天气雷达的基本工作原理和参数

1、第一章 天气雷达基本工作原理及主要设备、参数第一章 天气雷达的基本工作原理和主要设备、主要参数重点掌握：多普勒天气雷达最大不模糊速度及距离、多普勒频率重点掌握：多普勒天气雷达最大不模糊速度及距离、多普勒频率 参数：参数：PRF、PRT、h、Vr、Vrmax、Rmax、fD 及各计算公及各计算公式式一、天气雷达的基本工作原理二、天气雷达的组成和主要技术参数1、天气雷达的组成 2、主要技术参数三、多普勒天气雷达工作原理1、多普勒天气雷达概述 2、多普勒雷达探测原理1）、多普勒效应2）、多普勒频率3）、多普勒频率与目标物径向速度的关系4）、多普勒天气雷达原理方框图3、回波信号的多普勒频谱分析 4、多

2、普勒天气雷达的最大不模糊速度与最大不模糊距离（包括：Vr、VT互求）5、速度模糊现象的主观识别 6、速度退模糊方法一、天气雷达工作原理天气雷达原理示意图天气雷达组成框图天气雷达组成框图天气雷达主要技术参数天气雷达主要技术参数 1、波束宽度波束宽度 2、天线增益、天线增益G 3、天线有效面积、天线有效面积Ac 4、脉冲长度、脉冲长度h、脉冲宽度、脉冲宽度 5、脉冲重复周期、脉冲重复周期T(PRT) 6、脉冲重复频率、脉冲重复频率PRF 7、最大探测距离、最大探测距离Rmax、天气雷达波段、频率、波长关系表天气雷达波段、频率、波长关系表波段波段频率频率(千兆千兆赫赫)波长波长(厘厘米米)备注备注K

3、12-402.5-0.75测非降水测非降水云云X8-124-2.5探测降水探测降水C4-88-4探测降水探测降水S2-415-8探测降水探测降水常用天气雷达的主要技术参数波束宽波束宽度度天线增益天线增益G雷达的 PPI 扫描方式PPI 显示结果的空间分布多普勒天气雷达工作原理多普勒天气雷达工作原理多普勒天气雷达多普勒天气雷达 常规数字化天气雷达利用的是降水回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波的幅度信息，即利用信号强度来探测雨区的分布、强度、垂直结构等。区的分布、强度、垂直结构等。 多普勒天气雷达除常规天气雷达功能多普勒天气雷达除常规天气雷达功能之外，还可利用

4、之外，还可利用降水回波频率与发射频率降水回波频率与发射频率之间变化的信息来测定降水粒子的径向速之间变化的信息来测定降水粒子的径向速度度，并通过此推断风速分布，垂直气流速，并通过此推断风速分布，垂直气流速度，大气湍流，降水粒子谱分布，降水中度，大气湍流，降水粒子谱分布，降水中特别是强对流降水中风场结构特征。特别是强对流降水中风场结构特征。 常规天气雷达仅能提供常规天气雷达仅能提供反射率反射率因子因子资料。多普勒天气雷达将提供资料。多普勒天气雷达将提供两种附加的基本资料，两种附加的基本资料，径向速度径向速度和和速度谱宽速度谱宽，它们将增强对强风暴的，它们将增强对强风暴的探测能力，也能改进对中尺度和

5、天探测能力，也能改进对中尺度和天气尺度系统的预报。气尺度系统的预报。多普勒效应多普勒效应是奥地利多普勒效应是奥地利物理学家物理学家J.Doppler1842年年首先从运动着的发声首先从运动着的发声源中发现的现象，定源中发现的现象，定义为义为“当接收者或接当接收者或接收器与能量源处于相收器与能量源处于相对运动状态时，能量对运动状态时，能量到达接收者（器）时到达接收者（器）时频率的变化频率的变化”。一个例子是：当一辆紧急的火车（汽车）鸣着喇叭以一个例子是：当一辆紧急的火车（汽车）鸣着喇叭以相当高的速度向着你驶来时，声音的音调（频率）由相当高的速度向着你驶来时，声音的音调（频率）由于波的压缩（较短波

