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第1章 雷达概论1

1.1 雷达的技术发展1

1.2 脉冲雷达框图3

1.2.1 发射机3

1.2.2 收发开关4

1.2.3 天线4

1.2.4 接收机4

1.2.5 信号处理5

1.2.6 数据处理5

1.2.7 显示器6

1.2.8 雷达控制6

1.2.9 波形6

1.3 雷达的应用和分类6

1.3.1 军用雷达7

1.3.2 民用雷达8

1.3.3 雷达的分类9

1.4 雷达频率9

第2章 雷达系统11

2.1 雷达发射机11

2.1.1 雷达发射机的任务和基本组成11

2.1.2 雷达发射信号及其参数12

2.1.3 雷达发射机的主要质量指标14

2.1.4 单级振荡式发射机18

2.1.5 主振放大式发射机22

2.1.6 固态发射机27

2.1.7 脉冲调制器33

2.2 雷达接收机38

2.2.1 雷达接收机的组成和主要质量指标38

2.2.2 接收机的噪声系数和灵敏度41

2.2.3 雷达接收机的高频部分50

2.2.4 本机振荡器和自动频率控制56

2.2.5 接收机的动态范围和增益控制59

2.2.6 滤波和接收机带宽62

2.3 雷达天线66

2.3.1 天线参数66

2.3.2 天线辐射方向图70

2.3.3 抛物面反射器天线74

2.3.4 波导及馈线78

2.3.5 雷达天线罩85

2.3.6 天线的稳定86

2.4 天线伺服系统87

2.4.1 雷达伺服系统的组成87

2.4.2 轴角编码90

2.4.3 连续伺服系统97

2.4.4 数字伺服系统98

第3章 天气雷达系统设计105

3.1 引言105

3.2 电磁波及其在大气中的传播105

3.2.1 散射现象及散射特性106

3.2.2 后向散射截面106

3.2.3 单个小球形粒子的散射——瑞利散射107

3.2.4 单个球形粒子的散射——米散射（Mie散射）107

3.2.5 粒子群的散射108

3.3 球形水滴和冰粒的散射109

3.3.1 单个球形粒子的雷达截面和后向散射截面109

3.3.2 雷达反射率与反射率因子110

3.3.3 瑞利后向散射与米后向散射的比较和等效反射率因子112

3.3.4 球形干冰粒对雷达波的散射113

3.4 晴空回波的散射和反射机制114

3.4.1 湍流大气对雷达波的散射115

3.4.2 分层大气对雷达波的镜式反射115

3.5 气象目标的雷达方程115

3.6 设计所要考虑的因素117

3.6.1 衰减的影响118

3.6.2 距离——速度模糊124

3.6.3 地杂波的影响124

3.6.4 电磁波在大气中的折射124

3.6.5 电磁波的反射127

3.7 天气多普勒雷达系统参数的选择127

3.7.1 雷达工作频率的选择128

3.7.2 雷达频率的稳定性能128

3.7.3 线波束宽度129

3.8 信号处理精度及处理器实现考虑130

3.8.1 多普勒雷达信号处理的简单描述130

3.8.2 测量精度132

3.9 应用考虑133

3.9.1 降雨测量133

3.9.2 强暴风雪报警134

3.9.3 微爆现象134

3.10 多普勒天气雷达数字化大动态接收机135

3.10.1 系统基本组成135

3.10.2 数字锁相频率合成器136

3.10.2 系统特性标定136

3.11 WSR-98D天气雷达发射机设计总结137

3.11.1 工作原理描述138

3.11.2 发射机达到的性能指标138

3.11.3 雷达发射机采用的新技术138

第4章 常规天气雷达探测的基本理论141

4.1 常规天气雷达的组成及工作原理141

4.2 气象目标对电磁波的散射143

4.2.1 发射接收信号与目标探测143

4.2.2 雷达电磁脉冲的散射143

4.2.3 探测目标的能力与波长的关系144

4.2.4 气象回波信号涨落现象144

4.2.5 气象回波信号强度146

4.3 气象雷达方程148

4.4 数字化常规天气雷达150

4.4.1 引言150

4.4.2 天气雷达数字系统特点150

4.4.3 天气雷达数字处理系统156

4.4.4 天气雷达数字系统中数字化图像处理的基本内容163

第5章 多普勒天气雷达回波信息处理原理165

5.1 回波信号的解析形式165

5.2 信号的取样和分析165

5.2.1 信号的取样问题165

5.2.2 平均速度和速度谱的计算166

5.3 脉冲多普勒天气雷达回波的频谱分析167

5.3.1 运动目标的多普勒效应167

5.3.2 简单方脉冲序列的频谱169

5.3.3 高频载波方脉冲序列的频谱171

5.3.4 散射过程对载波脉冲的调制及回波信号的解调174

5.4 雷达回波的脉冲对处理方法177

5.5 信号处理的FFT方法及其他方法介绍180

5.5.1 FFT方法181

5.5.2 VPC（Vector Phase Change）方法182

5.6 几种信号处理方法的比较183

5.7 影响多普勒回波谱宽的目标运动因素185

5.7.1 风切变185

5.7.2 波束宽度186

5.7.3 下落速度分布186

5.7.4 风湍流188

5.8 信号处理189

5.8.1 WSR-98D速度探测方法189

5.8.2 基本数据的产生193

5.9 减轻数据模糊（Mitigation of Data Ambiguities）194

5.9.1 距离折叠的解释194

5.9.2 PRF对Rmax和Vmax的影响195

