测雨雷达最小可测功率标定的研讨

一、引言雷达测定气象目标的回波功率,一般先要标定出雷达接收机的实际灵敏度,即接收机正常接收时天线输给接收机输入端的最小可测功率P_(5min)。目前常用下面两种方法进行测定。     

固态毫米波雷达探测模式的对比评估与分析

利用2014年广东阳江和青藏高原外场观测中多种探测仪器的观测资料,对比了灾害天气国家重点实验室与航天科工23所联合研制的固态毫米波雷达三种探测模式最小可测回波强度、可测液态水(冰水)含量、观测同一目标时回波强度的差异以及与K波段微降水雷达回波强度的差异等。结果表明:(1)毫米波雷达不同模式最小可测回波强度差异与理论差异一致,边界层模式和降水模式能观测近地面全部层云和积云,卷云能观测5km高度冰水含量在0.0007 g·m~(-3)以上的卷云,随着高度上升探测能力有所下降;(2)毫米波雷达使用不同模式观测同一目标时,不同观测模式宏观回波强度一致,大部分差异不超过3.5 dB;(3)K波段微降水雷达和Pasivel2激光雨滴谱仪的近地面回波强度一致,毫米波雷达与K波段微降水雷达存在系统差异。     

调整713雷达对数中放的输入对雷达灵敏度的影响

海口 713雷达的对数中频放大器 (后面简称对数中放 )由于对小信号回波的放大量不足而使雷达终端电脑丢失15 DB以下的回波资料 ,导致雷达回波失真。　　首先检查对数中放是否正常。对数中放由六级差分对管放大、一级检波和一级视频放大组成 ,各级放大之间又相互影响 ,任何一级工作点的变化都会引起其他各级工作点的响应变化 ,即使更换元器件后亦是如此。对数中放有两个重要指标 :动态范围和最小可测功率。一般情况下 ,动态范围应在 78DB以上 ,最小可测功率应小于 - 10 7DB,另外 ,对数中放的视频信号输出幅度应在 3V至 10 V之间 ,具体数值…     

711雷达测定回波数据订正的方法

本文根据有关实验和理论,提出了如何将711雷达上所测得的回波功率分贝值,订正到能够使用雷达气象方程进行计算的回波功率分贝值的一些方法。     

C波段调频连续波天气雷达探测系统及观测试验

对降水云更高时、空分辨率观测资料的需求推动了天气雷达技术的发展,调频连续波雷达(FMCW)系统采用收发分置双天线体制,采用数字直接移相(DDS)技术和快速傅里叶变换(FFT)信号处理技术,获取高度分辨率达到15、30 m,探测周期2—3 s的回波功率谱分布和谱参数,具有脉冲多普勒雷达无法比拟的探测优势。C波段FMCW(C-FMCW)雷达最小可测信号功率达到-170 dBm,微弱信号的定量标校是技术难点。采用标准信号源输出单频信号,经过数字直接移相扩展为与雷达系统相同扫频范围信号,得到最小输入功率可达-169.77 dBm的定标曲线,由定量标校后的谱分布计算得到回波强度谱密度分布。该雷达于2013年6月起在安徽定远开始观测,利用8月24日降水过程探测数据,与距离该地48 km的蚌埠和83 km的合肥SA扫描雷达观测数据,分别进行对流云与层状云的观测比对分析。对于均匀分布的层状降水云,C-FMCW雷达与SA雷达探测结果基本接近, C-FMCW雷达与蚌埠SA雷达的平均均方根误差为1.75 dB,与合肥SA雷达的平均均方根误差为2.02 dB,C-FMCW雷达与两部SA雷达探测的回波强度差异小于1 dB。对观测试验谱参数及回波强度谱密度分布进行了初步分析,C-FMCW雷达在研究降水云体的相态分区、晴空大气边界层回波等方面有较好的应用前景,有助于加深对强降水云中垂直运动的强烈变化的探测和认识。     

回波强度测量的误差因素分析及解决方法

回波强度测量误差主要由雷达本身的参数(如发射功率、波束宽度、天线增益、系统损耗等)、气象因子(如折射指数、衰减系数、充塞系数等)、信号处理方法等误差引起.通过对相关雷达参数的相对误差和回波强度绝对误差曲线分析得出,雷达参数天线增益优于0.1 dB、发射峰值功率优于10%、发射频率优于0.1%、脉冲宽度优于1%、波束宽度优于0.01°时,反射率因子测量误差将＜0.8 dBz,可满足新一代天气雷达反射率因子测量误差范围在±1 dB内的技术要求.     