6、长）而增加。当火车（汽车）远于波的压缩（较短波长）而增加。当火车（汽车）远离你而去时，这声音的音调（频率）由于波的膨胀离你而去时，这声音的音调（频率）由于波的膨胀（较长波长）而减低。（较长波长）而减低。 相干波相干波:两束振幅、频率和相位完全相同的电两束振幅、频率和相位完全相同的电磁波称为相干波磁波称为相干波。 相干发射相干发射：发射出振幅、频率和相位完全一样发射出振幅、频率和相位完全一样的脉冲波，所以各个脉冲之间是相干的。的脉冲波，所以各个脉冲之间是相干的。 全相干多普勒天气雷达全相干多普勒天气雷达：它的发射主控信号频它的发射主控信号频率由稳定的晶体振荡器产生，保证发射的高频率由稳定的晶体振

7、荡器产生，保证发射的高频相干。它的相干性能好，地物消除能力强。相干。它的相干性能好，地物消除能力强。 半相干（伪相干）多普勒天气雷达半相干（伪相干）多普勒天气雷达：它是通过它是通过对发生信号采样，与本振混频以及锁相技术，对发生信号采样，与本振混频以及锁相技术，以保证中频相干，达到测量频率变化，它的发以保证中频相干，达到测量频率变化，它的发射部分采用同轴磁控管。它的相干性能差，消射部分采用同轴磁控管。它的相干性能差，消除地物的能力较全相干多普勒天气雷达差。除地物的能力较全相干多普勒天气雷达差。自相干多普勒天气雷达结构框图自相干多普勒天气雷达结构框图全相干多普勒天气雷达结构框图全相干多普勒天气雷达

8、结构框图fo 发射脉冲的载频发射脉冲的载频fd 多普勒频率多普勒频率发射频率发射频率多普勒频移多普勒频移发射频率发射频率 Vs Vs 多普勒频移多普勒频移 1 1、雷达数据采集系统（、雷达数据采集系统（RDARDA） 2 2、雷达产品生成子系统（、雷达产品生成子系统（RPGRPG） 3 3、主用户处理器子系统（、主用户处理器子系统（PUPPUP）中国新一代天气雷达系统简介中国新一代天气雷达系统简介雷达的三部分RPGRDARDAPUP雷达站雷达站气象台值班室气象台值班室 雷达数据采集系统（雷达数据采集系统（RDARDA）采用脉冲多普勒体制的全相干系统采用脉冲多普勒体制的全相干系统 速调管放大、高

9、功率全相干速调管放大、高功率全相干发射机发射机 窄波束低旁瓣的窄波束低旁瓣的天线天线 低噪声宽动态范围的相干低噪声宽动态范围的相干接收机接收机 多参数的多参数的信号处理器信号处理器 主要参数的主要参数的自动检测自动检测发发 射射 机机取得雷达数据的第一步是发射一个射频取得雷达数据的第一步是发射一个射频f f0 0信号。信号。这主要由速调管放大器（相当于老式雷达中的的磁这主要由速调管放大器（相当于老式雷达中的的磁控管）来完成。该放大器产生一个高功率（峰值功控管）来完成。该放大器产生一个高功率（峰值功率率750kw750kw）非常稳定的）非常稳定的1010厘米的射频（厘米的射频（f f0 0）脉冲

10、。）脉冲。在这里稳定是非常重要的，产生的每个脉冲在这里稳定是非常重要的，产生的每个脉冲必须具有相同的初位相以保证回波信号中的多普勒必须具有相同的初位相以保证回波信号中的多普勒信息能够被提取。一旦信息能够被提取。一旦f fd d脉冲被产生，就被送到天脉冲被产生，就被送到天线。线。全相干发射机全相干发射机天线天线天线是天线是RDA的一个部件，它将发射机产的一个部件，它将发射机产生的生的RF信号以波束的形式发射到大气并接受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）。返回的能量（粒子的后向散射能量）。 WSR-88D雷达的天线仰角范围雷达的天线仰角范围:-10600。天。天线仰角

11、的设置取决于天线的线仰角的设置取决于天线的扫描策略扫描策略（scan strategy共有三种）、共有三种）、体扫模式体扫模式（volume coverage pattern ：VCP）和）和工作模式工作模式（operational mode 分为晴空和降水两种模分为晴空和降水两种模式）。式）。 雷达操作员不能手动调节天线仰角，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。天线仰角只能通过上述三要素预设。体扫模式体扫模式 (VCP:Volume Cover Pattern）扫描方式确定一次体积扫中使用多少个仰角，扫描方式确定一次体积扫中使用多少个仰角，而具体是哪些仰角则由体扫

