第四章 雷达气象方程.ppt

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1、第四章雷达气象方程§1单个目标的雷达方程§2云及降水的雷达气象方程§3考虑充塞及衰减的雷达气象方程§4雷达气象方程讨论§0基本概念一.雷达气象方程：雷达回波强度不仅取决于雷达系统各参数的特性，而且和被观测的云、降水粒子的性质有关，还与雷达和被测目标之间的距离以及其间的大气状况有关。只有把这些要素分析清楚，才能根据所测定的回波强度去推断云、降水的物理状况。雷达气象方程是定量地表示云和降水的回波强度与有关因子之间关系的方程。利用雷达气象方程，可以根据回波的强度判断降水区的物理状况，并正确地选择雷达的参数。二.天线辐射强度分布情况一、天线辐射强度在两半

2、功率点间均匀分布情况二、天线辐射强度不均匀分布雷达波束能量完全集中在狭窄波束照射体积中波束内增益为常数情况一、天线辐射强度在两半功率点间均匀分布§1单个目标的雷达方程一.普遍雷达方程的推导1.距离R处的雷达波能流密度:2.天线增益:最大辐射方向的能流密度与各项均匀辐射天线的能流密度之比天线作各项同性均匀发射距离R处的入射能流密度§1单个目标的雷达方程3.R处目标的雷达截面4.目标散射回天线处的后项散射能流密度§1单个目标的雷达方程5.天线有效截面能接收后项散射波的天线面积要比天线外口径截面积小,从天线理论可得:§1单个目标的雷达方程6.天线接收到

3、来自散射体的总功率Pr为:7.雷达回波功率强弱取决于雷达参数(发射功率,增益,波长)、雷达截面、距离等.上式为一个普遍的雷达方程,适用于飞机、船舶、单个雨滴等任何一种单个目标物。根据目标的后向散射截面σ和离开雷达的距离R以及雷达的参数Pt、G、λ,即可计算出其回波功率。单个目标的雷达回波功率与R4成反比，随着距离的增大，回波功率迅速减小。方程中参量的典型值：Pt~105WR~100kmG~40dB~1m2Pt/Pr~1019~10cm§1单个目标的雷达方程二.天线辐射强度不均匀分布时的雷达方程1.天线方向图函数（图3.3实际天线波瓣图）2.

4、天线发射点上与波束轴线成一定角度方向上的能流密度§1单个目标的雷达方程3.天线辐射强度不均匀分布时的雷达方程4.上式是单目标时普遍适用的雷达方程，Pr为天线接收到来自散射(或反射)体的总功率.与雷达参数（Pr,G,λ）、雷达截面和距离。§2云及降水的雷达方程一.天线辐射强度在两半点功率均匀时的雷达方程1.推导雷达气象方程的五点假设：(1)在波束内G为常数(2)云及降水粒子的散射波是非相干波。即波束照射体内的回波是云和降水粒子的总回波能量的时间平均值，等于各个云、降水粒子的回波功率的总和。(3)在波束有效照射体内,粒子的尺度谱处处相同。(4)不考虑

5、衰减。(5)全充满。§2云及降水的雷达方程2.辐射均匀分布时云及降水粒子的雷达气象方程N是波束有效照射体中所有产生的散射能量同时返回天线处的云及降水粒子的总数.而不是单位体积内的粒子数。N是波束有效照射体中所有产生的散射能量能同时返回天线处的云及降水粒子的总数，而不是单位体积内的粒子数。波束有效照射深度：定义：只有在波束中距离R到R+h/2范围内的那些粒子散射的回波，才能在同一时刻到达天线，称h/2为有效照射深度。离雷达等距离的那些粒子存在脉冲长度，距离不等的粒子也可能同时到达天线？关于云和降水的雷达气象方程的N§2云及降水的雷达方程3.波束有效

6、照射深度波束中散射能量能同时回到天线的有效照射深度为脉冲长度的一半脉冲宽度:711:1μs713:2μs天线开始发射脉冲的时间为时间起点t0天线开始收到A处粒子散射能量的时间t1天线开始收到B处粒子散射能量的时间t2天线最后收到A处粒子散射能量的时间t3若AB范围内粒子散射的能量能同时到达天线，则t2=t3波束有效照射深度§2云及降水的雷达方程4.有效照射体积V(1)圆锥形波束的有效照射体积(2)椭圆椎体波束的有效照射体积§2云及降水的雷达方程5.雷达气象方程(1)雷达反射率:(2)波束呈圆锥体时:(3)波束呈椭圆椎体时:§2云及降水的雷达方程二

7、.天线辐射强度不均匀时的雷达气象方程§2云及降水的雷达方程二.天线辐射强度不均匀时的雷达气象方程1.上式为考虑有大量云雨和降水粒子及天线辐射强度不均匀时的雷达气象方程2.雷达接收功率与雷达参数与目标物特性有关3.对RayleighandMiescattering均适用§2云及降水的雷达方程三.雷达气象方程的准确性1.天线辐射强度的不均匀性:2.增益G的讨论我国新一代天气雷达(S波段)的G≥44dB(约2.5万)§2云及降水的雷达方程四.Rayleighscattering的雷达气象方程1.Probert-Jones1961年推导的方程2.园口径抛

8、物面天线的方程§2云及降水的雷达方程四.Rayleighscattering的雷达气象方程3.Probert-Jones方程的简洁形式K