第一章 引论
1.1 新一代天气雷达概述
CIRNAD/SA型雷达主要由RDA（Radar Data Acquisition）、RPG（Radar Product Generator）、PUP（Principal User Processor）三部分构成。
RDA（Radar Data Acquisition）由四个部分组成：发射机、天线、接收机、信号处理器。
发射机：产生高功率（峰值功率750KW）非常稳定的10cm的射频脉冲。
天线：
扫描方式：扫描方式告诉雷达在一次体积扫描中使用多少仰角和时间。CINRAD/SA使用三种扫描方式：
扫描方式1#：5分钟完成14个不同仰角上的扫描； 扫描方式2#：6分钟完成9个不同仰角上的扫描； 扫描方式3#：10分钟完成5个不同仰角上的扫描；
体扫模式：体扫模式规定使用哪个扫描方式，并且规定哪些具体的仰角。目前CINRAD/SA定义的体扫模式有4个：VCP11(扫描方式1# )、VCP21(扫描方式2# )、VCP31(扫描方式3# )、VCP32(扫描方式3# )。VCP31和VCP32的区别在与VCP31使用长脉冲而VCP32使用短脉冲。 最常用的VCP为VCP21
接收机：放大由天线接收的回波能量，以便模数转换和后续处理。
信号处理器完成三种重要功能：地物杂波消除、模数转换，以及退多普勒数据的距离折叠。
RPG（Radar Product Generator）主要任务是把RDA传来的基本数据，对其处理和生产各种产品分发给PUP。 产品分为基本产品和导出产品。
基本产品：指定仰角上的基本反射率因子、基本径向速度和基本谱宽产品。 导出产品：把体扫基数据经过特定算法而得到的产品。
PUP（Principal User Processor）获取、存储和显示产品。 主要功能包括：产品请求（获取）、产品数据存储和管理、状态监视、产品编辑注释
产品请求方式：常规产品列表（RPS）、一次性请求（OTR）、产品-预警配对（PAP）
第 1 页 共 18 页
1.2 天气雷达的局限性
（1）是波束中心的高度随距离的增加而增加； （2）是波束宽度随距离的增加而展宽； （3）是静静锥区的存在。
（4）探测能力和雷达周围净空环境有关，受地物阻挡的影响大。
前两点使得雷达对于远距离的目标的探测能力降低，而第三点使得雷达对于非常近的目标物的探测能力受限。
第二章 多普勒天气雷达原理 2.1 后向散射截面
后向散射截面的定义是：设有一个理想的散射体，其截面面积为σ，它能全部接收射到其上的全部能量，并且均匀地向四周散射，若该理想散射体返回雷达天线的电磁波能流密度，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面积σ就称为实际散射体的后向散射截面。
后向散射截面是一个虚拟的面积，它可以用来定量地表示粒子后向散射能力的强弱。粒子的后向散射截面不等于它的几何截面。
2.2 球形粒子的散射
球形粒子的散射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的情况下的球形粒子的散射称为瑞利散射（雷利散射）；而对于D和λ相当的情况下的球形粒子的散射称为米散射。
雷利散射
?526?D，当α<<1时（α<0.13）， ??4KD，D为粒子直径，λ为入射波长，????m2?1K?2其中m为构成粒子介质的复折射指数。
m?2有雷利散射的后向散射截面?的公式可以看出：在雷利散射条件下，后向散射截
面和粒子直径的6次方成正比和波长的4次方成反比。后向散射还和K有关，水球的K值对为0.93左右，冰球的K为0.197，所以瑞利散射情况下冰球的后向散射截面大约只有同样大小水球的1/5。
米散射
无论是冰球或和水球，其后向散射截面都随着球形粒子直径的增加而迅速地呈波动性地增大，当D较大时，冰球后向散射截面随D的增加而增大的速度超过水球。
2.3 电磁波在大气中的衰减和折射
第 2 页 共 18 页
222衰减
电磁波在大气中的衰减是因为电磁波投射到气体分子或云雨粒子上时，一部分能量被散射，一部分能量被吸收而转变为热能或其他形式的能量。 折射
标准大气折射、临界折射、超折射、无折射、负折射
标准大气折射：在标准大气情况下，Rm=8500Km（等效地球半径），为实际地球半径的4/3倍，波束路径向下弯曲，这种折射称为标准大气折射。可以代表中纬度地区对流层中大气折射的一般情况，一般称为正常折射。
临界折射：当波束路径的曲率和地球表面的曲率相同时，即波束传播路径与地表面平行，则称为临界折射。
超折射：当波束路径大于地球表面的曲率时，即雷达波束在传播的过程中将碰到地面，经地面反射后继续向前传播，再弯曲到地面，再经地面反射，重复多次，雷达波束在地面和某层大气之间，依靠地面的反射向前传播，与波导管中的微波传播相似，故称为大气波导传播，又称超折射。等效地球半径Rm<0。 产生超折射地物回波，呈辐辏状排列的短线强回波（和当地地形地物十分一致）。产生的气象条件：气温向上递增，同时水汽压向上迅速递减，也就是常说的暖干盖的大气层结。
无直射：雷达波束沿直线传播。
负折射：雷达波束向上弯曲（湿度随高度增加，温度向上迅速递减）。（多产生在盛夏大陆的中午，大气底层温度的递减率有可能大于干绝热递减率，从而产生负折射）
2.4 雷达气象方程 参数
与发射机有关的参数
波长λ，决定气象雷达性能的一个重要参数。X、C、S波段，我国新一代天气雷达使用C、S波段（即5公分、10公分雷达）。
脉冲宽度τ：探测脉冲的持续振荡时间。所以，脉冲长度 h=τc。因为雷达的收发特性，所以，有效照射深度为脉冲长度的一半τc/2（雷达径向的最小分辨率）。 脉冲功率Pt：雷达脉冲的峰值功率称为脉冲功率。为了增强雷达的探测能力，其
第 3 页 共 18 页
新一代天气雷达复习笔记