12、模式来规定。而具体是哪些仰角则由体扫模式来规定。WSR-88D WSR-88D 可有可有2020个不同的个不同的VCPVCP，目前只定义了其中的，目前只定义了其中的4 4个：个：VCP11VCP11 - VCP11 - VCP11（scan strategy #1scan strategy #1，version 1version 1）规定规定5 5分钟内对分钟内对1414个具体仰角的扫描方式。个具体仰角的扫描方式。VCP21VCP21 - VCP21 - VCP21（scan strategy #2scan strategy #2，version 1version 1）规定规定6 6分钟内对分

13、钟内对9 9个具体仰角的扫描方式。个具体仰角的扫描方式。VCP31VCP31 - VCP31 - VCP31 （scan strategy #3scan strategy #3，version 1version 1）规定规定1010分钟内对分钟内对5 5个具体仰角的扫描方式。个具体仰角的扫描方式。VCP32VCP32 - VCP32 - VCP32（scan strategy #3scan strategy #3，version 2version 2）确定的确定的1010分钟完成的分钟完成的5 5个具体仰角与个具体仰角与VCP31VCP31相同。不相同。不同之处在于同之处在于VCP31VCP3

14、1使用长雷达脉冲而使用长雷达脉冲而VCP32VCP32使用短脉使用短脉冲。冲。WSR-98DWSR-98D未定义未定义VCP32VCP32。WSR-88DWSR-88D工作模式工作模式（Operational Mode）两种工作模式，即两种工作模式，即降水模式降水模式和和晴晴空模式空模式。雷达的工作模式决定了使用。雷达的工作模式决定了使用哪种哪种VCPVCP，而，而VCPVCP又确定了具体的扫描又确定了具体的扫描方式。方式。工作模式工作模式A A：降水模式使用：降水模式使用VCP11VCP11或或VCP21VCP21，相应的扫描方式分别为，相应的扫描方式分别为14/5 14/5 和和9/69/

15、6。工作模式工作模式B B：晴空模式使用：晴空模式使用VCP31VCP31或或VCP32VCP32，两者都使用扫描方式，两者都使用扫描方式5/105/10。窄波束低旁瓣的天线窄波束低旁瓣的天线相干接收机相干接收机信号处理监控系统 雷达产品生成子系统（雷达产品生成子系统（RPGRPG） 具有雷达产品生成、运行监控、数据库管理、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系统内通信等多种功能 气象应用产品：类似于美国气象应用产品：类似于美国NexRad导出产品导出产品 运行监控：运行模式、系统的自动标校、自动运行监控：运行模式、系统的自动标校、自动报警等功能报警等功能 数据库管理：

16、基数据、产品数据的存贮、分发数据库管理：基数据、产品数据的存贮、分发等功能等功能 通信管理：通信管理：RDA、RPG、PUP间的窄带和宽间的窄带和宽带通信等带通信等 主用户处理器子系统（主用户处理器子系统（PUPPUP） 多屏、多画面显示气象应用产品图形图多屏、多画面显示气象应用产品图形图像功能像功能 具有放大、动画、叠加等多种图像显示具有放大、动画、叠加等多种图像显示功能功能 通过人机交互方式设置系统运行模式和通过人机交互方式设置系统运行模式和产品生成产品生成新一代天气雷达系统的产品应用可新一代天气雷达系统的产品应用可分为四类：分为四类：1. 基本数据产品基本数据产品2. 物理量产品物理量产

17、品3. 风场反演产品风场反演产品4. 强天气自动识别和跟踪产品强天气自动识别和跟踪产品 多普勒天气雷达的产品介绍WSR-98D 主要产品 基本数据产品：是多普勒天气系统的基础，它主要将雷达以各种探测方式获取的数据，在不改变属性的前提下，在多种不同的坐标上显示出它们的分布情况。 利用这些产品可以直接识别和分析出一些重要的的天气现象，如钩状回波、带状回波、中尺度气旋、锋面、下击暴流、大尺度的风向风速和冷暖平流。1、基本数据产品、基本数据产品这类产品主要有：这类产品主要有：平面位置显示平面位置显示(PPI)垂直最大回波强度显示垂直最大回波强度显示 (CR)等高平面位置显示等高平面位置显示(CAPPI

