控微机将接收任务时间表分发到每台接收计算机，接收机根据时间表完成气象卫星资料的接收，然后将接收的资料发送到文件服务器。文件服务器对资

料优化拼接后，自动发送到国家卫星气象中心。

卫星地面站（乌鲁木齐市天津路）站区网络，分为办公网和业务网两部分，为了业务安全，两者是严格分离的，办公网可以上互联网，业务网与新疆维吾尔自治区气象局和黑山头站区相连，满足两者之间的数据传输业务。

1．6 数据分中心系统

卫星地面站接收分辨率250m～1000m的极轨气象卫星资料，分辨率为5km的静止气象卫星资料。将来可接收处理风云三号卫星与美国正在研制的NPOESS卫星资料。

随着中国气象探测手段由地基探测为主向空基探测为主的过渡,以及对地物资源深层次的不断开发与应用，气象卫星资料的作用将日益突出，应用领域越来越广泛。正在建设的数据分中心，就是以该站获得的多种气象卫星资料为基础，形成原始资料库，由高速计算机组进行预处理、产品生成，通过互连网和其它方式，为广大用户提供气象卫星资料与产品的联机检索与获取服务，从而发挥乌鲁木齐气象卫星地面站的资源优势和技术优势，更好地为地方经济建设提供服务。

2 遥感技术应用

2．1 人造卫星技术应用

人造卫星的种类主要有：技术试验卫星、通信卫星、科学卫星、遥感探测卫星、导航卫星、间谍卫星、太空站等。技术试验卫星是进行新技术试验或为应用卫星进行试验的卫星；通信卫星是与生活关系密切的人造卫星。如：电视转播、电话、网络等都离不开它。通信卫星又分为：直播电视卫星、军事通信卫星、电信业务卫星、交通运输通信卫星等；科学卫星是用来进行空间物理环境探测的卫星，它收集空间信息，为人类进入太空、利用太空提供资料。由于少了大气层阻碍，它观测宇宙看的更远、更精确，哈勃太空望远镜（HST）便是一个例子；遥感探测卫星包括气象卫星、地球资源卫星。气象卫星解决了气象工作者长期难以解决的海洋、荒漠、高山等人烟稀少地区的气象观测问题，是快速准确地获取全球气象资料和其他资料的多面手。气象卫星的应用，是气象观测和气象事业划时代的进步。地球资源卫星能“看透”地层，发现肉眼看不到的地下宝藏、历史古迹、地层结构，能普查农作物、森林、海洋、空气等资源，预报各种严重的自然灾害。近代资源卫星对地面景物的辨识率由原来的10m提高到2m，甚至更细微的辨识率；导航卫星应用最广的是全球卫星定位系统（Global Positioning System），简称GPS。GPS是具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。它由空间部分、地面监控部分和用户接收机3大部分组成。空间部分由分布在高度约2×104km的6个轨道上绕地球飞行的24颗卫星组成，每条轨道上拥有4颗卫星，这使得在地球上任何一点，任何时刻都可以同时接受至少到来自4颗卫星的信号，也就使GPS卫星所发射的信息覆盖着整个地球表面；侦察卫星就是窃取军事情报的卫星，它既能监视又能窃听；太空站也是人造卫星的一类。

2．2 卫星气象学

气象卫星的出现促进了新学科—卫星气象学的形成。卫星气象学研究的内容主要有：寻找从卫星上探测和获取大气中主要气象要素如云、风、温度、湿度、辐射、臭氧等和大气现象的理论和方法；被测物体（如地表、云和大气主要吸收气体）的辐射特性及电磁辐射在大气中的传输规律；卫星资料接收、处理、存贮和各种气象要素处理方法的研究；选择测量各种气象要素和物体特性的最佳光谱段，满足气象观测要求的遥感仪的最佳设计；气象卫星资料在天气预报、数值预报模式和大气科学研究中应用方法的研究；气象卫星资料精度的研究。

2．3 遥感图象处理

“遥感”，顾名思义，就是遥远地感知。地球上每一个物体都在不停地吸收、发射、反射电磁波，不同物体的电磁波特性是不同的。遥感就是根据这个原理来探测地表物体发射和反射的电磁波，从而提取这些物体本身的信息，完成远距离对物体的识别。

常用的遥感平台，除了卫星，还有飞机、气球等。遥感在地表资源环境监测、农作物估产、灾害监测、全球变化等等许多方面具有明显的优势。

遥感影像通常需要进一步处理方可使用，用于该目的的技术称为图象处理。图象处理包括各种可以对像片或数字影像进行处理的操作，包括图象压缩、图象存储、图象增强、处理、量化、空间滤波以及图象模式识别等。目前，主要的遥感应用软件是ilwis、PCI、ERMapper 和ERDAS。

2．4 气象卫星资料应用领域

气象卫星资料包括可见光、红外云图和水汽分布图等，应用领域广阔：①是天气分析的得力工具，为加强暴雨和强对流天气的监测和预报，准确、及时地了解天气系统的活动情况，提供了重要依据；②是天气气候研究的重要依据、为短期气候预测提供科学依据；③监测洪涝灾害、监测雪灾、监测森林火灾，为分析灾害性天气成因提供依据；④为农业生产服务；⑤进行海洋渔业监测；⑥监测冰雪覆盖情况；⑦监测河口泥沙扩散等。

2．5 新疆维吾尔自治区气象局遥感中心

新疆维吾尔自治区气象局遥感中心成立于1992年，是一个集业务、科研和服务为一体的单位，负责FY、EOS、NOAA等极轨系列卫星遥感信息的接收、转储、预处理工作；负责新疆范围内天气、环境和灾害的遥感监测分析；提供决策气象服务基本产品；承担遥感信息资源管理与遥感信息资源共享服务工作；负责新疆维吾尔自治区气象局遥感应用开发、业务升级、推广应用等。

2．6 遥感应用服务

新疆地域辽阔，高山、沙漠、荒漠、戈壁等地人迹罕至，气象站点相对稀少。因而遥感技术和遥感资料在气象服务中的应用，更具有特殊重要的意义。2005年新疆建成卫星资料中规模应用系统9个、DVBS接收应用系统3个、1套EOS/MODIS接收系统。

遥感中心拥有EOS/MODIS和NOAA卫星以及FY系列气象卫星接收处理设备，以美国EOS/MODIS地球环境卫星、NOAA气象卫星和中国FY系列气象卫星资料为主要信息源,先后开展了全疆范围的积雪、植被，森林及草原火灾、水情、气象灾害等生态环境与自然灾害的动态遥感监测服务。

2．7 为天气预测提供服务

遥感中心每天接收并分析加工卫星资料，取得可供短期预报以及各级决策部门使用的情报信息。在遇有寒潮、东南大风、沙尘暴等灾害性天气时，及时为短期预报室提供实时极轨卫星云图，进行灾害性天气监测的跟踪服务；当有降水系统性云系入侵时，遥感中心设有专人定时监视,研究分析云系的发生、发展、变化和移动规律及降水路径；当监测到强天气系统入侵的信息时，首先及时通知预报员注意天气强度的预报，并对云图进行预处理、保存资料，留待进一步研究。

2．8 山区积雪监测

新疆冬季山区积雪的多寡，决定来年春季河流水量的大小，也是形成洪水、干旱灾害的重要因子，是农业生产非常关注的热点问题。遥感中心通过卫星图像处理，可提供给定地界(区、地、市、县、)或给定河流流域的积雪水平分布、垂直分布情况，绘制不同积雪深度（＜10cm、10～20cm、＞20cm）的积雪分布彩色图，给出界内三种雪深的积雪面积。

积雪监测提供的图像产品为积雪、水资源动态分析,为防洪抗旱、农牧业生产及交通运输提供客观、定量化的情报信息,在自治区农牧业生产和防灾减灾中发挥了重要作用。

2．9 森林、牧草火情监测

草原或森林发生火灾的地区，温度远高于周围地区。3.7μm波段，对高温区特别敏感，利用3.7μm波段信息可以监测林区和草原发生的火灾。遥感中心开发的森林及草原火情监测系统，通过对卫星遥感资料的分析，能及时发现并提供火情发生地点的具体经纬度和过火面积，为防火部门提供准确的、定量化的情报资料服务。1992年开始，遥感中心先后与新疆自治区森林及草原防火办签订了“关于共同开展《利用气象卫星监测火情》的协议”。协议执行情况表明：利用气象卫星监测森林及草原火灾准确率高、发现及时、效益显著。

2．10 水体面积监测

新疆的湖泊、水库积水是新疆水资源的重要组成部分，面积的变化及积水量的多少直接影响着周围地区的生态环境、工农业生产及人民生活，因而实时监测水域面积的变化，并进行气候分析显得尤为重要。遥感中心以此为重要监测内容，提取了相应水旱信息，并进行了实时服务。

