04雷达方程.ppt

1、Ch. 3,雷达气象方程,3.1 单个目标的雷达方程,天线增益G 单目标雷达方程的推导 单目标雷达方程的讨论 天线辐射强度不均匀时的单目标雷达方程,天线增益G,各向同性的天线，在距离其 R 处的能流密度为,雷达的发射功率,但实际的气象雷达天线具有高度的定向性，能使原来向四周做各向同性发射的功率或能量集中在一个很窄的波束范围内朝某一特定的方向发射，假设在这个方向上的波束范围内，天线辐射的能流密度相同，这样,距离定向辐射天线R处的能流密度 与 的比值 称为定向辐射天线的增益。,意义: 由方向性天线把辐射能量集中到某个方向上,使这个方向上的辐射能流密度增加为各向同性天线的G倍。,单目标雷达方程的推导

2、(1),通过前面的分析，可知在天线定向辐射方向上，距离 R 处的入射能流密度,根据雷达截面 的定义，即 (1.22)式,单目标雷达方程的推导(2),天线接收的总的后向散射功率，即回波功率,天线的有效截面积,根据天线理论，有 ，故,(3.1)式,单目标雷达方程的讨论,(3.1) 式是一个普遍的雷达方程，适用于任何单目标物体的探测；,雷达接收的回波功率 的大小，取决于自身的发射功率 ，天线增益 G ，波长 ，还与目标的距离 R ，以及雷达截面 有关；,对于给定的一部雷达，已知各雷达参数，当已知目标物离雷达站的距离 R ，就能够根据回波功率的强弱来大致判定目标物的一些性质。,天线辐射强度分布不均匀时

3、的雷达方程(1),当天线辐射强度分布不均匀时，需要引入天线方向函数,(3.2)式,天线波束上任意一点的电场强度,天线最大辐射方向上的电场强度,根据电磁波理论， ，故,天线最大辐射方向上的能流密度,天线辐射强度分布不均匀时的雷达方程(2),由于实际探测中发射和接收采用的都是同一天线，根据天线互易性的原理，天线辐射强度不均匀时的真实回波功率,天线辐射强度分布不均匀时的雷达方程(3),(3.3)式,天线辐射强度分布不均匀时的雷达方程，仍是一个单目标普遍适用的雷达方程 。,3.2 云及降水的雷达气象方程,有效照射深度与有效照射体积 天线辐射强度在两半功率点之间均匀分布时的雷达气象方程 天线辐射强度不均

4、匀时的雷达气象方程,有效照射深度,(3.5)式,计时从雷达发射脉冲时开始，天线收到 A 处的后向散射能量经过的时间,在脉冲刚好结束时，天线收到 B 处的后向散射能量，此时所经过的时间,设脉冲持续时间为 ，脉冲宽度 ;,有效照射体积,(3.6)式,有效照射体积的普遍计算公式,有效照射体积的具体求法取决于波束的几何形状，也就是取决天线的形状。,天线辐射强度在两半功率点间均匀分布时的雷达方程(1),三点假设： 雷达波的能量完全集中在两半功率点之间，且雷达波束横截面内的辐射强度处处相同，均等于最大辐射方向上的增益值，即在波束内天线的增益 G 为常数； 云和降水粒子的散射波是非相干波，即照射体积内所有云

5、和降水粒子的总会波功率是各个云和降水粒子的回波功率的总和：,在波束的有效照射体积内，粒子的尺度谱处处相同。,天线辐射强度在两半功率点间均匀分布时的雷达方程(2),根据天线辐射强度在两半功率点间均匀时的单目标雷达方程,(3.1)式,(3.4)式,有效照射体积内产生的散射能量能够同时返回天线的所有云和降水粒子的雷达截面之和。,天线辐射强度在两半功率点间均匀分布时的雷达方程(3),(3.9)式,代入(3.4)式，有,(3.10)式,对于圆锥形波束：,(3.10)式,(3.7)式,(3.10a)式,讨论(1),对于椭圆锥形波束：,(3.10b)式,讨论(2),(3.8)式,(3.10)式,天线辐射强度

6、不均匀时的雷达气象方程(1),天线辐射强度不均匀时，单目标的雷达方程为,(3.3)式,当天线辐射强度不均匀时，单位有效照射体积内所有的云和降水粒子产生的回波功率为,单位体积,天线辐射强度不均匀时的雷达气象方程(2),积分可得,天线辐射强度不均匀时的雷达气象方程(3),单位体积,(3.13)式,讨论(1),(3.13)式,如果云和降水粒子的散射满足瑞利散射条件，则,(2.18)式,(3.19)式,1961年Probert Jones推导的雷达气象方程。,讨论(2),(3.19)式,对于国产711，713之类的圆口径抛物面天线，有,天线增益,(3.20)式,3.3 考虑衰减和充塞程度的雷达气象方程

7、,充塞系数 考虑衰减和充塞程度的雷达气象方程,充塞系数,充塞程度,充塞系数,垂直充塞系数,水平充塞系数,(3.21)式,(3.22)式,(3.23)式,考虑衰减和充塞程度的雷达气象方程(1),(3.13)式,对于衰减，已有,天线辐射强度不均匀时的雷达气象方程,因此，同时考虑衰减、充塞程度时，有,(2.9)式,对于充塞程度，有,(3.23)式,考虑充塞程度的雷达气象方程(3),讨论(1),对于瑞利散射，有,(1.28)式,(3.25)式,讨论(2),对于米散射，则,(3.25b)式,讨论(3),常数项,雷达参数项,距离因子项,充塞因子项,气象因子项,衰减因子项,小结,天线辐射强度不均匀时，,普遍适用的单目标雷达方程,单目标的雷达方程推导过程,天线辐射强度分布不均匀时单目标普遍适用的雷达方程,(3.1)式,(3.3)式,