18、)距离高度显示距离高度显示(RHI)、任意垂直剖面显示任意垂直剖面显示(VCS)WSR-88D产品生成器根据用户要求生成的基本产产品生成器根据用户要求生成的基本产品有：基本反射率产品品有：基本反射率产品6种，平均径向速度产品种，平均径向速度产品6种，速度谱宽产品种，速度谱宽产品3种，共计种，共计3类类15种气象产品，种气象产品，如下表如下表WSR-88D基本数据产品基本数据产品 相对于风暴的相对于风暴的平均径向速度产品图平均径向速度产品图(SRM)(SRM)与基本速度产品类似，只不过减去了由风暴与基本速度产品类似，只不过减去了由风暴跟踪信息跟踪信息(STI)(STI)识别的所有风暴的平均运动速

19、识别的所有风暴的平均运动速度，度，或减去由操作员选定的风暴运动速度或减去由操作员选定的风暴运动速度。（a）3.4度仰角（b）14.9度仰角20042004年年4 4月月2323日日 长沙长沙12:3712:37时风暴相对径向速度图时风暴相对径向速度图( (基本速度减去风暴的平均移动速度后得到的基本速度减去风暴的平均移动速度后得到的) ) 剖面产品剖面产品谱宽剖面(SCS) 速度剖面(VCS) 反射率剖面(RCS)长沙 2004年4月23日11:44时实测的强度剖面图2、物理量产品、物理量产品物理量产品：是指雷达以各种探测方式获取物理量产品：是指雷达以各种探测方式获取的回波强度、径向速度和速度谱

20、宽数据，的回波强度、径向速度和速度谱宽数据，经过一定的计算和处理。转化为有经过一定的计算和处理。转化为有明显气明显气象意义的物理量象意义的物理量，进而把这些物理量的分，进而把这些物理量的分布布显示出来显示出来的图像和图形产品。的图像和图形产品。它有助于用户直接和某些天气现象联系起来它有助于用户直接和某些天气现象联系起来进行分析和应用。进行分析和应用。这类产品主要有：这类产品主要有：1. 1. 回波顶高回波顶高(ET)(ET)2. 2. 垂直累积液态含水量垂直累积液态含水量(VIL)(VIL)3. 3. 风切系列产品风切系列产品( (径向、方位、径向方位径向、方位、径向方位) )4. 4. 分层

21、湍流组合分层湍流组合(CAT)(CAT)5. 5. 雷达定量测量降水雷达定量测量降水(1 (1小时、小时、3 3小时累积小时累积降水、风暴总降水降水、风暴总降水) )3、风场反演产品、风场反演产品风场反演产品：风场反演产品： 多普勒雷达系统获取的径向速度分多普勒雷达系统获取的径向速度分布数据，在某些假定的条件下通过反演可布数据，在某些假定的条件下通过反演可以获取某高度平面上的平均风向风速以获取某高度平面上的平均风向风速(VAD)(VAD)、二维水平风场、垂直剖面二维风、二维水平风场、垂直剖面二维风场及三维风场场及三维风场(VVP)(VVP)等，除等，除VADVAD技术技术比较成比较成熟外，其余

22、均在试验或试用阶段。熟外，其余均在试验或试用阶段。二维、三维风场反演方法二维、三维风场反演方法二维、三维风场反演方法二维、三维风场反演方法二维、三维风场反演方法二维、三维风场反演方法4、强天气自动识别和跟踪产品强天气自动识别和跟踪产品 利用基本数据产品，应用各种算利用基本数据产品，应用各种算法生成自动报警的产品。如冰雹指法生成自动报警的产品。如冰雹指数、中气旋、强天气概率等。数、中气旋、强天气概率等。 短时预报常用的雷达产品短时预报常用的雷达产品 反射率产品反射率产品(R(R，CRCR，VCS)VCS) 基本速度产品基本速度产品(V(V，SRM)SRM) 垂直液态含水量（垂直液态含水量（VIL

23、VIL） 回波顶高产品（回波顶高产品（ETET） VADVAD风廓线风廓线 累积降水量累积降水量2000年年8月月31日日00:39,仰角为仰角为0.5度的基本反射率因子产品图度的基本反射率因子产品图 (上海上海)2000年年5月月26日日00:36 仰角仰角2.4度的平均径向速度图度的平均径向速度图 (上海上海)2000年年8月月30日日23:41仰角为仰角为0.5度度时的基本速度谱宽产品图时的基本速度谱宽产品图(上海上海) 1998年年8月月9日日16时时11分组合反射分组合反射率因子产品图率因子产品图 2002年年2月月14日日17时时43分组合反分组合反射率因子等值线产品图射率因子等值

