相控阵天气雷达强度探测与评估方法研究

论文摘要

摘要：相对于常规机械扫描多普勒天气雷达,相控阵天气雷达具有更快的扫描速度,更有利于对快速变化的灾害天气进行观测。我国相控阵天气雷达尚处在基础研究阶段,许多基础问题都有待研究。本文就是针对我国相控阵天气雷达的实际情况,进行了有关相控阵天气雷达探测强度评估与对比方法研究,具体研究内容如下：(1)对相控阵天气雷达主要性能优势以及发展状况进行了一个简单概述,在此基础上讨论了相控阵天气雷达与常规多普勒天气雷达在扫描原理、相关参数以及扫描方式的不同,并以中国第一部S波段相控阵天气雷达为例讨论了相控阵天气雷达系统,包括系统框架、系统组成、具体参数以及扫描方式。(2)在对相控阵相关性能进行研究的基础上,基于经典雷达气象方程,针对相控阵天气雷达波束宽度和增益不再是固定不变而是随着偏离天线法向的夹角而发生变化以及脉冲压缩技术的使用,推导了有关相控阵天气雷达的雷达气象方程,并对我国实际取得的相控阵天气雷达数据,采用此雷达气象方程进行了相控阵天气雷达反射率的估算。(3)在获得实际相控阵天气雷达观测数据之前,采用模拟的方法,根据我国S波段相控阵天气雷达数据的实际参数进行了相控阵天气雷达与新一代天气雷达探测云回波强度及结构误差的模拟分析,通过分析结果,从理论上得出相控阵气象雷达与常规多普勒气象雷达在扫描特性上的差异,并选出一个更为合理的扫描方式,为相控阵气象雷达之后的实际观测提供理论参考。(4)在得到相控阵天气雷达实际观测数据之后,根据采集数据其雷达相对位置、扫描方式以及相关参数的不同,进行了有关相控阵天气雷达与多普勒天气雷达强度数据对比方法的研究,并采用实际数据对对比方法进行了验证,结果表明,对比方法能有效的检验相控阵天气雷达与多普勒天气雷达的扫描差异,同时在此方法基础上进行的强度补偿也是行之有效的。(5)相控阵天气雷达相对于常规多普勒天气雷达其优势就在于其快速扫描特性,可以观测时间尺度变化更快的回波单体的细微结构,因此在之前验证相控阵天气雷达实际观测数据可用性的基础上,利用有限的观测数据,根据我国X波段相控阵天气雷达的一次实际扫描个例,分析了其快速扫描观测到的回波水平结构和垂直结构的细微变化,并在此基础上进行了更为细致的降水估测。结果表明：相对于常规机械扫描多普勒天气雷相控阵天气雷达可以有效提高数据的时间分辨率,同时在此基础上进行的降水估测更为准确,其空间分辨率也更为精细,为下一步局地短时精细预报提供了良好的保障。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究的背景目的和意义
• 1.2 相控阵天气雷达发展
• 1.3 相控阵气象雷达资料应用进展
• 1.3.1 相控阵天气雷达雷达气象方程研究
• 1.3.2 相控阵天气雷达资料的分析应用
• 1.4 脉冲压缩理论概述
• 1.5 论文研究内容和技术路线
• 1.5.1 论文研究的目的
• 1.5.2 论文研究的内容
• 1.5.3 论文研究的技术路线
• 参考文献
• 第二章 相控阵天气雷达与多普勒天气雷达系统
• 2.1 雷达探测原理
• 2.2 雷达波束分析
• 2.3 雷达收发系统
• 2.3.1 雷达发射机
• 2.3.2 雷达接收机
• 2.4 特征参数
• 2.4.1 雷达波束宽度
• 2.4.2 雷达增益
• 2.4.3 脉冲宽度
• 2.5 扫描方式
• 2.6 S波段相控阵天气雷达系统
• 2.6.1 系统框图
• 2.6.2 S波段相控阵天气雷达设备组成
• 2.6.3 雷达参数
• 2.6.4 工作方式
• 2.7 小结
• 参考文献
• 第三章 相控阵天气雷达雷达气象方程
• 3.1 相控阵天气雷达波束和脉冲压缩分析
• 3.1.1 相控阵天气雷达雷达气象方程推导依据
• 3.1.2 雷达增益项推导
• 3.1.3 波束宽度项推导
• 3.1.4 脉压得益项
• 3.2 相控阵天气雷达雷达气象方程
• 3.2.1 单个目标相控阵天气雷达雷达气象方程
• 3.2.2 离散目标的相控阵天气雷达雷达气象方程
• 3.2.2 相控阵天气雷达雷达气象方程的应用
• 3.2.3 系统灵敏度
• 3.2.4 实际雷达反射率计算
• 3.2.5 相控阵天气雷达初步探测结果
• 3.3 小结
• 参考文献
• 第四章 相控阵天气雷达与新一代天气雷达探测云回波强度及结构误差的模拟分析
• 4.1 模拟扫描原理
• 4.1.1 常规多普勒天气雷达模拟扫描原理
• 4.1.2 相控阵天气雷达模拟扫描原理
• 4.2 模拟扫描方案
• 4.2.1 真实场数据的获得
• 4.2.2 模拟扫描方案一
• 4.2.3 模拟扫描方案二
• 4.2.4 模拟方案三
• 4.3 模拟扫描结果
• 4.3.1 模拟方案一
• 4.3.2 模拟方案二
• 4.3.3 模拟方案三
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第五章 相控阵天气雷达与多普勒天气雷达强度数据对比方法研究
• 5.1 相控阵天气雷达与多普勒天气雷达性能介绍
• 5.2 对比方法概述
• 5.3 相控阵天气雷达与多普勒天气雷达强度对比方法研究
• 5.3.1 直接对比法
• 5.3.2 格点对比法
• 5.3.3 对应点对比法
• 5.4 小结
• 参考文献
• 第六章 X波段相控阵天气雷达快速扫描特性个例分析
• 6.1 概述
• 6.2 X波段相控阵天气雷达介绍
• 6.3 观测实验介绍
• 6.3 过程描述
• 6.4 扫描策略
• 6.5 X波段相控阵天气雷达快速扫描个例回波分析
• 6.5.1 水平结构分析
• 6.5.2 垂直结构分析
• 6.6 小结
• 参考文献
• 第七章 总结和讨论
• 7.1 总结
• 7.2 论文特点和创新点
• 7.3 存在问题和未来研究的方向
• 致谢
• 个人简历