气象雷达原理与系统.doc

1、测定目标的角坐标, 其中包括目标的方位角和仰角。雷达测角的物理基础是电波在均匀介质中传播的直线性和雷达天线的方向性。方向图的主要技术指标是半功率波束宽度0.5以及副瓣电平。在角度测量时0.5的值表征了角度分辨能力并直接影响测角精度, 副瓣电平则主要影响雷达的抗干扰性能。2、振幅法测角可分为最大信号法和等信号法两大类。最大信号法测角的优点：1、简单；2、用天线方向图的最大值方向测角，此时回波最强，故信噪比最大，有利于检测发现目标。缺点：1、直接测量时测角精度不很高，约为波速半功率宽度的20%左右；2、不能判别目标偏离波速轴线的方向，故不能自动测角。3、雷达发射机两种基本形式：单级振荡式发射机：只由一级大功率振荡器产生发射信号，主振放大式发射机：先由高稳固体微波源产生，再经级联的放大电路，形成满足功率要求的发射信号。单级振荡式发射机的性能特点：简单、经济、轻便；质量技术指标低；产生简单发射波形；主振放大式发射机的性能特点：复杂、昂贵、笨重；质量技术指标高；产生各种复杂发射波形；二者共性：都需要脉冲调制器为其提供大功率的脉冲波。4、超外差式雷达接收机的主要质量指标：灵敏度：表示接收机接收微弱信号的能力。灵敏度用接收机最小可检测信号功率(Simin)来表示。制约接收机灵敏度的主要因素是接收机噪声。要提高灵敏度,必须减少噪声电平，同时还应使接收机有足够的增益。接收机的工作频带宽度：表示接收机的瞬时工作频率范围，频带宽度越宽，选择性越差动态范围：表示接收机能够正常工作所容许的输入信号强度变化的范围，使接收机开始出现过载时的输入功率Simax 与最小可检测信号功率Simin 之。过载：当输入信号太强时，接收机将发生饱和而失去放大作用。中频的选择与滤波特性。中频的滤波特性是减少接收机噪声的关键。工作稳定性（指环境条件和电源电压发生变化时，接收机的性能受影响的程度。希望影响越小越好）和频率稳定度抗干扰能力：抗有源和无源干扰的能力。微电子化和模块化结构：模块化结构的程度，微电子化程度，减少体积、重量、耗电、成本、技术实现难度。放大量：放大量表示接收机放大信号的能力，接收机必须有足够的放大量，才能使十分微弱的回波信号具有足够的幅度来处理与显示。、保真度：用来表示接收机输出信号波形与输入波形（高频包络）的相似程度。噪声、噪声系数与灵敏度5、如何提高接收机灵敏度：降低总噪声系数F0，通常采用高增益、低噪声高放；接收机中频放大器采用匹配滤波器，以便得到白噪声背景下输出最大信号噪声比；识别系数M与所要求的检测质量、天线波瓣宽度、扫描速度、雷达脉冲重复频率及检测方法等因素均有关系。在保证整机性能的前提下，尽量减小M的数值。6、为提高雷达系统的灵敏度，须尽量减小分辨信号功率Smin这就需要：（1）尽可能减小接收机的噪声系数或有效噪声温度（2）尽可能减小天线噪声温度（3）接收机选用最佳带宽Bopt（4）在满足系统性能要求下，尽量减小识别因子M，经常通过脉冲积累的方式减小M7、混频器作用：将高频信号与本振电压进行混频并取出其差频，使信号在中频上进行放大。8、雷达系统为了获得大的信噪比一是要尽量减少接收机内部的噪声，二是要增大发射功率。当一个线性的传递函数为信号函数的共轭时，其信噪比将达到最大，这个线性系统叫匹配滤波器。9、正交鉴相是同时提取信号幅度和相位信息的有效方法。模拟（数字）正交鉴相又称零中频处理。所谓零中频是指因相干振荡器的频率与中频信号的中心频率相等（不考虑多普勒转移），使其差频为零。零中频处理既保持了处理时的全部信息，同时又在视频实现，因而得到了广泛应用。10、数字正交鉴相三种方法：数字混频低通滤波法、数字插值法、Hilbert变换法11、应用广泛的频率源：直接合成频率源、间接合成频率源、直接数字合成频率源12、天线作用：测角、波束扫描和目标跟踪、测高。13、雷达天线的基本参量：（1）辐射方向图（包括波束宽度、副瓣电平）（2）增益（有效孔径）（3）阻抗（电压驻波比VSWR）（4）其他：极化、带宽、扫描方式14、轴角编码的两种方式：a直接转轴或转轴机械交连的装配轴角传感器b使用自整角发送电机传递机械角度信息，通过自整角接收电机接收后恢复机械信息，再通过二次传感器变成其他形式的电信号或直接变成数字信号。