气象雷达原理与系统

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

匀称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e

0.5以及副瓣电平。在角度测量时。0.5的值表征了角度辨别力量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

洁；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，有利于检测发觉

目标3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、雷达放射机两种基本形式：单级振荡式放射机：只由一级大功率振荡器产生放射信

号，主振放大式放射机：先由高稳固体微波源产生，再经级联的放大电路，形成满意功率

要求的放射信号。

单级振荡式放射机的性能特点：简洁、经济、轻巧；质量技术指标低；产生简洁放射

波形；主振放大式放射机的性能特点：简单、昂贵、笨重；质量技术指标高；产生各种简

单放射波形；二者共性：都需要脉冲调制器为其供应大功率的脉冲波。

4、超外差式雷达接收机的主要质量指标：①灵敏度：表示接收机接收微弱信号的力量。

灵敏度用接收机最小可检测信号功率(Simin)来表示。制约接收机智敏度的主要因素是接收

机噪声。要提高灵敏度，必需削减噪声电平，同时还应使接收机有足够的增益。②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③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，使接收机开头消失过载时的

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。④中频的选择与滤波特性。中频的滤波特性是削减接收机噪声

的关键。⑤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。

盼望影响越小越好)和频率稳定度⑥抗干扰力量：抗有源和无源干扰的力量。⑦微电子化

和模块化结构：模块化结构的程度，微电子化程度，削减体积、重量、耗电、成本、技术

实现难度。⑧放大量：放大量表示接收机放大信号的力量，接收机必需有足够的放大量，

才能使非常微弱的回波信号具有足够的幅度来处理与显示。⑨、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）的相像程度。⑩噪声、噪声系数与灵敏度

5、如何提高接收机智敏度：①降低总噪声系数F0,通常采纳高增益、低噪声高放；

②接收机中频放大器采纳匹配滤波器，以便得到白噪声背景下输出最大信号噪声比；③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，须尽量减小辨别信号功率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）在满意系统性能要求下，尽量减小识别因子M,常常通过脉冲积累的方

式减小M

7、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削减接收机内部的噪声，二是要增大放射

功率。当一个线性的传递函数为信号函数的共航时，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变疾法

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、测氤

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周八方传播开来。

16、设有一抱负的散射体，其截面为O它能全部接收射到其上的电磁波能量，并全部

匀称地向四周散射，若该抱负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，则该抱负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一瑞利散射,当粒子为d<<入的小粒子时的散射，称为瑞利

散射，a<0.13;单个球形粒子的散射一米散射当d，入的大球形质点的散射,称为米散射。

a>0.13

22、脉冲宽度越宽，雷达的距离辨别力越差。

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。脉冲形成部分是采用一个开关，掌握储能单元对负载放电，以供应电压、

功率、脉冲宽度及脉冲波形参数都满意要求的视频脉冲。

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!(1000—2000MHz);S(2000—4000MHz)C(4000—

8000MHz)X(8000—12000MHz)K(18—27GHz)(27—40GHz)

3cm雷达比10cm雷达回波衰减的多。

外一+二一

27、三级噪声系数：5G0

28、临界灵敏度Sim沁(曲〃W)=-114^+10lg(MHz)+10lgF。

29、噪声系数已61/冲)/(5。/1^。),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。

触发脉冲

图2.2主振放大式发肘机

31、什么是多普勒两难？

入xPRF

匕2注

4“2~2^PRF

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：猎取精确的速度值、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猎取单元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放射机所放射的电磁波的频率。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T。由于探测脉冲具有肯定的持续时间，

因而它在空间也有肯定的长度h=TC

’1024(ln2>2r2^/

37、常用的雷达气象方程：

38、反射率因子的定义式，;起（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