2．11 作物长势遥感监测

利用绿色植被在可见光和近红外波段中反射率的差异，可监测植被生长状况。新疆利用《草地、小麦、土壤水份的卫星遥感监测与服务系统研究》的成果，为有关部门提供给定区域内的农作物、牧草、森林等植被的区划以及植被长势、产量估测情况的定量化信息，为农作物产量预报提供科学依据。

2．12 微型无人驾驶飞机

中国气象部门研制的微型无人驾驶飞机，采用全球卫星定位系统（GPS）导航，具有自动导航、自动驾驶功能。能够在突发事件的监测、野外科学试验、大气环境监测、人工影响天气、航拍、军事侦察等诸多方面发挥作用。微型飞机体积很小，其中，微型自控无人驾驶飞机探空系统，翼展仅3m，起飞重量只有12kg，人工影响天气微型无人驾驶飞机系统重量仅5kg、翼展不到2m宽。

新疆气象部门已引进四架微型无人驾驶飞机，计划用于人影和遥感工作。2004年7月，新疆维吾尔自治区气象局启动以微型无人驾驶飞机为平台的空基探测和人影工作，并进行了无人驾驶飞机试验。试验小组先后在玛纳斯县和吐鲁番地区进行了两次探测飞行试验，获取了近千张高分辨率的航空遥感数码图像。2004年12月～2005年1月，自治区人影办与中国气象局大气探测综合试验基地合作，采用RY–1型微型无人驾驶飞机进行了增雪作业试验。实验飞行5架次，累计飞行3个多小时，未出现结冰等不适应现象，飞机的技术性能和实验效果基本达到了设计要求。2005年11月，新疆气象局遥感中心利用无人驾驶小飞机在克拉玛依、沙雅县、库车县成功地进行了三次航拍，取得了上千张大分辨率的航拍照片。

3 气象卫星云图应用

3．1 气象卫星云图接收

1971年4月，中国人民解放军总参谋部气象局决定，在乌鲁木齐市建立气象卫星地面接收站，主要任务是接收气象卫星大范围实时性的云图照片，为地方天气预报、航空气象、气象科学研究等提供资料。1972年，自治区气象台开始接收美国第一代气象卫星艾萨（ESSA）

云图照片；1981年，新疆维吾尔自治区气象局在喀什地区气象台建成APT接收站，并接收气象卫星云图照片；1990年3月，自治区气象业务中心成立气象卫星遥感组，开始将乌鲁木齐气象卫星地面站接收的信息送入微机（386），进行图像和数字化处理。同年11月3日，自治区气象业务中心成立遥感科，开展气象卫星遥感资料的应用与服务。

3．2 可见光云图

可见光是波长从0.35～0.80μm很狭窄的波段。卫星在可见光谱段测量来自地面、云面反射的太阳辐射，将卫星接收的这种辐射转换为图像称为可见光云图。卫星在可见光谱段选用的波长间隔有：0.52～0.75μm和0.58～0.68μm。卫星在可见光波段接收辐射与物体的反照率和太阳的天顶角有关，若太阳天顶角越小，物体的反照率越大，则卫星接收到的辐射越大，反之则越小。在可见光云图上，辐射越大，色调越白；辐射越小，色调越暗。通常云层越厚，反照率越大，色调也越白，而水面，如湖泊、海洋的反照率很小，表现为黑色，陆地反照率比海洋略大，表现为灰色，而潮湿或森林覆盖的地区表现为灰暗的色调。在电视显示的卫星云图上，地表和海洋常用绿色和蓝色表示。

3．3 红外云图

卫星在10.5～12.5μm测量地表和云面发射的红外辐射，将这种辐射以图像表示就是红外云图。在红外云图上物体的色调决定其自身的温度，物体温度越高，发射的辐射越大，色调越暗，红外云图是一张温度分布图。卫星接收到的红外辐射要比实际表面温度发射的黑体辐射要小，故严格地说，红外云图是一张亮度温度分布图。地面的温度一般较高，呈现较暗的色调，由于大气的温度随高度是递减的，故云顶高而厚的云，其温度低呈白的色调。低云的云顶温度较高，与地面相近，故在红外云图上不容易识别。由于各类云的云顶温度的差异较大，在红外云图上可以识别各种高度的云。此外，地表的温度随季节、纬度、海陆分布及其本身的热惯量而不同，所以在红外云图上的色调亦不同。在电视显示的红外云图上，地表以绿色表示，能与云相区分开。

3．4 水汽图

卫星选用6.7μm水汽吸收谱段接收大气中水汽发射的辐射，并以图像表示便得到水汽图。在这一波段，水汽一面接收来自下面的辐射，又以自身较低的温度发射红外辐射。卫星接收到的辐射决定于水汽含量，大气中水汽含量越多，发射的辐射越小；水汽含量越少，大气低层的辐射越容易透过水汽到达卫星，则卫星接收的辐射越大。在水汽图上，色调越白，辐射越小，水汽越多；否则越少。对于6.7μm水汽带，卫星测得的辐射来自对流层中上层，故水汽图反映大气上层水汽的空间分布。

3．5 增强红外云图

增强红外云图是对灰度或辐射值进行变换处理，将人眼不能发现的细节结构清楚地显示出来，如积雨云在云图上表现为一片白色，通过增强处理后可将云顶结构显示出来，能准确地确定积雨云的强度和强对流中心位置。红外云图的增强处理是将图像上的灰度值，按需要进行合并或分解为若干灰度间隔（等级），每一间隔赋予一个灰度值。

3．6 云的识别

在卫星云图上识别云的判据有六个：

⑴结构型式：是指不同明暗程度物象点的分布式样，如高层云、高积云常表现为带状、涡旋状等，开口细胞状云系是由积云、浓积云组成等；

⑵范围大小：是指云系的分布尺度，由云系尺度可以推断形成云的物理过程，尺度小的云系常与中小尺度天气系统相关；尺度大的则与大尺度的天气系统联系。

⑶边界形状：不同类型的云，边界不尽相同，如积云、浓积云边界不整齐，层云（雾）边界较整齐。

⑷色调：是指物象的亮度。可见光云图上云的色调与云厚和云的成分有关，红外云图上则与云顶温度相关。

⑸暗影：是指在一定太阳高度角下，高的云在低的目标物上的投影。

⑹纹理：用来表示云顶表面粗糙程度，如层云（雾）云顶表面均匀、光滑；而积云、浓积云表面多起伏、不均匀。

3．7 卫星云图上各类云的特征

⑴卷云

在可见光云图上，卷云的反照率低，呈灰一深灰色；若可见光云图卷云呈白色，则其云层很厚，或与其它云相重迭；在红外云图上，卷云顶温度很低，呈白色。无论可见光还是红外云图，卷云有纤维结构。

⑵中云（高层云和高积云）

在卫星云图上，中云与天气系统相连，表现为大范围的带状、涡旋状、逗点状。在可见光云图上，中云呈灰白色到白色，通过色调的差异可判定云的厚度；在红外云图上，中云呈中等程度灰色。

⑶积雨云

无论可见光还是红外云图，积雨云的色调最白；当高空风小时，积雨云呈圆形，高空风大时，顶部常有卷云砧，表现为椭圆形。

⑷积云、浓积云

在可见光云图上积云、浓积云的色调很白，但由于积云、浓积云高度不一，在红外云图上的色调可以从灰白到白色不等，纹理不均匀，边界不整齐。其型式表现为积云线和开口细

胞状云。

⑸层云（雾）

在可见光云图上，层云（雾）表现为光滑均匀的云区；色调白到灰白，若层云厚度超过300m，其色调很白；层云（雾）边界整齐清楚，与山脉、河流、海岸线走向相一致。在红外云图上，层云色调较暗，与地面色调相当。

4 多普勒天气雷达

上世纪80年代末，中国开始多普勒天气雷达的研制和在气象业务上的试用，90年代中期中国气象局正式将多普勒天气雷达列入气象业务探测系统的发展规划。新一代天气雷达，是指中国气象局布网的CINRAD雷达系列的多普勒天气雷达。它能满足24小时连续运转、无人值守以及20年产品使用寿命的要求；其精确度、可靠性、实用性均比过去的天气雷达有了质的飞跃，它的探测能力和总体软硬件水准已接近国际先进水平。新一代多普勒天气雷达全国布设126部，新疆7部：克拉玛依、伊宁、石河子、乌鲁木齐、库尔勒、阿克苏、喀什。