5.9.3 距离去折叠算法195

5.10 速度退模糊算法201

5.10.1 交错PRT方案及改进201

5.10.2 空间连续性速度退模糊算法203

5.10.3 不适当地退模糊的速度205

5.11 地物杂波抑制及其算法206

5.11.1 地物杂波污染206

5.11.2 地物杂波抑制算法207

5.11.3 地物杂波抑制区域的定义209

5.11.4 地物杂波抑制算法的优点及局限性210

5.11.5 间歇性点杂波抑制算法210

第6章 多普勒气象雷达回波分析212

6.1 概述212

6.1.1 气象回波与非气象回波212

6.1.2 脉冲多普勒天气雷达径向速度场分析基础213

6.2 大范围降水多普勒速度图像的分析214

6.2.1 风速随高度变化风向不变的多普勒速度图像216

6.2.2 非均匀水平风场的多普勒速度图像218

6.2.3 风向随高度的变化风速不变的多普勒速度图像219

6.2.4 风向风速都随高度变化的多普勒速度图像221

6.2.5 垂直剧变的风场多普勒速度图像222

6.2.6 水平不连续风场多普勒速度图像223

6.3 对流气团的多普勒速度图像225

6.3.1 风速风向都不变的图像225

6.3.2 气旋和反气旋的多普勒速度图像226

6.3.3 辐合辐散多普勒速度图像228

6.3.4 不同方向的对称流场多普勒速度图像的比较230

6.3.5 龙卷涡旋特征（TVS）多普勒速度图像235

6.3.6 同时存在两个辐散区的多普勒速度图像238

6.3.7 环绕雷暴上升区的中层气流多普勒速度图像239

6.3.8 超级单体风暴地面流场图像240

第7章 中国新一代多普勒天气雷达（CINRAD）系统介绍242

7.1 CINRAD SA242

7.1.1 CINRAD SA天气雷达简介242

7.1.2 CINRAD SA天气雷达系统工作原理243

7.2 CINRAD SB及CINRAD CA256

7.2.1 数字中频接收机原理模型256

7.2.2 数字中频接收机框图257

7.3 714CDN/SDN258

7.3 CINRAD/CD型全相参多普勒天气雷达系统258

7.3.2 CINRAD/SD型全相参多普勒天气雷达系统259

7.3.3 714CDN天线系统259

7.3.4 714CDN馈线系统260

7.3.5 714CDN发射系统260

7.3.6 714CDN接收系统261

7.3.7 信号处理器263

7.3.8 数据处理和终端显示系统266

7.3.9 伺服单元266

7.3.10 监控用A/D变换单元267

7.3.11 电和电源267

7.4 3830型多普勒天气雷达268

7.4.1 3830技术特点及性能指标268

7.4.2 3830系统简述269

第8章 多普勒雷达产品生成和应用274

8.1 基本数据产品274

8.1.1 平面位置显示（PPI）274

8.1.2 距离高度显示（RHI）275

8.1.3 等高平面位置显示（CAPPI）275

8.1.4 垂直最大回波强度显示（CR）276

8.1.5 任意垂直剖面（VCS）276

8.2 物理量产品277

8.2.1 回波顶高显示（ETPPI）277

8.2.2 垂直累积液态含水量显示（VIL）277

8.2.3 风切变产品系列279

8.2.4 分层湍流组合（CAT）284

8.2.5 测量区域雨量285

8.3 风场反演产品287

8.3.1 VAD技术测量风场结构原理简介287

8.3.2 VAD技术反演平均风向风速292

8.3.3 垂直风廓线产品294

第9章 新技术在气象雷达中的应用296

9.1 脉冲压缩技术概述297

9.2 线性调频脉冲压缩300

9.2.1 线性调频脉冲压缩的基本原理300

9.2.2 线性调频脉冲压缩的频谱特性302

9.3 线性调频信号的模拟产生305

9.3.1 有源产生法305

9.3.2 无源产生法306

9.4 模拟式压缩网络的实现308

9.5 线性调频脉冲压缩信号的距离旁瓣抑制方法309

9.6 线性调频脉冲信号产生及时域压缩处理的数字实现311

9.7 线性调频脉冲压缩信号的频域数字处理314

9.8 相位编码脉冲压缩315

9.8.1 概述315

9.8.2 二相编码信号316

9.8.3 二相编码脉冲压缩雷达的旁瓣抑制方法319

9.9 相位编码脉冲压缩信号的处理320

9.10 脉冲压缩技术在气象雷达中的应用321

9.10.1 必要性322

9.10.2 编码波形设计322

9.10.3 压缩滤波器设计323

9.10.4 波形分析324

9.10.5 数据分析326

9.10.6 应用前景328

9.11 偏振气象雷达现状及其应用329

9.11.1 概述329

9.11.2 圆偏振雷达技术329

9.11.3 双线偏振雷达技术330

9.11.4 椭圆偏振雷达技术332

9.11.5 偏振雷达基本参数估算方法332

9.11.6 选用参考333

9.12 双（多）基地天气雷达技术及其应用334

9.12.1 双（多）基地天气雷达系统构成及性能特点334

9.12.2 双（多）基地天气雷达系统探测原理336

9.12.3 双（多）基地天气雷达系统探测结果分析339

9.12.4 应用前景339

9.13 多参数雷达在气象观测中的应用339

9.13.1 雷达参数的定义及其估计算法341

9.13.2 NCAR-CP2雷达在微雨中的竖向观测343

9.13.3 对暴雨的雷达观测实验分析344

参考文献346