24、线产品图 (CRC)2001年年8月月7日日14:45反射率因子剖反射率因子剖面产品面产品 (上海上海)组合反射率因子组合反射率因子平均值产品图平均值产品图 (LRA)2001年年8月月7日日15:26中层（上图中层（上图1233千英尺）千英尺）和和低层低层（下图从地面到（下图从地面到12千英尺）千英尺）2010年8月7日15:02弱回波区产品图也称为反射率因子多层透视图(上海) 风暴跟踪信息产品（风暴跟踪信息产品（STI） 图中绿色三角形图中绿色三角形表示产生冰雹的可能性表示产生冰雹的可能性风暴跟踪信息文本产品（上海）风暴结构产品（风暴结构产品（SS）冰雹指数产品（冰雹指数产品（HI）回波顶

25、高产品（ET） 回波顶高等值线产品（ETC） 垂直液态水含量产品（VIL）强天气概率产品（SWP）一小时降水量产品（OHP）三小时降水量产品(THP )风暴总降水量产品（STP）多普勒频率多普勒频率fd与目标物径向与目标物径向速度速度Vr的关系的关系 多普勒频率fd 定义： 目标物相对相对于雷达作径向运动径向运动引起回波信号的频率变化，称多普勒频移，亦称多普勒频率，单位:赫兹（Hz）。多普勒频率多普勒频率fd与目标物径向速度与目标物径向速度Vr的关系（证明见的关系（证明见P211-212)(:)/,()(2msmVrHzfVrfdd单位雷达波长单位也称多普勒速度为目标物的径向速度单位为多普勒频

26、率其中：回波信号的多普勒频谱分析回波信号的多普勒频谱分析见书见书P212-216多普勒频率与回波功率波动频率)exp()(Re)(0titEitE某一雨滴后向散射电场为：某一雨滴后向散射电场为：其中：其中：Ei为后向散射电场振幅值，为后向散射电场振幅值，002 f雷达角频率，雷达角频率，f0为雷达载波频率为雷达载波频率为讨论方便，设初相位为零为讨论方便，设初相位为零若某一个雨滴以径向速度若某一个雨滴以径向速度V1运动，产运动，产生多普勒频率生多普勒频率f1，则该雨滴后向散射，则该雨滴后向散射电场为：电场为：tffEtitiEtE)(2cos)exp(Re()(101011雷达测出E(t)后，从

27、上式即可推出多普勒频率f1本节所需部分数学公式本节所需部分数学公式202*)sin()sin(21sincos)cos()cos(21coscos)sin(cossincosCQGGABABABABABABAyiyeeeexixeABABmxiyxiyxix振幅谱函数定义振幅谱函数定义(同相谱同相谱)(8.18)若有两个雨滴，则后向散射电场为：若有两个雨滴，则后向散射电场为：tEtEeEeEeetEetEtEetEtEeEeEtEtitititititiititii)cos()cos(Re)()(Re)()(Re)()(212101)(2)(121212010021021场：得两雨滴后向散射总

28、电将上式代入两雨滴回波总功率分别为：两雨滴回波总功率分别为：动频率为气象粒子的回波的波其中回波总功率为：时，推广到大量散射体情形则角频率jijijijijiiirtrfftEEEPfftEEEEdttEP,212121221222102)10. 8).(cos(2)(2)cos(2)(两种相干雷达所发射的高频载两种相干雷达所发射的高频载波及频谱波及频谱 全相干脉冲多普勒雷达频谱全相干脉冲多普勒雷达频谱 自相干脉冲多普勒雷达频谱自相干脉冲多普勒雷达频谱全相干脉冲多普勒雷达全相干脉冲多普勒雷达高频脉冲信号及高频脉冲信号及频谱分布频谱分布自相干脉冲多普勒雷达自相干脉冲多普勒雷达高频脉冲信号及高频脉冲

29、信号及频谱分布频谱分布回波信号及多普勒频谱回波信号及多普勒频谱结论：结论：单个脉冲形状决定了整个谱包络线单个脉冲形状决定了整个谱包络线的形状，脉冲宽度决定谱包络线的的形状，脉冲宽度决定谱包络线的宽度；宽度；脉冲重复周期脉冲重复周期(T)决定了谱线的间距，决定了谱线的间距，谱线间距是时域脉冲间距的倒数谱线间距是时域脉冲间距的倒数(1/T)；脉冲序列的延续长度决定谱线的宽脉冲序列的延续长度决定谱线的宽度，越长谱线宽度越窄；度，越长谱线宽度越窄；载波频率决定谱带中心位置。载波频率决定谱带中心位置。速度谱宽资料应用速度谱宽资料应用某些天气的典型值：某些天气的典型值：1)层状云降水：谱宽值较低，03.5