4．1 天气雷达的分类

⑴天气雷达按发展史大致可分为：模拟天气雷达—数字化天气雷达—多普勒天气雷达。模拟信号雷达与数字化雷达的型号有711（X波段）、713（C波段）、714（S波段）三种，多普勒天气雷达只有C波段（CINRAD/CB、CINRAD/CC、CINRAD/CD和CINRAD/CCJ 等）与S波段（CINRAD/SA、CINRAD/SB、CINRAD/SC等）两种。

⑵按用途可分为：测风雷达、测云雷达、测雨雷达、脉冲多普勒雷达、其中测雨雷达又分为X波段（3cm）、C波段（5cm）、S波段（10cm）。

⑶其它类：双极化天气雷达、双波长天气雷达、多参数天气雷达、双／多基地天气雷达、相控阵天气雷达。

4．2 CINRAD/CC型多普勒天气雷达

CINRAD/CC雷达是新一代C波段多普勒天气雷达，探测重点是台风、暴雨、冰雹、雷雨大风、龙卷、雪暴、沙尘暴以及天气系统中的中尺度结构等。它除了常规天气雷达的作用外，重大改进是利用物理学上的多普勒效应测定降水粒子的径向运动速度，并通过速度信息推断降水云体的风速分布、风场结构特征、垂直气流速度等。

目前已是美国、西欧等发达国家的主导地基气象探测设备。

4．3 功能特点

多普勒雷达的最大探测距离半径为460km，它具有良好的多普勒测速能力，对灾害性天气有很强的监测和预警能力，它包括了灾害性天气的绝大部分的监测和预警内容；主要用

于探测300km范围内的暴雨、冰雹、大面积降水，200km内各种气象目标的大气风场；多普勒雷达还具有良好的定量测量回波强度的性能，可以定量估测大范围降水，突破了常规雷达只能定性估测降水的局限，而且其连续观测能力比常规雷达有了很大的提高，能测定降水云体的发展高度和移向移速。

它是智能型的探测系统，除了实时提供各种图象分析的信息外，还具有准实时的对多种灾害性天气的自动识别、追踪等产品。

4．4 多普勒天气雷达产品

多普勒天气雷达可生成图象产品、文本信息共76种，主要有：半径460km范围内不同仰角的强度图，半径230km范围内不同仰角的速度图，半径230km任意角度剖面图，当地高空风向、风速变化图，风暴、龙卷、冰雹等的预警输出图等等。

定时探测内容有：降水回波的位置、范围大小、高度、强度、强中心位置、回波的形状、结构、性质、移向移速及其演变趋势等。多普勒雷达还能探测速度场空间分布、流场性质、演变趋势、速度谱宽等。在城市环境气象中，可生产出定时、定点、定量、精细的监测和预报服务产品。

4．5 雷达站址环境要求

站址周围无高大建筑物、高大树木、山脉等遮挡。在雷达主要探测方向上（天气系统的主要来向）的遮挡物对天线的遮挡仰角不应大于0.5°，其他方向的遮挡角一般不大于1°；雷达天线所在位置以经度、纬度、海拔高度表示，经纬度定位精度应小于3s（角秒），海拔高度测量误差应小于5m；建站时应绘制四周遮挡角分布图，以及距测站1km高度和海拔3km、6km高度的等射束高度图。观测环境发生变化应重新绘制遮挡角分布图、等射束高度图，并上报上级业务主管部门；雷达站周围不能有影响雷达工作的电磁干扰；雷达站应具备必要的通讯、水、电、路及人员生活基本条件及自备供电能力。

4．6 观测模式

多普勒天气雷达业务观测，主要是连续自动立体扫描模式：在降水过程中,应采用仰角数不少于9个的连续自动立体扫描模式；在对降水结构作详细分析时，可采用仰角数不少于14个的连续自动立体扫描模式；在对降水前的晴空风场观测时，可采用仰角数不少于5个的低仰角立体扫描模式。

根据专项业务和科研的需求，多普勒天气雷达还可采用圆锥扫描模式（PPI）和垂直扫描模式（RHI）观测。

4．7 信息分发和资料传输

多普勒天气雷达必须提供最佳仰角的强度、速度以及垂直液态含水量和时间序列的风廓线产品。并向国家气象中心、自治区气象台以及邻近地区气象台传送和分发；雷达拼图可

以采用回波强度（dBz）、垂直液态含水量（VIL）、一小时累积降水量（OHR）。雷达拼图时次、文件命名、数据压缩格式按照全国雷达拼图规定执行；按照组网拼图观测时次，传送的数据文件应当为正点前10分钟内的资料，并在正点后5分钟前发送；如不能正常按时发送拼图数据文件时，应当在30分钟以内补充发送最接近正点的资料或其他信息；区域或省内天气雷达产品互传的办法应当报中国气象局业务主管部门备案；本地服务传输时次和方式由新疆和地（市）气象局自行规定，报上级主管职能部门备案。

4．8 乌鲁木齐多普勒天气雷达站

乌鲁木齐多普勒天气雷达站主要由雷达塔、业务楼、自动气象站三大部分组成。该站址位于东经87°23′35.2″，北纬43°54′57.5″，拔海高度666m，2003年5月建成，同年9月6日通过现场验收，2004年11月30日通过业务验收。

乌鲁木齐多普勒天气雷达，是中国引进研制并自行生产的CINRAD/CC型多普勒天气雷达。雷达系统的建设保证了新疆天山北坡雷达组网和拼图的实施。该雷达投入业务使用，不仅能显著提高乌鲁木齐市气象灾害（如东南大风、暴雨、雪暴、沙尘暴等强天气过程等）的监测、预警能力，为防汛、人工增水作业等提供及时、准确地气象信息依据；而且可明显地提高乌鲁木齐市气象台短期和短时天气预报能力。

（孙祥彬、李景林）

最新1多普勒天气雷达原理与应用

1多普勒天气雷达原 理与应用

第六部分 多普勒天气雷达原理与应用（周长青） 我国新一代天气雷达原理；天气雷达图像识别；对流风暴的雷达回波特征；新一代天气雷达产品 第一章 我国新一代天气雷达原理 一、了解新一代天气雷达的三个组成部分和功能 新一代天气雷达系统由三个主要部分构成：雷达数据采集子系统（RDA ）、雷达产品生成子系统（RPG ）、主用户处理器（PUP ）。 二、了解电磁波的散射、衰减、折射 散射：当电磁波束在大气中传播，遇到空气分子、大气气溶胶、云滴和雨滴等悬浮粒子时，入射电磁波会从这些粒子上向四面八方传播开来，这种现象称为散射。 衰减：电磁波能量沿传播路径减弱的现象称为衰减，造成衰减的物理原因是当电磁波投射到气体分子或云雨粒子时，一部分能量被散射，另一部分能量被吸收而转变为热能或其他形式的能量。 折射：电磁波在真空中是沿直线传播的，而在大气中由于折射率分布的不均匀性 （密度不同、介质不同），使电磁波传播路径发生弯曲的现象，称为折射。 2 /3730/776.0T e T P N +=波束直线传播 波束向上弯曲波束向下弯曲000=>

雷达波长，K 表示与复折射指数有关的系数，C 为常数，之决定于雷达参数和降水相态。 四、了解距离折叠 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=0.5c/PRF, c 为光速，PRF 为脉冲重复频率。 距离折叠是指雷达对雷达回波位置的一种辨认错误。当距离折叠发生时，雷达所显示的回波位置的方位角是正确的，但距离是错误的（但是可预计它的正确位置）。当目标位于最大不模糊距离（Rmax ）以外时，会发生距离折叠。换句话说，当目标物位于Rmax 之外时，雷达却把目标物显示在Rmax 以内的某个位置，我们称之为‘距离折叠’。 五、理解雷达探测原理。 反射率因子Z 值的大小，反映了气象目标内部降水粒子的尺度和数密度，反射率越大，说明单位体积中，降水粒子的尺度大或数量多，亦即反映了气象目标强度大。 反射率因子（回波强度）： ?=dD D D N Z 6)( 3 60/1m mm Z = 即反射率因子为单位体积内中降水粒子直径6次方的总和。 意义：一般Z 值与雨强I 有以下关系： 层状云降水 Z=200I1.6 地形雨 Z=31I1.71 雷阵雨 Z=486I1.37 新一代天气雷达取值 Z=300I1.4 六、了解雷达资料准确的局限性、资料误差和资料的代表性 由于雷达在探测降水粒子时，以大气符合标准大气情况为假定，与实际大气存在 一定的差别，使雷达资料的准确度具有一定的局限性，且由于雷达本身性能差异及探测方法的固有局限，对探测目标存在距离折叠及速度模糊现象，对距离模糊和速度模糊的处理等，均增大了雷达资料的误差。虽然如此，由于径向速度是从多个脉冲对得到的径向速度的平均值，为平均径向速度，雷达反射率因子通过对沿径向上的四个取样体积平均得到的，其径向分辨率相当于四个取样体积的长度，这也使雷达探测的资料具有一定的代表性。 第二章 天气雷达图像识别 一、掌握多普勒效应 多普勒效应为，当接收者或接受器与能量源处于相对运动状态时，能量到达接受者或接收器时频率的变化。多普勒频率，是由于降水粒子等目标的径向运动引起的雷