强降雨区传播效应对双基地系统辅站雷达探测能力的影响

以电磁场散射理论为基础,在已有的小椭球粒子群双基地多普勒雷达气象方程中加入了传播效应项,利用此方程探讨旋转椭球雨滴群旋转轴一致铅直向上,双基地系统在探测均匀雨区、移动雨区和不均匀分布雨区时传播效应的影响。通过与单基地雷达回波功率比较可知,传播效应的存在使得双基地系统辅站一侧回波功率比高值区的范围变大,主站雷达一侧,传播效应对回波功率的影响与入射波的偏振关系有关。      

X波段相控阵气象雷达回波数据的对比分析

为探究、验证X波段相控阵气象雷达系统及其回波数据的可靠性,基于X波段相控阵气象雷达系统及地基外场试验,对比分析了X波段相控阵气象雷达系统与X波段机械式天线气象雷达系统的回波数据。在脉宽为6μs和1μs两种探测模式下,通过散点分布和概率分布方法对比分析了相控阵天气雷达的回波强度和径向速度数据的差异性。结果表明:(1)在脉宽为6μs和1μs的探测模式下,X波段相控阵气象雷达与常规天气雷达有比较接近的探测能力和可靠的数据质量;在远距离处,相控阵气象雷达的回波数据呈现层次结构清晰、轮廓显著的特性;(2)宽波束以及波束宽度展宽等特性平滑了相控阵气象雷达的回波强度,改变回波结构,弱回波区面积减小,强回波区增大;(3)天线增益不均匀影响相控阵雷达数据质量,理论上可以用1/(cosθcosφ)的增益修正因子对回波强度进行修订。     

对气象雷达中频衰减及STC电路的探讨

本文通过实际测量和计算,定量研究了气象雷达中频衰减对接收机实际灵敏度和回波功率绝对值的影响,指出气象雷达接收机实际灵敏度随背景噪声功率的大小而变。具体分析了在中频或视频部分进行距离归一化的精度及其实用范围,提出一种在中频或视频部分没置增益时间控制电路(STC)的新没想。     

2012年江西宜春四类短时强降水特征分析

用宜春气象站常规气象资料,雷达回波和风廓线雷达等资料,采用数理统计、样本对比和特征分析等方法,对2012年3—9月宜春单站短时强降水天气进行分析和研究。结果表明:(1)≥10 mm·10min-1的超短时强降水是构成≥30 mm·h-1和≥50 mm·(2h)-1短时强降水的重要组成部分。(2)宜春短时强降水主要有带状回波、块状回波、絮状回波和短带回波4种类型,是由平均50 d Bz的强回波单体所致。(3)短时强降水回波系统过境时,平均回波宽度43 km,气象要素表现为:出现超短时强降水、温度下降、湿度饱和、气压上升、前导风迅速加大、Cb云急增。(4)短时强降水发生时,宜春风廓线雷达最大探测高度由3 000 m逐步增高到6 000 m,风速加大;850 h Pa西南急流≥12 m·s-1。(5)降水期间由于强降水粒子拖曳作用,风廓线雷达垂直波束上径向速度出现朝向雷达方向的正速度,垂直风速明显加大,噪声系数在40~60 d B之间。     

713雷达距离订正电路的改进

气象雷达的回波功率不仅与雷达的参数及探测目标的性质有关,而且还和距离的平方成反比。为了便于定量测量,使计算回波的功率与距离无关,需要进行距离订正。距离订正从原理上讲,有三种方法:1.按一定规律衰减近距离目标信号;2.增强远距离目标信号,3.上述两种方法兼而用之。从对回波信号在接收机里订正的部位来讲也有三种:1.在射频部份订正;2.在中频部份订正;3.在视频部份订正。713雷达是采用衰减近距离目标信号的方法,在射频部份订正。该方法对近距离目标回波信号衰减的大小与订正的末端距离的远近有     

新疆短时强降水天气系统环流配置及雷达回波特征

利用2010—2018年新疆105个国家站、1240个区域自动站逐时降水资料及8部多普勒天气雷达资料,从预报业务应用角度提出新疆短时强降水过程定义并遴选468次短时强降水过程,分析短时强降水影响系统环流配置和雷达回波特征。结果表明新疆短时强降水的影响系统主要有中亚低槽(涡)、西西伯利亚低槽(涡)、西北低空急流。造成新疆短时强降水的对流风暴主要有合并加强型、列车效应型和孤立对流单体型,其中合并加强型最多,占45.1%,孤立对流单体型占34.8%,列车效应型最少,占20.2%,且各区域对流风暴的影响比例也有一定差异。南疆短时强降水过程中多普勒雷达最大反射率因子强度(Z max)、强回波中心顶高(D max)、回波顶高(ET)、最大垂直累积液态水含量(VIL)预警阈值小于北疆,且伊犁州最大,阿克苏最小,伊犁州短时强降水以低质心回波为主,其他区域则为低质心和高质心回波。     

雷达常数C的实用计算法及误差分析

目前,天气雷达的观测工作,逐步由定性描述趋向定量测量,如何正确测定雷达有关参数并进而计算雷达常数C,是这个问题的关键之一。 (一)雷达常数C的含意。 降水回波强度的大小,可由反射因子Z(Ze)来表征。根据雷达气象方程,Z(Ze)可由下列公式计算:     

气象多普勒雷达测试技术介绍

本文主要通过详细的图示和相关的计算公式,以DW SR 2500C/K为例,介绍了进口多普勒气象雷达的测试和计算,其中包括脉冲宽度、发射频率、脉冲重复频率、峰值功率、接收机信号线性性和动态范围和最小可探测信号的测量等。对于国产气象多普勒雷达的测试从原理和方法上具有参考和充实作用,有普遍的实用价值。     