30、m/s;2)强雷暴区或低层出流边界：谱宽值4m/s;3)00C层附近：干湿雪、雨滴共存，不落速度差异大，谱宽值约为4m/s;检验平均多普勒速度的可信度：检验平均多普勒速度的可信度：一般谱宽较大时，可能对估算平均多普勒速度的准确性有较大的影响。引进与谱宽及信噪比有关系的指标“信号质量指数”SQI，若SQI低于某一指标值，则数据不可靠，弃之。识别多普勒速度场中的风切变区识别多普勒速度场中的风切变区识别强湍流区识别强湍流区具体应用还需结合当地的地形和天气等实际情况具体应用还需结合当地的地形和天气等实际情况多普勒天气雷达的最大不模糊速度多普勒天气雷达的最大不模糊速度Vrmax与最大不模糊距离与最大不模

31、糊距离Rmax1、 最大不模糊距离与距离折叠(模糊)2 、最大不模糊速度与速度模糊3 、多普勒两难1 1、最大不模糊距离与距离折叠、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达的最长距离PRFcR2max其中，其中，RmaxRmax为最大不模糊距离，为最大不模糊距离，c c为光速，为光速，PRFPRF为为脉冲重复频率脉冲重复频率 距离折叠（模糊）：超过最大探测距离的探距离折叠（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

32、糊。测回波在屏幕上就会产生距离模糊。距离模糊（折叠）距离模糊（折叠） 雷达测距公式雷达测距公式 R=0.5ctR=0.5ct，t t为脉冲发出到返回的为脉冲发出到返回的时间。时间。 雷达测距按照最新发出的脉冲从发出到返回的时雷达测距按照最新发出的脉冲从发出到返回的时间来计算。间来计算。 距离模糊距离模糊是指雷达确定的目标物方位是正确的但是指雷达确定的目标物方位是正确的但距离是错误的。当目标物位于雷达最大不模糊距距离是错误的。当目标物位于雷达最大不模糊距离之外时会发生这一现象，也就是说，目标物的离之外时会发生这一现象，也就是说，目标物的定位是模糊的。换句话说，当目标物位于雷达的定位是模糊的。换句

33、话说，当目标物位于雷达的最大不模糊距离（最大不模糊距离（RmaxRmax）之外时，雷达却把目标）之外时，雷达却把目标物显示在物显示在RmaxRmax以内的某个位置，我们形象地称之以内的某个位置，我们形象地称之为为距离折叠距离折叠。目标位于最大不模糊距离之内，没有距目标位于最大不模糊距离之内，没有距离折叠（模糊）发生。离折叠（模糊）发生。距离模糊（例子）距离模糊（例子）假设：某雷达最大探测距离是假设：某雷达最大探测距离是250nm250nm nm=1.852km nautical mile 目标位于最大不模糊距离之外目标位于最大不模糊距离之外时，发生距离折叠（模糊）时，发生距离折叠（模糊）一个目

34、标物位于一个目标物位于RmaxRmax之后若干公里之后若干公里的话，它将错误地出现在距雷达同一公的话，它将错误地出现在距雷达同一公里远的位置上。里远的位置上。如果雷达的如果雷达的RmaxRmax=250km=250km，那么位于那么位于0-250km0-250km的目标物处于第一程；的目标物处于第一程；251-500km251-500km的目标物处于第二程等等，的目标物处于第二程等等，以此类推。一个实际位于以此类推。一个实际位于550km550km（超过（超过2 2RmaxRmax）处的目标物，如果被）处的目标物，如果被RmaxRmax=250km=250km雷达探测到，它在雷达上的显示位置是

35、雷达探测到，它在雷达上的显示位置是50km50km；一个实际位于；一个实际位于300km300km（超过（超过1Rmax1Rmax）处的目标物，如果被处的目标物，如果被RmaxRmax=250km=250km雷达探雷达探测到，它在雷达上的显示位置也是测到，它在雷达上的显示位置也是50km50km。 距离折叠回波的特点：距离折叠回波的特点： 方位角是正确的方位角是正确的 强度较弱强度较弱 有时具有奇怪的多普勒速度有时具有奇怪的多普勒速度怎样排除距离折叠回波？怎样排除距离折叠回波？ 改变雷达机的脉冲重复频率改变雷达机的脉冲重复频率(PRF)(PRF)Use a different PRF ever