6、多普勒天气雷达原理与应用

第六部分多普勒天气雷达原理与应用（周长青） 我国新一代天气雷达原理；天气雷达图像识别；对流风暴的雷达回波特征；新一代天气雷达产品 第一章我国新一代天气雷达原理 一、了解新一代天气雷达的三个组成部分和功能 新一代天气雷达系统由三个主要部分构成：雷达数据采集子系统（RDA）、雷达产品生成子系统（RPG）、主用户处理器（PUP）。 二、了解电磁波的散射、衰减、折射 散射：当电磁波束在大气中传播，遇到空气分子、大气气溶胶、云滴和雨滴等悬浮粒子时，入射电磁波会从这些粒子上向四面八方传播开来，这种现象称为散射。 衰减：电磁波能量沿传播路径减弱的现象称为衰减，造成衰减的物理原因是当电磁波投射到气体分子或云雨粒子时，一部分能量被散射，另一部分能量被吸收而转变为热能或其他形式的能量。 折射：电磁波在真空中是沿直线传播的，而在大气中由于折射率分布的不均匀性（密度不同、介质不同），使电磁波传播路径发生弯曲的现象，称为折射。 三、了解雷达气象方程 在瑞利散射条件下，雷达气象方程为： 其中Pr表示雷达接收功率，Z为雷达反射率，r为目标物距雷达的距离。Pt表示雷达发射功率，h为雷达照射深度，G为天线增益，θ、φ表示水平和垂直波宽，λ表示雷达波长，K表示与复折射指数有关的系数，C为常数，之决定于雷达参数和降水相态。 四、了解距离折叠 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=0.5c/PRF, c为光速，PRF为脉冲重复频率。 距离折叠是指雷达对雷达回波位置的一种辨认错误。当距离折叠发生时，雷达所显示的回波位置的方位角是正确的，但距离是错误的（但是可预计它的正确位置）。当目标位于最大不模糊距离（Rmax）以外时，会发生距离折叠。换句话说，当目标物位于Rmax之外时，雷达却把目标物显示在Rmax以内的某个位置，我们称之为‘距离折叠’。 五、理解雷达探测原理。 反射率因子Z值的大小，反映了气象目标内部降水粒子的尺度和数密度，反射率越大，说明单位体积中，降水粒子的尺度大或数量多，亦即反映了气象目标强度大。 反射率因子（回波强度）： 即反射率因子为单位体积内中降水粒子直径6次方的总和。 意义：一般Z值与雨强I有以下关系： 层状云降水 Z=200I1.6 地形雨 Z=31I1.71 雷阵雨 Z=486I1.37 新一代天气雷达取值 Z=300I1.4 六、了解雷达资料准确的局限性、资料误差和资料的代表性 由于雷达在探测降水粒子时，以大气符合标准大气情况为假定，与实际大气存在一定的差别，使雷达资料的准确度具有一定的局限性，且由于雷达本身性能差异及探测方法的固有局限，对探测目标存在距离折叠及速度模糊现象，对距离模糊和速度模

多普勒天气雷达原理与业务应用思考题

1 多普勒天气雷达主要由几个部分构成？每个部分的主要功能是什么？ 答：主要由雷达数据采集子系统（RDA ），雷达产品生成子系统（RPG ），主用户终端子系统（PUP ）三部分构成。RDA 的主要功能是：产生和发射射频脉冲，接收目标物对这些脉冲的散射能量，并通过数字化形成基本数据。RPG 的主要功能是：由宽带通讯线路从RDA 接收数字化的基本数据，对其进行处理和生成各种产品，并将产品通过窄带通讯线路传给用户，是控制整个雷达系统的指令中心。PUP 的主要功能是：获取、存储和显示产品，预报员主要通过这一界面获取所需要的雷达产品，并将它们以适当的形式显示在监视器上。 2 多普勒天气雷达的应用领域主要有哪些？ 答：一、对龙卷、冰雹、雷雨大风、暴洪等多种强对流天气进行监测和预警；二、利用单部或多部雷达实现对某个区域或者全国的降水监测；三、进行较大范围的降水定量估测； 四、获取降水和降水云体的风场信息，得到垂直风廓线；五、改善高分辨率数值预报模式的初值场。 3 我国新一代天气雷达主要采用的体扫模式有哪些？ 答：主要有以下三个体扫模式：VCP11——规定5分钟内对14个具体仰角的扫描，主要对强对流天气进行监测；VCP21——规定6分钟内对9个具体仰角的扫描，主要对降水天气进行监测；VCP31——规定10分钟内对5个具体仰角的扫描（使用长脉冲），主要对无降水的天气进行监测。 4 天气雷达有哪些固有的局限性？ 答：一、波束中心的高度随距离的增加而增加；二、波束宽度随距离的增加而展宽；三、静锥区的存在。 5 给出雷达气象方程的表达式，并解释其中各项的意义。 答： P t 为雷达发射功率(峰值功率)； G 为天线增益；h 为脉冲长度； 、 ：天线在水平方向和垂直方向的波束宽度； r 为降水目标到雷达的距离； ：波长； m ：复折射指数； Z 雷达反射率因子。 6 给出反射率因子在瑞利散射条件下的理论表达式，并说明其意义。 答：∑= 单位体积6i D z ，反射率因子指在单位体积内所有粒子的直径的六次方的总和，与波长无 关。 7 给出后向散射截面的定义式及其物理意义。 答： 定义：设有一个理想的散射体，其截面面积为?，它能全部接收射到其 上的电磁波能量，并全部均匀的向四周散射，若该理想散射体返回雷达天线处的电磁波能流密度，恰好等于同距离上实际散射体返回雷达天线的电磁波能流密度，Z R C Z m m r h G p p t r ?=?+-=2 2222223212ln 1024λθ?πθ?λi S s R S 24πσ=

多普勒天气雷达练习题精编版

练习题2 1．业务运行的多普勒天气雷达通常采用体积扫描的方式观测。我国业务运行多普勒雷达通常采用的体描模式（VCP11、VCP21、VCP31）2．多普勒天气雷达与常规天气雷达的主要区别在于：前者可以测量目标物（沿雷达径向速度），从而大大加强了天气雷达对各种天气系统特别是（强对流天气系统）的识别和预警能力。 3．新一代雷达系统对灾害天气有强的监测和预警能力。对台风、暴雨等大范围降水天气的监测距离应不小于（400km）。 4．新一代雷达系统对灾害天气有强的监测和预警能力。对雹云、中气旋等小尺度强对流现象的有效监测和识别距离应大于（150km）。 5．新一代雷达观测的实时的图像中，提供了丰富的有关（强对流天气）信息。 6．新一代雷达速度埸中，辐合（或辐散）在径向风场图像中表现为一个最大和最小的径向速度对，两个极值中心连线和雷达射线（一致）。7．新一代雷达速度埸中，气流中的小尺度气旋（或反气旋），在径向风场图像中表现为一个最大和最小的径向速度对，但中心连线走向则与雷达射线相（垂直）。 8．新一代天气雷达观测采用的是北京时。计时方法采用24小时制，计时精度为秒。 9．速度场（零等值线）的走向不仅表示风向随高度的变化，同时表示雷达有效探测范围内的（冷、暖平流）。 10．在距离雷达一定距离的一个小区域内，通过对该区域内沿雷达径向速度特征的分析，可以确定该区域内的气流（辐合）、（辐散）和（旋转）等特征。 11．天气雷达是用来探测大气中降水区的（位置）、大小、强度及变化