711雷达中频衰减造成雨强误差的分析

主要讨论中频衰减引起最小可测功率变化造成雨强的测量误差，便于工作中订正，以提高雷达测量降水的精度     

气象多普勒雷达测试技术介绍

本文主要通过详细的图示和相关的计算公式,以DWSR 2500C/K为例,介绍了进口多普勒气象雷达的测试和计算,其中包括脉冲宽度、发射频率、脉冲重复频率、峰值功率、接收机信号线性性和动态范围和最小可探测信号的测量等.对于国产气象多普勒雷达的测试从原理和方法上具有参考和充实作用,有普遍的实用价值.     

地面的部分镜反射特性对雷达定量测雨结果的影响

在考虑到地球曲率、大气无线电折射率垂直梯度、地表反射系数和地面粗糙度等因素对无线电波传播影响的条件下,推演了计算雷达波束内能量分布和气象目标物回波功率的表达式.根据这些公式的计算结果表明,雨区回波功率与不考虑这些因素情况下的值相比较,可有-3至+6分贝的偏差,具体值取决于雷达离地高度、天线仰角、雷达波长、波束宽度、地表反射系数和粗糙度等.     

双/多基地天气雷达探测小椭球粒子群的雷达气象方程

首先导出小椭球散射的方向函数及侧向散射截面的表达式。然后,考虑发射水平偏振波与垂直偏振波这两种情况下,当小椭球粒子群旋转轴作一致铅直取向和在空间作均匀随机取向时,分别建立适用于双/多基地雷达接收子站的雷达气象方程。主要结果为:(1)当入射波以不同的仰角及方位角射到旋转轴任意取向的椭球上时,会在椭球的3个轴上产生不同的极化电偶极矩分量,使小椭球散射方向函数不仅与散射方向有关,还与天线和粒子两个直角坐标之间的配置情况有关。(2)无论入射波偏振方式是水平还是垂直,小椭球粒子的总侧向散射截面恒是散射波在该方向上造成的侧向散射截面之和。(3)双基地雷达气象方程与单基地雷达气象方程比较,其差别在于侧向散射截面与后向散射截面的不同,另外,有效照射体积不同,子站与单基地站天线方向性函数不同,使双基地雷达气象方程中多出与双基地角有关的一个因子。(4)主站天线辐射在半功率点内不论均匀与否,双基地雷达气象方程中的侧向散射截面均代表总的侧向散射截面且依赖入射波偏振方式。(5)给出了小椭球群旋转轴一致铅直取向情况下的双基地雷达气象方程,这些方程与入射波偏振方式、主站发射天线辐射在半功率点内均匀与否有关。入射波为垂直偏振时一致铅直取向的椭球群的侧向散射截面可能由包含铅直分量在内的3个正交分量组成。这具体依赖于主站天线仰角。但入射波为水平偏振时到达子站天线处的回波功率与主站天线仰角无关。(6)给出了小椭球群旋转轴在空间无规则取向时的双基地雷达气象方程,这些方程与主站天线仰角、入射波偏振方式等无关,但与主站发射天线辐射在半功率点内均匀与否有关。     

WSR-88D新进展

WSR-88D是全相干型和全计算机化的10cm脉冲多普勒天气雷达,功率大(750kW),分辨率高(0.95度,脉宽0.25km),具有极高的探测灵敏度(-10dB_2/50km)和强大的处理功能.在无云晴空条件下,不仅可测边界层的风场,而且从回波(Z)图上可清晰看见冷锋或干湿不连续线的存在,对于潜在的强对流天气如龙卷风和强雷暴的早期监测大有益处,远非常规天气雷达可比.     

面向业务应用的上海地区毫米波云雷达观测质量评估

基于宝山国家基本气象站部署的毫米波云雷达2019年的观测数据,辅以激光雨滴谱、微雨雷达、探空资料、风云四号卫星产品、地面雨量计等多元观测数据,从探测稳定性、探测能力、基数据和产品数据探测合理性等方面开展了毫米波云雷达观测质量评估。结果表明:毫米波云雷达在试验期间仅出现单次软件故障,且基数据全年获取率高于95％,探测稳定性较好;毫米波云雷达各高度最小可测回波强度位于-40～-20 dBZ,并随高度呈现出与理论相符的指数递减;9 km高度以下最小回波强度变化小于2 dB,最小回波探测能力稳定性较高,在降水率达到4～5 mm/h时,毫米波云雷达会出现强衰减导致的虚假晴空区。虽然多部毫米波云雷达的基数据存在差异,但与地面雨滴谱计算回波强度和微型雨雷达观测回波强度具有一致的垂直分布及时间演变特征。毫米波云雷达探测云顶云底高度与探空资料估算云顶云底高度、风云四号卫星反演云顶高度具有一定的一致性。拼接缝和距离旁瓣虚假回波是较为直观且能够对业务化应用产生直接影响的问题。