36、y 2-3 pulses, Use a different PRF every 2-3 pulses, if the echo moves, it is bogus!if the echo moves, it is bogus!2、最大径向速度与速度模糊、最大径向速度与速度模糊最大径向速度最大径向速度 VrmaxVrmax：最大径向：最大径向速度是雷达能够不模糊地测量的速度是雷达能够不模糊地测量的最大平均径向速度（亦称最大不最大平均径向速度（亦称最大不模糊速度），其对应的相移是模糊速度），其对应的相移是180180度。度。径径向向速速度度Vr海里海里/小小时时 方位角方位角二维均匀风场二维均匀

37、风场,吹西风吹西风,某高度的径向速度随某高度的径向速度随方位角分布图方位角分布图,50海里海里/小时小时间隔为速度不间隔为速度不模糊范围。模糊范围。速度模糊现象的主观识别速度模糊现象的主观识别 由零速度区逐渐向邻近区域（径向）由零速度区逐渐向邻近区域（径向）扩展，按风速连续性原则，除如小尺扩展，按风速连续性原则，除如小尺度的龙卷风等特强风切变情况外，径度的龙卷风等特强风切变情况外，径向速度向速度Vr一般逐渐增加（减少），当一般逐渐增加（减少），当增加（减少）到超过增加（减少）到超过Vrmax(-Vrmax)范围时，范围时，径向速度由正（负）的最大径向速度由正（负）的最大值突变为负（正）的最大值

38、。值突变为负（正）的最大值。这种突这种突变的边界就是速度模糊区的边界。变的边界就是速度模糊区的边界。零速度区（带）0TTVVrV*零速度区（零等速线）：零速度区（零等速线）：由径向速度为由径向速度为零的点组成零的点组成（零速度区肯定不模糊）；（零速度区肯定不模糊）；零速度区的意义零速度区的意义：某点的径向速度为零，应是两种情况： 实际风速为零或很小实际风速为零或很小实际风向与雷达探测波束相垂直实际风向与雷达探测波束相垂直PPI图象上有可能出现二条零速度图象上有可能出现二条零速度带，哪条为真正零速度带呢？带，哪条为真正零速度带呢？ 若雷达邻近区域有降水，则用地面若雷达邻近区域有降水，则用地面风大

39、致判断哪一条为真正与风向垂风大致判断哪一条为真正与风向垂直的零速度带；直的零速度带； 若邻近区域无降水，则可用相近时若邻近区域无降水，则可用相近时刻的探空资料查找零速度处相应高刻的探空资料查找零速度处相应高度上的风向来进行判断。（距离高度上的风向来进行判断。（距离高度公式）度公式）速度模糊示意图速度模糊示意图 多普勒径向速度多普勒径向速度Vr、真实径向速度、真实径向速度VrT互求互求)(2,53; 1,3; 0,02TTTT22T亦如此类推当。时当时当时当为整数。式中：者之间的关系为：周期的原则，这两产生模糊。按照范围内的值，将只能取则因为范围，超过当真实的相位差时）（当时）（当nnnnTdT

40、dnnTd多普勒径向速度多普勒径向速度Vr、真实径向速度、真实径向速度VrT互求互求maxmaxmaxmax22rrTrrrrTrrrTVVnVVVVnVVV)(2,53; 1,3; 0,0TTTT亦如此类推当时当时当时当为整数。式中：nnnnNyguist(奈克斯特）采样定理与奈克斯特）采样定理与最大不模糊速度最大不模糊速度Vrmax Nyguist采样定理：若采样频率采样定理：若采样频率为为f,则最多只能测量则最多只能测量0.5f的振动的振动频率。频率。（解读：要准确测量每秒钟振动一次的物解读：要准确测量每秒钟振动一次的物体，至少需采样的频率为每秒钟振动二体，至少需采样的频率为每秒钟振动二次。）次。） 多普勒天气雷达： 脉冲重复频率脉冲重复频率PRF采样频率，采样频率， 多普勒频率多普勒频率fd样本样本 某一某一PRFPRF最多只能最多只能0.5PRF0.5P