12．气象目标对雷达电磁波的（散射）是雷达探测的基础。 13．气象上云滴、雨滴和冰雹等粒子一般可近似地看作是圆球。当雷达波长确定后，球形粒子的散射情况在很大程度上依赖于粒子直径D 和入射波长λ之比。对于（D远小于λ）情况下的球形粒子散射称为瑞利散射；而（D与λ尺度相当）情况下的球形粒子散射称为（Mie）米散射。 14．多普勒天气雷达使用低脉冲重复频率PRF测（反射率因子）,用高脉冲重复频率PRF测（速度）。 15．每秒产生的触发脉冲的数目，称为（脉冲重复频率），用PRF 表示。两个相邻脉冲之间的间隔时间，称为（脉冲重复周期），用PRT表示，它等于脉冲重复频率的（倒）数。 16．降水粒子产生的回波功率与降水粒子集合的反射率因子成（正比）。与取样体积到雷达的距离的平方成（反比）。 17．S波段天气雷达是（10）cm波长的雷达。 18．在天线方向上两个半功率点方向的夹角称为（c波束宽度）。19．在强回波离雷达（较近）时，有可能产生旁瓣造成虚假回波. 20．降水粒子的后向散射截面是随粒子尺度增大而（增大）。 21．0 dBZ、－10dBZ、30dBZ和40dBZ对应的Z值分别为（1）、（0.1）、（1000）、（10000） (mm6/m3)。 22．SA雷达基数据中反射率因子的分辨率为(1km×1°)。 23．写出Z-I关系的表达公式 (b Z ) AI 24．Ze的物理意义是（所有粒子直径的６次方之和）。 25．雷达反射率η是单位体积中，所有降水粒子的（雷达截面之和）。 26．雷达气象方程说明回波功率与距离的（二）次方成反比。

多普勒雷达原理

汽笛声变调的启示--多普勒雷达原理 1842年一天，奥地利数学家多普勒路过铁路交叉处，恰逢一列火车从他身 旁驰过，他发现火车由远而近时汽笛声变响，音调变尖（注：应为“汽笛声的音频频率变高”）；而火车由近而远时汽笛声变弱，音调变低（应为“汽笛声的音频频率降低了”）。他对这种现象感到极大兴趣，并进行了研究。发现这是由于振源与观察者之间存在着相对运动，使观察者听到的声音频率不同于振源频率的缘故，称为频移现象。因为这是多普勒首先提出来的，所以称为多普勒效应。 由于缺少实验设备，多普勒当时没有用实验进行验证。几年后有人请一队小号手在平板车上演奏，再请训练有素的音乐家用耳朵来辨别音调的变化，验证了该效应。 为了理解这一现象，需要考察火车以恒定速度驶近时，汽笛发出的声波在传播过程中表现出的是声波波长缩短，好像波被“压缩”了。因此，在一定时间间隔内传播的波数就增加了，这就是观察者为什么会感受到声调变高的原因；相反，当火车驶向远方时，声波的波长变大，好像波被“拉伸”了。因此，汽笛声听起来就显得低沉。 用科学语言来说，就是在一个物体发出一个信号时，当这个物体和接收者之间有相对运动时，虽然物体发出的信号频率固定不变，但接收者所接收到的信号频率相对于物体发出的信号频率出现了差异。多普勒效应也可以用波在介质中传播的衰减理论解释，波在介质中传播，会出现频散现象，随距离增加,高频向低频移动。 多普勒效应不仅适用于声波,它也适用于所有类型的波，包括电磁波。 多普勒效应被发现以后，直到1930年左右，才开始应用于电磁波领域中。常见的一种应用是医生检查就诊人用的“彩超”，就是利用了声波的多普勒效应。简单地说，“彩超”就是高清晰度的黑白Ｂ超再加上彩色多普勒。超声振荡器产生一种高频的等幅超声信号，向人体心血管器官发射，当超声波束遇到运动的脏器和血管时，便产生多普勒效应，反射信号为换能器所接受，根据反射波与发射波的频率差可以求出血流速度，根据反射波的频率是增大还是减小判定血流方向。 20世纪40年代中期，也就是多普勒发现这种现象之后大约100年，人们才将多普勒效应应用于雷达上。多普勒雷达就是利用多普勒效应进行定位，测速，测距等的雷达。当雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描时，如遇到活动目标，回波的频率与发射波的频率出现频率差（称为多普勒频率），根据多普勒频率的大小，可测出目标对雷达的径向相对运动速度；根据发射脉冲和接收的时间差，可以测出目标的距离。20世纪70年代以来，随着大规模集成电路和数字处理技术的发展，多普勒雷达广泛用于机载预警、导航、导弹制导、卫星跟踪、战场侦察、靶场测量、武器火控和气象探测等方面，成为重要的军事装备以及科学研究、业务应用装置。 多普勒天气雷达，是以多普勒效应为基础，当大气中云雨等目标物相对于雷达发射信号波有运动时，通过测定接收到的回波信号与发射信号之间的频率差异就能够解译出所需的信息。它与过去常规天气雷达仅仅接收云雨目标物对雷达发射电磁波的反射回波进了一大步。这种多普勒天气雷达的工作波长一般为5～10厘米，除了能起到常规天气雷达通过回波测定云雨目标物空间位置、强弱分布、垂直结构等作用，它的重大改进在于利用多普勒效应可以测定降水粒子的运

多普勒测速仪工作原理

浏览次数：110次悬赏分：0|解决时间：2011-8-24 19:30|提问者：匿名 最佳答案 从开过来的机车所听到的声波间的距离被压缩了，就好像一个人正在关手风琴。这个动作的结果产生一个明显的较高的音调。当火车离去时，声波传播开来，就出现了较低的声音--这种现象被称为“多普勒”效应。 检查机动车速度的雷达测速仪也是利用这种多普勒效应。从测速仪里射出一束射线，射到汽车上再返回测速仪。测速仪里面的微型信息处理机把返回的波长与原波长进行比较。返回波长越紧密，前进的汽车速度也越快--那就证明驾驶员超速驾驶的可能性也越大。 多普勒测速仪仪器介绍 TSI的LDV/PDPA系统 LDV/PDPA的主要装置和原理 激光多普勒测速仪是测量通过激光探头的示踪粒子的多普勒信号，再根据速度与多普勒频率的关系得到速度。由于是激光测量，对于流场没有干扰，测速范围宽，而且由于多普勒频率与速度是线性关系，和该点的温度，压力没有关系，是目前世界上速度测量精度最高的仪器。 LDV/PDPA测速工作原理可以用干涉条纹来说明。当聚焦透镜把两束入射光以?角会聚后，由干激光束良好的相干性，在会聚点上形成明暗相间的干涉条纹，条纹间隔正比干光波波长，而反比干半交角的正弦值。当流体中的粒子从条纹区的方向经过时，会依次散射出光强随时间变化的一列散射光波，称为多普勒信号。这列光波强度变化的频率称为多普勒频移。经过条纹区粒子的速度愈高，多普勒频移就愈高。将垂直于条纹方向上的粒子速度，除以条纹间隔，考虑到流体的折射率就能得到多普勒频移与流体速度之间线性关系。LDV/PDPA系统就是利用速度与多谱勒频移的线性关系来确定速度的。各个方向上的多普勒频率的相位差和粒子的直径成正比，利用监测到的相位差可以来确定粒径。 LDV/PDPA系统从功能上分为：光路部分、信号处理部分。光路部分：采用He-Ni激光器或Ar离子激光器，是因为它们能够提供高功率的514.5nm,488nm,476.5nm三种波长的激光。带有频移装置的分光器将激光分成等强度的两束，经过单模保偏光纤和光纤耦合器，将激光送到激光发射探头，调整激光在光腰部分聚焦在同一点，以保证最小的测量体积,这一点就是测量体即光学探头。接受探头将接受到的多普勒信号送到光电倍增管转化为电信号以及处理并发大，再至多普勒信号分析仪分析处理后至计算机记录，配套系统软件可以进行数据处理工作。在流场中存在适当示踪粒子的倩况下，可同时测出流动的三个方向速度及粒子直径。 TSI公司在国际上第一个生产商业化的LDV/PDPA系统，现在的TSI公司的LDV/PDPA系统已经拥有4项专利设计，并且在流场、湍流、传质、传热、流型、燃烧研究上有广泛的使

新一代天气雷达复习笔记

目录 第一章引论 (2) 1.1 新一代天气雷达概述 (2) 1.2 天气雷达的局限性 (2) 第二章多普勒天气雷达原理 (3) 2.1 后向散射截面 (3) 2.2 球形粒子的散射 (3) 2.3 电磁波在大气中的衰减和折射 (3) 2.4 雷达气象方程 (4) 2.5 最大不模糊距离和距离折叠 (5) 2.6 多普勒效应 (5) 2.7 最大不模糊速度和速度模糊 (5) 2.8 谱宽 (5) 2.9 雷达取样技术 (6) 第三章多普勒雷达图识别基础 (6) 3.1 识别反射率基本知识 (7) 3.2 识别速度图的基本知识 (7) 第四章雷达数据质量控制 (11) 4.1 地物杂波抑制 (11) 第五章对流风暴及其雷达回波特征 (12) 5.1 普通风暴单体生命史： (12) 5.2 强风暴的雷达回波特征： (12) 5.3 弱垂直风切变中的强风暴——脉冲风暴的回波特征 (12) 5.4 中等到强垂直风切变环境中多单体风暴的雷达回波特征 (13) 5.5 超级单体 (13) 第六章灾害性对流天气的探测与预警 (15) 6.1 龙卷 (15) 6.2 大冰雹 (16) 6.3 灾害性大风 (16) 6.4 暴洪（短时强降水） (17) 6.5 强对流天气预报和预警的发布 (17) 第七章雷达产品与算法 (18) 7.1 产品概述 (18) 7.2 基本产品 (19) 7.3 一些算法简单的重要导出产品 (20) 7.4 风暴单体识别与跟踪算法及其产品 (24) 7.5 冰雹指数产品及其算法 (24) 7.6 中气旋（M）和龙卷涡旋特征（TVS）算法和产品 (25) 7.7 V AD风廓线算法 (25) 7.8 降水算法及其产品 (26) 参考文献： (29)

