双基地多普勒天气雷达探测理论及应用分析研究

论文题目: 双基地多普勒天气雷达探测理论及应用分析研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 大气物理学与大气环境

作者: 莫月琴

导师: 徐宝祥,刘黎平

关键词: 双基地多普勒天气雷达,侧向散射,风场反演,旁瓣污染

文献来源: 中国气象科学研究院

发表年度: 2005

论文摘要: 双(多)基地多普勒天气雷达系统是由一个常规多普勒天气雷达和一个或多个远程被动低增益接收机共同组成,是大气风场探测领域的新技术之一。我国973项目“我国重大天气灾害形成机理与预测理论研究”首次运用了日方提供的双(多)基地多普勒天气雷达设备进行了探测试验,另外我国自行研制的双基地雷达系统也已于2004年5月和11月在合肥地区的外场试验中两次成功获取了气象回波资料。因此亟需对双基地多普勒天气雷达系统的探测理论、观测方法、探测范围、探测精度、风场反演等方面进行深入研究,解决在气象应用中的关键问题,为双(多)基地天气雷达探测技术在国内进一步推广提供必要的经验和技术支持。 在目前我国即将完成多普勒天气雷达网建设之际,双基地雷达可能是当前天气雷达网的重要补充手段之一,该项研究具有潜在的应用前景和重要的实用价值。 本论文以研究双基地雷达探测理论为主线,以外场试验实测资料为基础,对双基地雷达系统的相关问题进行了较为系统的研究,主要研究内容和结果如下: 1.首先分析了双基地雷达探测的空间分辨率,然后在瑞利散射假设的前提下,考虑了雷达波的偏振方向、散射体的空间位置等条件,推导出了在双基地雷达系统中散射函数的表达形式和双基地雷达气象方程,模拟计算了侧向散射能力和被动雷达回波功率在空间的分布变化,并将雷达气象方程应用于双基地雷达的探测能力、探测范围和旁瓣污染分析等方面。总结了在双基地雷达探测中,发射波垂直偏振优于水平偏振的结论。如果采用双线偏振发射体制,根据需要采用不同的偏振波组合,能够有效扩大双基地探测的信息量。双基地雷达探测范围远小于常规多普勒天气雷达,其较大回波区域在基线附近和被动雷达一侧的基线延长线周围。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 引言

1.1 选题的目的和意义

1.2 单部和多部多普勒天气雷达风场反演的发展

1.2.1 单多普勒天气雷达风场反演方法

1.2.2 两部或两部以上多普勒天气雷达风场反演技术

1.3 双(多)基地多普勒天气雷达领域的发展与现状

1.3.1 国外在双(多)基地多普勒天气雷达领域的发展与现状

1.3.2 国内在双(多)基地多普勒天气雷达领域的发展与现状

1.4 论文的工作重点

参考文献

第二章 双基地雷达系统

2.1 双基地雷达探测原理

2.1.1 军用双基地雷达的几种波束扫描方式

2.1.2 适用气象的弥散目标跟踪

2.2 双基地雷达系统位置关系

2.2.1 双基地平面

2.2.2 双基地天气雷达探测中的几何关系

2.3 双基地雷达的距离等值线

2.4 双基地角等值线

2.5 双基地雷达距离单元宽度

2.6 双基地雷达的有效照射体积

2.7 小结与讨论

参考文献

第三章 双基地多普勒天气雷达探测能力分析

3.1 双基地雷达的侧向散射

3.1.1 瑞利散射函数的形式

3.1.2 瑞利散射函数在双基地雷达系统中的具体表达式

3.1.3 侧向散射截面

3.2 双基地雷达气象方程

3.2.1 双基地雷达的基本方程

3.2.2 探测云和降水粒子的雷达气象方程

3.3 侧向散射能力和双基地雷达气象方程的理论计算结果

3.3.1 侧向散射能力的计算

3.3.2 被动雷达和主动雷达回波功率的对比分析

3.3.2.1 天线辐射强度均匀时单个目标的主被动雷达回波功率比

3.3.2.2 天线辐射强度不均匀时云和降水粒子的主被动雷达回波功率比

3.4 回波功率的理论计算与实测资料的对比

3.5 双基地雷达的最大探测距离积

3.6 双基地雷达信噪比等值线

3.7 雷达天线的高度设计

3.7.1 双基地雷达的覆盖范围

3.7.2 雷达天线的高度设计

3.8 双基地雷达旁瓣污染的初步探讨

3.8.1 从能量方面分析旁瓣污染

3.8.1.1 单基地情况

3.8.1.2 双基地情况

3.8.2 天线特性

3.8.2.1 发射天线

3.8.2.2 接收机

3.8.3 旁瓣污染的消除

3.9 小结与讨论

附录3.1 在球形粒子散射坐标系中求解方向余弦cosα

参考文献

第四章 双(多)基地多普勒天气雷达风场反演方法的建立和风场反演的精度估测

4.1 多部多普勒天气雷达风场反演的方法

4.2 双基地雷达的多普勒关系和速度测量

4.2.1 双基地雷达的多普勒关系

4.2.2 双基地雷达的速度测量

4.3 建立双(多)基地多普勒天气雷达风场反演方法

4.4 一主两副双(多)基地系统的三维风场构造和算法

4.5 一主两副双(多)基地系统的风场反演精度估测

4.6 一主一副双基地系统的三维风场构造和算法

4.7 二维风场的计算和精度估测

4.8 一主两副和一主一副双基地雷达系统风场反演精度对比分析

4.9 用被动接收机测量的单基地雷达垂直分量估测水平风场误差

4.10 二维风场算法的可靠性检验

4.11 小结与讨论

参考文献

第五章 双(多)基地多普勒天气雷达风场反演方法的应用

5.1 C波段双基气象雷达系统介绍

5.2 反演资料选取

5.2.1 2004年5月获取的外场试验数据分析

5.2.1.1 雷达布局

5.2.1.2 原始数据回波图

5.2.1.3 水平风场反演精度分析

5.2.2 2004年11月外场试验布局和风场反演精度估测

5.2.3 反演资料选取和双基地雷达的地物遮挡分析

5.2.4 反演区域的选择

5.3 风场反演

5.3.1 风场反演系统流程

5.3.2 反演实例

5.4 小结与讨论

参考文献

第六章 总结和讨论

6.1 主要结论

6.2 论文的特色和创新点

6.3 存在的问题和未来的研究方向

论文中常用符号

个人简介

博士期间发表的学术论文

致谢

发布时间: 2005-07-27

参考文献

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• [3].多普勒雷达资料的退速度模糊、风场反演和临近预报的研究[D]. 李南.南京信息工程大学2011

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