雷达中常用光电码盘、自整角机（同步机）来传递天线的机械角度信息并转化为电信号。15、散射现象：当电磁波束遇到障碍物，或在大气中传播，遇到空气介质或云滴、雨滴等悬浮粒子时，入射电磁波会从这些介质或粒子上向四面八方传播开来。16、设有一理想的散射体，其截面为O它能全部接收射到其上的电磁波能量，并全部均匀地向四周散射，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，则该理想散射体的截面就称为实际散射体的后向散射截面。17、单个小球形粒子的散射瑞利散射，当粒子为d的小粒子时的散射,称为瑞利散射，a0.13米散射的条件：（1）粒子是球形的，粒子内外都不含自由电荷，散射粒子不是导电体（2）粒子内、外介质是均匀各向同性的，粒子外介质一般是空气或真空；（3）入射电磁波随时间作简谐变化。在瑞利散射的条件下，反射率因子与粒子直径的六次方成正比。18、雷达反射率:单位体积内全部降水粒子的雷达截面之和。反射率因子:单位体积内全部降水粒子的直径六次方的总和。19、气象雷达衰减包括：标准大气衰减、云的衰减、雨的衰减、雹的衰减、雾的衰减20、CS：连续警戒模式：低仰角使用；脉冲重复频率(PRF)较低；不会产生距离模糊；只用于测量反射率Z；CD：连续多普勒模式：在低仰角使用；脉冲重复频率(PRF)较高；可能产生距离模糊；借助CS的数据做退距离模糊处理，用于测量速度和谱宽21、地物杂波定义：由山地及其上的各种建筑物等对电磁波散射所产生的回波。地物杂波特点：在反射率因子产品上表现为高的反射率因子值；在径向速度产品上表现为径向速度接近零；在谱宽产品上表现为谱宽值为零。产生地物杂波的目标物：地表、地表上的建筑物。抑制方法：采用数字低通滤波器地物杂波抑制的优点：改善了基数据质量，为算法和二次产品生产提供了高质量的数据；改善了速度与谱宽估计精度。22、 脉冲宽度越宽，雷达的距离分辨力越差。23、 脉冲调制器由：电源部分、能量存储部分和脉冲形成部分三部分组成。电源部分作用是把初级电源变换成符合要求的直流电源。能量存储部分作用是为了降低电源部分的高峰值功率要求。脉冲形成部分是利用一个开关，控制储能单元对负载放电，以提供电压、功率、脉冲宽度及脉冲波形参数都满足要求的视频脉冲。24、 雷达的分类：按信号的形式分为脉冲雷达、连续波雷达、脉冲压缩雷达。25、 频率范围:L(10002000MHz);S(20004000MHz)C(40008000MHz)X(800012000MHz) K(1827GHz)(2740GHz)3cm雷达比10cm雷达回波衰减的多。26、27、三级噪声系数：28、临界灵敏度29、噪声系数F=(Si/Ni)/(So/No),其物理意义：表示由于接收机内部噪声的影响，使接收机输出端的信噪比相对于其输入端的信噪比变差的倍数。30、接收机的频带宽度越宽，选择性越差。31、什么是多普勒两难？由没有唯一的PRF能使得Vrmax和Rmax都能达到最大。解决两难的方法：CS/CD模式、B模式、DPRF、相位编码、径向连续性、方位？连续性。32、退速度模糊的方法：径向连续性退速度模糊、廓线连续性退速度模糊。速度退模糊的优点及局限性：优点：获取准确的速度值、保留了回波中的气象信息。局限性：不适当的退速度模糊会掩盖重要信息、影响一些气象算法的效果。33、在结构上，馈线系统主要由天线反射面上波导走线、天线座内波导走线、机柜内波导走线组成。34、多普勒雷达主要由雷达产品获取单元RDA、雷达产品生成单元RPG和主用户终端PUP三部分组成。其基本产品包括：反射率因子、平均径向速度和谱宽35、雷达工作频率是雷达发射机所发射的电磁波的频率。 每秒产生的触发脉冲的数目，称为脉冲重复频率，用PRF表示。36、探测脉冲的振荡持续时间，称为脉冲宽度。由于探测脉冲具有一定的持续时间，因而它在空间也有一定的长度h=c37、常用的雷达气象方程：38、反射率因子的定义式：（反射率因子是反射率的一部分。反射率与雷达波长有关，反射率因子与雷达的任何参数都没有关系，只与降水粒子的大小和多少有关，是一个只与降水强度有关的物理量。任何一部雷达（不论它的波长是多少）的反射率因子都