1多普勒天气雷达原理与应用

第六部分 多普勒天气雷达原理与应用（周长青） 我国新一代天气雷达原理；天气雷达图像识别；对流风暴的雷达回波特征；新一代天气雷达产品 第一章 我国新一代天气雷达原理 一、了解新一代天气雷达的三个组成部分和功能 新一代天气雷达系统由三个主要部分构成：雷达数据采集子系统（RDA ）、雷达产品生成子系统（RPG ）、主用户处理器（PUP ）。 二、了解电磁波的散射、衰减、折射 散射：当电磁波束在大气中传播，遇到空气分子、大气气溶胶、云滴和雨滴等悬浮粒子时，入射电磁波会从这些粒子上向四面八方传播开来，这种现象称为散射。 衰减：电磁波能量沿传播路径减弱的现象称为衰减，造成衰减的物理原因是当电磁波投射到气体分子或云雨粒子时，一部分能量被散射，另一部分能量被吸收而转变为热能或其他形式的能量。 折射：电磁波在真空中是沿直线传播的，而在大气中由于折射率分布的不均匀性 （密度不同、介质不同），使电磁波传播路径发生弯曲的现象，称为折射。 2 /3730/776.0T e T P N +=波束直线传播 波束向上弯曲波束向下弯曲000=>

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达的最长距离，Rmax=0.5c/PRF, c 为光速，PRF 为脉冲重复频率。 距离折叠是指雷达对雷达回波位置的一种辨认错误。当距离折叠发生时，雷达所显示的回波位置的方位角是正确的，但距离是错误的（但是可预计它的正确位置）。当目标位于最大不模糊距离（Rmax ）以外时，会发生距离折叠。换句话说，当目标物位于Rmax 之外时，雷达却把目标物显示在Rmax 以内的某个位置，我们称之为‘距离折叠’。 五、理解雷达探测原理。 反射率因子Z 值的大小，反映了气象目标内部降水粒子的尺度和数密度，反射率越大，说明单位体积中，降水粒子的尺度大或数量多，亦即反映了气象目标强度大。 反射率因子（回波强度）： ?=dD D D N Z 6)( 0lg 10Z Z dBZ ?= 360/1m mm Z = 即反射率因子为单位体积内中降水粒子直径6次方的总和。 意义：一般Z 值与雨强I 有以下关系： 层状云降水 Z=200I1.6 地形雨 Z=31I1.71 雷阵雨 Z=486I1.37 新一代天气雷达取值 Z=300I1.4 六、了解雷达资料准确的局限性、资料误差和资料的代表性 由于雷达在探测降水粒子时，以大气符合标准大气情况为假定，与实际大气存在一定的差别，使雷达资料的准确度具有一定的局限性，且由于雷达本身性能差异及探测方法的固有局限，对探测目标存在距离折叠及速度模糊现象，对距离模糊和速度模糊的处理等，均增大了雷达资料的误差。虽然如此，由于径向速度是从多个脉冲对得到的径向速度的平均值，为平均径向速度，雷达反射率因子通过对沿径向上的四个取样体积平均得到的，其径向分辨率相当于四个取样体积的长度，这也使雷达探测的资料具有一定的代表性。 第二章 天气雷达图像识别 一、掌握多普勒效应 多普勒效应为，当接收者或接受器与能量源处于相对运动状态时，能量到达接受者或接收器时频率的变化。多普勒频率，是由于降水粒子等目标的径向运动引起的雷达回波信号的频率变化，也称为多普勒频移，其与目标的径向运动速度成正比，与多普勒天气雷达波长成反比。 二、了解多普勒天气雷达测量反射率因子、平均径向速度和速度谱宽的主要技术方法 多普勒雷达利用降水粒子的后向散射与多普勒效应来达到对其探测的目的。通过发射信号与接收信号的延迟来测量距离，通过降水粒子的多普勒频移来测量其速度。 反射率因子：雷达的反射率因子是降水粒子后向散射被雷达天线接收到的回波，为单位体积内中降水粒子直径6次方的总和，反射率因子Z 值的大小，反映了气象目标内部降水粒子的尺度和数密度，反射率越大，说明单位体积中，降水粒子的尺度大或数量多。

多普勒天气雷达基础

多普勒天气雷达基础 一、填空题 0.5，1.5 ， 2.4 ， 2、我国S波段雷达探测范围：当探测距离在230km、340km、460km时，雷达波束高度分别是 4.5 km 、9.2km 、15.3 km 。 3、雷达探测的局限性是波束展宽和Overshooting 。 4、超级单体风暴可能产生的灾害有：雷电、灾害性大风，强降水、冰雹、甚至龙 二、选择题 1、雷达通常观测地面以上的大气，通常采用最低仰角是0.5°度，这样做的原因（A ） A.尽量减少地面的杂波 B.对近地层进行完美的扫描 C.随距离变远，波束中心逐渐变高，采样体积变大。 2、多普勒天气雷达的主要应用领域有（ABCDE）（多选） A.强对流天气的监测与预警 B. 监测天气尺度和次天气尺度降水系统 C.降水估计测量 D.风的测量（VAD 风廓线）——提供风场信息 E.数据同化，改善数值预报模式初值场 3、下面那些中小尺度天气系统可以产生雷暴大风天气？（ABCD）（多选） A.一般强风暴（超级单体或多单体风暴） B.飑线 C.与强锋面有关的带状对流中处于成熟阶段的单体中的下沉气流 D.雷暴低层的强烈入流 4、下面不属于气象回波的有（BCDG）（多选） A.絮状回波 B.超折射回波 C.鸟类回波 D.飞机回波 E.阵风锋 F.飑线G海浪回波H.0度层亮带 三、判断对错 1、在雷达图的产品中，0等速度线呈“S”形则说明大气风场结构为暖平流，呈反“S”形则为冷平流。（对） 2、雷达波束随着距离的变远，采样体积变少。（错） 3、雷达不能观测头顶的大气状态，但能观测所有近地面的大气。（错） 4、雷达在扫描时一个波束以某仰角发射出来，转360°完成一个高度的扫描。（对） 5.雷达不能观测到“头顶“的大气静锥区，环状无回波区。（对）

雷达测速与测距 ()

雷达测速与测距 GZH 2016/3/29 系统流程图 模块分析 1 脉冲压缩 1.1 原理分析 雷达的基本功能是利用目标对电磁波的散射而发现目标，并测定目标的空 间位置。雷达分辨力是雷达的主要性能参数之一。所谓雷达分辨力是指在各 种目标环境下区分两个或两个以上的邻近目标的能力。一般说来目标距离不 同、方位角不同、高度不同以及速度不同等因素都可用来分辨目标，而与信 号波形紧密联系的则是距离分辨力和速度(径向)分辨力。两个目标在同一角 度但处在不同距离上，其最小可区分的距离称为距离分辨力，雷达的距离分 辨力取决于信号带宽。对于给定的雷达系统，可达到的距离分辨力为 （1.1） 其中c为光速，为发射波形带宽。 雷达的速度分辨率可用速度分辨常数表征，信号在时域上的持续宽度越大， 在频域上的分辨率能力就越好，即速度分辨率越好。 对于简单的脉冲雷达，，此处，为发射脉冲宽度。因此，对 于简单的脉冲雷达系统，将有 （1.2）在普通脉冲雷达中，由于信号的时宽带宽积为一常数（约为1），因此不 能兼顾距离分辨力和速度分辨力两项指标。 雷达对目标进行连续观测的空域叫做雷达的探测范围，也是雷达的重要 性能数，它决定于雷达的最小可测距离和最大作用距离，仰角和方位角的探 测范围。而发射功率的大小影响作用距离，功率大则作用距离大。发射功率 分脉冲功率和平均功率。雷达在发射脉冲信号期间 内所输出的功率称脉冲功 率，用Pt表示；平均功率是指一个重复周期Tr内发射机输出功率的平均值， 用Pav表示。它们的关系为 （1.3） 脉冲压缩（PC）雷达体制在雷达脉冲峰值受限的情况下，通过发射宽脉 冲而获得高的发能量，以保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用相应

