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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,Ch. 3,雷达气象方程,9/8/2024,1,3.1,单个目标的雷达方程,9/8/2024,2,天线辐射强度在两半功率点间均匀分布时的雷达方程,(1),物理意义,：,由方向性天线把辐射能量集中到某个方向上,使这个方向上的辐射能流密度增加为各向同性天线的,G,倍。,天线辐射强度在两半功率点间均匀分布时的雷达方程推导,此时，在波束范围内，天线辐射强度均相同，即,天线增益,9/8/2024,3,天线辐射强度在两半功率点间均匀分布时的雷达方程,(2),则天线所能接收到的总后向散射功率，即总回波功率,根据天线理论，有 ，故,普遍的单目标雷达方程,9/8/2024,4,天线辐射强度分布非均匀分布时的雷达方程,(1),当天线辐射强度分布不均匀时，需要引入天线方向图函数,根据电磁波理论， ，则：,此时，入射能流密度,9/8/2024,5,天线辐射强度分布非均匀分布时的雷达方程,(2),在实际探测中，雷达发射和接收采用的都是同一天线，根据天线的互易性原理，则天线辐射强度不均匀时的真实回波功率,天线辐射强度分布不均匀时的,单目标,雷达方程,9/8/2024,6,3.2,云及降水的达气象方程,9/8/2024,7,有效照射深度,/,有效照射体积,脉冲宽度,：雷达发射的脉冲信号有一定的持续时间 （单位微秒），在空间占有一定的距离,;,取雷达开始发射脉冲的时间为起点，天线开始接收到,A,处的,后向散射能量需要经过的时间 ；,假设在脉冲持续时间结束时，天线正好收到,B,处的后向散射能量。此时，已经经过时间 ，则：,9/8/2024,8,有效照射深度,/,有效照射体积,有效照射体积,的普遍计算公式,有效照射体积的具体求法取决于波束的几何形状（与天线的形状有关）。,9/8/2024,9,天线辐射强度均匀时几种特殊形状波束的有效照射体积,(3.7),(3.8),9/8/2024,10,天线辐射强度在两半功率点间均匀分布时的雷达气象方程,(1),三点假设,：,雷达波的能量完全集中在两半功率点之间，且雷达波束横截面内的辐射强度处处相同，均等于最大辐射方向上的增益值，即,在波束内天线的增益,G,为常数,；,云和降水粒子的散射波是非相干波，即照射体积内所有云和降水粒子的总回波功率是,各个云和降水粒子的回波功率的总和,：,在波束的,有效照射体积内,，粒子的尺度谱处处相同。,9/8/2024,11,天线辐射强度在两半功率点间均匀时的单目标雷达方程为,天线辐射强度在两半功率点间均匀分布时的雷达气象方程,(2),由于 ，则：,9/8/2024,12,对于,圆锥形波束,，有,代入,(3.10),得,天线辐射强度在两半功率点间均匀分布时的雷达气象方程,(3),对于,圆锥形波束,，有,代入,(3.10),得,9/8/2024,13,天线辐射强度分布非均匀时的雷达气象方程,(1),天线辐射强度不均匀时，单目标的雷达方程为,当天线辐射强度不均匀时，来自体积微元,dV,内所有云和降水粒子产生的回波功率为,9/8/2024,14,天线辐射强度分布不均匀时的雷达气象方程,(2),天线辐射强度不均匀时的雷达气象方程,，,9/8/2024,15,瑞利散射条件下的雷达气象方程,(1),对于,(3.13),式，如果云和降水粒子的散射满足,瑞利散射,条件，则将,带入,(3.13),，有,瑞利散射条件下的雷达气象方程,9/8/2024,16,瑞利散射条件下的雷达气象方程,(2),对于,圆口径抛物面天线,，有 ，,天线增益 ，,则带入,(3.19),式，有,9/8/2024,17,3.3,考虑衰减和充塞程度的雷达气象方程,9/8/2024,18,充塞程度用充塞系数 来反映，包括垂直充塞系数 和水平充塞系数 ，其中：,充塞程度,9/8/2024,19,考虑衰减和充塞程度的雷达气象方程,(1),根据天线辐射强度不均匀时的雷达气象方程,(3.13),式，若同时考虑衰减、充塞程度，则有,衰减因子,其中，充塞程度系数,9/8/2024,20,考虑衰减和充塞程度的雷达气象方程,(2),满足,瑞利散射,时，有 ，带入,(3.24-1),式中，有,满足,米散射,时，以 替换 ，有,9/8/2024,21,雷达方程推导的小结,(1),(2),天线辐射强度不均匀时，引入,单目标的雷达方程的推导,(1),天线辐射强度在两半功率点之间均匀分布时,9/8/2024,22,(1),天,线辐射强度在两半功率点之间均匀分布时,雷达方程推导的小结,(2),云雨的雷达气象方程的推导,(2),天线辐射强度在两半功率点间不均匀时,9/8/2024,23,(3),考虑衰减和充塞程度时，引入 和,雷达方程推导的小结,(3),9/8/2024,24,雷达气象方程的讨论,(1),常数项,雷达参数项,距离因子项,充塞因子项,气象因子项,脉冲,峰值,功率,脉冲,平均,功率,9/8/2024,25,雷达参数项,接收功率,雷达接收功率不是直接测量，而是与雷达最小可测功率比较而得，习惯于用,dB,表示： ，则实际的接收功率为： 。,发射功率,增大发射机的 ，可以提高信噪比，从而增大探测距离，但单纯增大 ，不仅技术上存在困难，而且会影响脉冲重复频率，反而会影响雷达的最大探测距离，因为： ，而,。,雷达气象方程的讨论,(2),9/8/2024,26,雷达气象方程的讨论,(3),脉冲宽度,h,增大,h,，可以提高探测距离，但是会降低雷达的分辨率，增大探测“盲区”，最好采用适当的脉冲长度，或者采用可变的脉冲长度。,波束宽度,增大波束宽度不仅会使天线发射的能量更加分散，减弱回波能量，而且很难保证距离较远处的充塞程度；,天线增益,G,增大天线增益是提高雷达探测能力的一个重要途径，但波长不变的情况下，只能提高天线的几何截面积（ ），但是天线太大又使其转动性能、抗风能力下降；,9/8/2024,27,雷达气象方程的讨论,(4),气象因子项：,散射、衰减；,距离因子项：,dBZ,与,dB,的关系,9/8/2024,28,9/8/2024,29,9/8/2024,30,9/8/2024,31,显然，雷达的最大探测距离与两个脉冲之间的时间间隔（脉冲重复周期,PRT,）成正比，与脉冲重复频率成反比，即,9/8/2024,32,9/8/2024,33,
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