新一代多普勒天气雷达产品

新一代多普勒天气雷达产品及其在短时天气预报中的应用 引明 中心气象台 二零零二.二

目录 第一讲：新一代多普勒雷达基本构成及雷达产品生成数据流简介 (4) 1．1 基本构成 (4) 1．2 数据采集子系统（RDA） (5) 1．3 产品生成子系统（RPG） (7) 1．4 主用户处理子系统（PUP） (8) 第二讲：雷达基本产品的生成、调阅和应用 (9) 2．1 基本反射率因子（R） (10) 2．2 平均径向速度（V） (12) 2．3 速度谱宽（W） (14) 第三讲：由基本反射率因子导出产品的生成、调阅和应用 (16) 3．1 组合反射率因子（CR） (18) 3．2 组合反射率因子廓线（CRC） (20) 3．3 反射率因子剖面（RCS） (22) 3．4 分层组合反射率因子平均值（LRA） (24) 3．5 分层组合反射率因子最大值（LRM） (26) 3．6 弱回波区（WER） (28) 3．7 风暴跟踪信息（STI） (30) 3．8 风暴结构（SS） (34) 3．9 冰雹指数（HI） (36) 3．10 回波顶高（ET） (40) 3．11 回波顶高廓线（ETC） (42) 3．12 垂直积分液态含水量（VIL） (44) 3．13 强天气概率（SWP） (46) 3．14 一小时降水量（OHP） (48) 3．15 三小时降水量（THP） (50) 3．16 风暴总降水量（STP） (52) 3．17 用户可选降水量（USP） (54) 3．18补充降水资料（SPD） (56) 3．19一小时数字降水阵列（DPA）……………………………………………………(58). 第四讲：由基本速度资料导出产品的生成、调阅和应用 (59) 4．1 风暴相对平均径向速度图（SRM） (60) 4．2 风暴相对平均径向速度区（SRR） (62) 4．3 平均径向速度场剖面（VCS） (64) 4．4 速度方位显示（V AD） (66) 4．5 速度方位显示风廓线（VWP） (68) 4．6 中尺度气旋（M） (70) 4．7 龙卷涡旋标志（TVS） (74) 4．8 组合切变（CS） (78)

雷达测速仪有哪些特点

我国河流湖泊众多，水网密布，而要测量水流的流速，记录水文数据资料，就需要用到测速仪。雷达测速仪就是众多测速仪中的一种，雷达测流运用的原理是多普勒效应。多普勒效应是为纪念奥地利物理学家克里斯琴约翰.多普勒而命名的。在声学领域中,当声源与接收体(即探头和反射体)之间有相对运动时,回声的频率将有所变化,此种频率的变化称之为频移,即多普勒效应。如下图所示,当雷达流速仪与水体以相对速度V发生对运动时，雷达流速仪所收到的电磁波频率与雷达自身所发出的电磁波频率有所不同, 此频率差称为多普勒频移。通过解析频移与V的关系，得到流体表面流速。 雷达测速仪被广泛应用在河道、灌渠、防汛等水文测量；江河、水资源监测；环保排污、地下水道管网监测；城市防洪、山区暴雨性洪水监测；地质灾害预警监测等诸多领域。 今天我们主要来看看雷达测速仪的特点，主要有如下几个特点： 1、非接触、安全低损、少维护、不受泥沙影响； 2、能胜任洪水期高流速条件下的测量； 3、具有防反接、防雷保护功能； 4、系统功耗低，一般太阳能供电即可满足测流需要； 5、多种接口方式，既有数字接口又具有模拟接口，方便接入系统； 6、无线传输功能（可选），可将数据无线传输到3.5km以外；

7、测速范围宽，测量距离远达40m； 8、多种触发模式：周期、触发、查询、自动； 9、安装特别简单，土建量很少； 10、全防水设计，适合野外使用。 非接触雷达测流方式测速时设备不受污水腐蚀，不受泥沙影响，少受水毁影响，土建简单，便于维护，保障人员安全，特殊的天线设计使得功耗超低，大大降低了供电需求。不仅可用于平时流速监测，而且特别适合承担急难险重观测任务。 航征科技是目前国内具有自主知识产权的雷达方案提供商, 拥有多项专利和软件著作权。航征面向水文、水利、环境保护、城市排水管网等行业用户, 提供雷达流速流量在线监测解决方案。航征分别在上海、无锡建立了运营和研发测试中心,拥有完整的技术研发体系和阵容强大的科研队伍，与清华大学、国防科技大学、上海交通大学等知名院校达成长期战略合作,有多位业内专家作为公司的技术后盾，立志成为全球优秀的智能传感解决方案提供商。

DSP多普勒雷达测速测距

DSP 实验课大作业设计 一 实验目的 在DSP 上实现线性调频信号的脉冲压缩、动目标显示（MTI ）和动目标检测(MTD)，并将结果与MATLAB 上的结果进行误差仿真。 二 实验内容 2.1 MATLAB 仿真 设定带宽、脉宽、采样率、脉冲重复频率，用MATLAB 产生16个脉冲的LFM ，每个脉冲有4个目标（静止，低速，高速），依次做 2.1.1 脉压 2.1.2 相邻2脉冲做MTI ，产生15个脉冲 2.1.3 16个脉冲到齐后，做MTD ，输出16个多普勒通道 2.2 DSP 实现 将MATLAB 产生的信号，在visual dsp 中做脉压，MTI 、MTD ，并将结果与MATLAB 作比较。 三 实验原理 3.1 脉冲压缩原理及线性调频信号 雷达中的显著矛盾是：雷达作用距离和距离分辨率之间的矛盾以及距离分辨率和速度分辨率之间的矛盾。雷达的距离分辨率取决于信号带宽。在普通脉冲雷达中，雷达信号的时宽带宽积为一常量（约为1），因此不能兼顾距离分辨率和速度分辨力两项指标。脉冲压缩（PC ）采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲，以提高距离分辨率，因而能较好地解决作用距离和分辨能力之间的矛盾。 一个理想的脉冲压缩系统，应该是一个匹配滤波系统。它要求发射信号具有非线性的相位谱，并使其包络接近矩形；要求压缩网络的频率特性（包括幅频特性和相频特性）与发射脉冲信号频谱（包括幅度谱和相位谱）实现完全的匹配。 脉冲压缩按信号的调制规律（调频或调相）分类，可分为以下四种： （1）线性调频脉冲压缩 （2）非线性调频脉冲压缩 （3）相位编码脉冲压缩 （4）时间频率编码脉冲压缩 本实验采用的是线性调频脉冲压缩。 线性调频信号是指频率随时间的变化而线性改变的信号。线性调频可以同时保留连续信号和脉冲的特性，并且可以获得较大的压缩比，有着良好的距离分辨率和径向速度分辨率，所以将线性调频信号作为雷达系统中一种常用的脉冲压缩信号。 接收机输入端的回波信号是经过调制的宽脉冲，所以在接收机中应该设置一个与发射信号频率匹配的滤波器，使回波信号变成窄脉冲，同时实现了宽脉冲的能量和窄脉冲的分辨能力。解决了雷达发射能量及分辨率之间的矛盾。 匹配滤波器是指输出信噪比最大准则下的最佳线性滤波器。根据匹配理论， 匹配滤波器的传输特性： 0)()(*t j e KS H ωωω-=

多普勒天气雷达原理与业务应用测验1(答案)..

多普勒天气雷达原理与业务应用测验一 （一至四章） 一、填空题 1、天气雷达是探测降水系统的主要手段，是对强对流天气（冰雹、大风、龙卷和暴洪）进行监测和预警的主要工具之一。 2、RDA由四个部分构成：发射机、天线、接收机和信号处理器。 3、PUP可以通过以下三种方式获取产品：（1）常规产品列表；（2）一次性请求；（3）产品-预警配对。 4、S波段和C波段的雷达波在传播过程中主要受到降水的衰减，衰减是由降水离子对于雷达雷达波的散射和吸收造成的。 5、.新一代多普勒雷达估测累计降水分布时，雷达采样时间间隔一般不应超过10分钟，除受本身精度限制外，还受降水类型（Z-R关系）、雷达探测高度、地面降水差异和风等多种因素影响。 6、多普勒雷达能测量的一个脉冲到下一个脉冲的最大相移上限是180度，其对应的径向速度值称为最大不模糊速度。 7、径向速度图中，零等速线呈“S”型表示，实际风随高度顺时针旋转，由RDA处得南风转为现实区边缘对应的西风。反之，零等速线呈反“S”型表示，实际风随高度。逆时针旋转，由RDA处得南风转为现实区边缘对应的东风。 8、WSR-88D和我国新一代天气雷达的脉冲重复频率在300-1300范

围内。 9、多普勒天气雷达的最大不模糊距离与雷达的脉冲重复频率成反比，相应的最大不模糊速度与脉冲重复频率成正比。 10、对于SA和SB型雷达，基数据中反射率因子的分辨率为1K M×1°，而径向速度和谱宽的分辨率为0.25K M×1°。 11、积状云降水一般有比较密实的结构，反射率因子空间梯度较大，其强度中心的反射率因子通常在35dbz以上，而层状云降水回波比较均匀，反射率因子空间梯度较小，反射率因子一般大于15dbz而小于30dbz。 12、雷达波束和实际风向的夹角越大，则径向速度值越小；实际风速越小，径向速度也越小。 13、如果一个模糊的径向速度值是 45 节，它的邻近值是-55 节，最大不模糊径向速度是 60节，那么这个径向速度的最可能值是节（-75）14、我国的新一代天气雷达主要采用（VCP11、VCP21、VCP31）三种体扫模式。 15、雷达产品生成子系统有主要功能有：（产品生成）；（产品分发）；雷达控制台；（第三级数据存档）。 16、主用户处理器PUP是的主要功能有：（产品请求）；（产品数据存档）；产品显示；（产品编辑注释）；状态监视。 17、在瑞利散射条件满足的情况下，降水粒子集合的反射率因子只与降水粒子本身的（尺寸）和（数密度）有关。 18、（距离折叠）是雷达对产生雷达回波的目标物位置的一种辨认错误。

激光雷达测距测速原理说课讲解

激光雷达测距测速原 理

精品文档 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 激光雷达测距测速原理 1. 激光雷达通用方程 激光雷达方程用来表示一定条件下，激光雷达回波信号的功率，其形式如下： r P 为回波信号功率，t P 为激光雷达发射功率，K 是发射光束的分布函数，12a a T T 分别是激光雷达发射系统到目标和目标到接收系统的大气透过率，t r ηη分别是发射系统和接收系统的透过率，t θ为发射激光的发散角，12R R 分别是发射系统到目标和目标到接收系统的距离，Γ为目标的雷达截面，r D 为接收孔径。 方程作用：激光雷达方程可以在研发激光雷达初期确定激光雷达的性能。其次，激光雷达方程提供了回波信号与被探测物的光学性质之间的函数关系，因此可以通过激光雷达探测的回波信号，通过求解激光雷达方程获得有关大气性质的信息。 2. 激光雷达测距基本原理 2.1 脉冲法 脉冲激光雷达测距的基本原理是，在测距点向被测目标发射一束短而强的激光脉冲，激光脉冲到达目标后会反射回一部分被光功能接收器接收。假设目标距离为L ，激光脉冲往返的时间间隔是t ，光速为c ，那么测距公式为L=tc/2。 时间间隔t 的确定是测距的关键，实际的脉冲激光雷达利用时钟晶体振荡器和脉冲计数器来确定时间t ，时钟晶体振荡器用于产生固定频率的电脉冲震荡 ?T=1/f ，脉冲计数器的作用就是对晶体振荡器产生的电脉冲计数N 。如图所示，信息脉冲为发射脉冲，整形脉冲为回波脉冲，从发射脉冲开始，晶振产生脉冲与计数器开始计数时间上是同步触发的。因此时间间隔t=N ?T 。由此可得出L=NC/2f 。 图1脉冲激光测距原理图 2.2 相位法

脉冲多普勒雷达测速仿真

任务书 雷达进行PD测速主要是利用了目标回波中携带的多普勒信息，在频域实现目标和杂波的分离，它可以把位于特定距离上、具有特定多普勒频移的目标回波检测出来，而把其他的杂波和干扰滤除。因此要求雷达必须具备很强的抑制杂波的能力，能在较强的杂波背景中分辨出运动目标的回波。 如今，不管是在军用还是民用上，雷达都在发挥着它很早重要的作用，与早期雷达采用距离微分方法测速相比，基于脉冲多普勒理论的雷达测速技术具有实时性好、精度高等优点。特别是现代相控阵技术在雷达领域的应用，实现了波束的无惯性扫描和工作方式的快速切换，更便于应用脉冲多普勒技术进行雷达测速。 本篇课程设计目的在于介绍脉冲多普勒雷达测速的原理，并对这种技术进行介绍和仿真。

摘要 脉冲多普勒(PD)雷达以其卓越的杂波抑制性能受到世人瞩目。现代飞行器性能的改进和导航手段的加强，使其能在低空和超低空飞行，因此防御低空入侵己成重要问题，由此要求机载雷达，包括预警机雷达和机载火控雷达具有下视能力，即要求能在强的地杂波背景中发现微弱的目标信号，所以现代的预警机雷达和机载火控雷达皆采用PD体制。脉冲多普勒雷达包含了连续波雷达和脉冲雷达两方面的优点，它具有较高的速度分辨能力，从而可以更有效地解决抑制极强的地杂波干扰问题;此外，脉冲多普勒雷达能够同时敏感地测定距离和速度信息;能够利用多普勒处理技术实现高分辨率的合成孔径图像;而且亦具有良好的抗消极干扰能力和抗积极干扰能力。 本文介绍了脉冲多普勒雷达测速的原理，信号处理。并用matlab简单的仿真了雷达系统对信号的处理. 关键词：脉冲多普勒雷达恒虚警脉冲压缩线性调频 Abstact Pulse Doppler (PD) radar is famous for it`s outsdanding clutter suppression.Modern aircraft`s function and GPS has been strengthen.now.it makes the aircraft can fly lower and lower.So.nowadays,Defensing.Low altitude invasion has been an important problem.so we require airborne radar. Early warning radar and airborne fire control radar have the ability to look down.That is to say.The radar is be required the ability to find Weak target signal in the strong Groung clutter.So .The modern airborne early warning radar and airborne fire control radar use the PD system.Pulse Doppler (PD) radar concludes two adervantages of Continuous wave radar and impulse radar.It has a higher velocity resolution.thus it can effectively.soveing the problem of strong ground clutter.what`s more.Pulse Dppler (PD) radar can Sensitive text the Distance and speed on the same time.Itcan use Doppler processing technology to realise Synthetic aperture images with high resolution. This article sinply introduced principle of pulse Doppler radar and signal

舟山多普勒天气雷达原理与业务应用试题

多普勒天气雷达原理与业务应用试题 1、新一代天气雷达主要有哪三个部分组成？ 答：雷达数据采集（RDA ）、雷达产品生成（RPG ）和主用户处理器（PUP ）。 2、雷达数据采集（Radar Data Acquisition ）简称RDA ，有哪几部分构成？ 答：发射机、天线、接收机和信号处理器。 3、主用户处理器（Principal User Processor ）简称PUP ，主要功能是什么？ 答：获取、存储和显示产品。 4、新一代天气雷达第一级数据是由接收机输出的模拟数据，第二级数据是由信号处理器产生的最高时空精度的高分辨率数据，称为 基数据 ；第三级数据是由RPG 生成的数据，称为 产品数据 。 5、新一代天气雷达有哪4种常用体扫模式？强对流天气过程中最好使用何种扫描模式？ 新一代天气雷达有VCP11、VCP21、VCP31、VCP32四种常用体扫模式。 强对流天气过程中最好使用VCP11体扫模式。 6、雷达气象方程为i i kdr t r r r h G P P 单位体积∑?=-σψπθφλ0 2.02 22210.)2(ln 1024，其中G 表示 天线增益 ，λ表示 雷达波长 ， σ表示 粒子的后向散射截面 。 7、在瑞利散射条件下， 单位体积 单位体积 ∑∑= 62 4 5||i i D k λπσ，定义反射率因子单位体积 ∑= 6 i D Z ，则雷达气象方程可表示为C P r Z r 2= ，其中2 2 23||)2(ln 1024K h G P C t λθφπ=。在不满足瑞利散射条件下，雷达气象方程要表示为同一形式C P r Z r e 2=，则e Z 称为 等效反射率因子 。 8、反射率因子和回波功率的表示形式分别定义为 0 lg 10Z Z dBZ ?=（10=Z 3 6/m mm ）和 min lg 10P P dB r ?=，将雷达气象方程 C P r Z r 2= 变换为 min min lg 10lg 10lg 20lg 10P C P P r Z r -+=，即A r dB dBZ -+=lg 20，其中r lg 20为 距