雷达复习
-
第一章
1.
简述单个球形粒子对雷达波散射的分类
.
瑞利散射
2
< br>
r
1
< br>时
、米散射
2
r
0.13
时
2.
何
谓
Rayleigh
散射
?
简述其散射能流密度的特点
.
定义：当雷达波长
一定后，散射粒子的散射取决于粒子直径与入射波长之比，
d<<
λ称为
瑞利散射
；
特征：散射能流密度正比于
1/
λ
，即雷达波长越短，散射越强。雷达波一定时，在满足瑞利散射时，粒子半径越大，散射越强。
3.
简述
Mie
散射理论的应用范围
.
1
）当球形粒子的
2
r
0.13
时
，
用瑞利散射公
式计算会产生误差，随着α增大，瑞利散射公式就不适用；
2
）米氏建立了包括“大”
、
“小”球形粒子在内的普遍的球形粒子散射理论，并导出了散射函数的表示式；
< br>
3
）
“大球”时
,
必须用米散射公式去处理才比较符合实际。
4.
简述雷达截面的意义及其在瑞利散射下的表达式
.
5.
写出雷达反射率的定义及其表达式
.
瑞利散射条件下的雷达反射率：
6.
写出瑞利散射条件下的雷达反射率因子及其表达的物理意义
.
雷达反射率因子：
Z
的绝大部分。
第二章
1.
何谓衰减因子？简述其物理意义。
P
P
•
K
其中
P
：没有考
虑大气、云、降水等衰减时的平均回波功率；
r
r
0
r
0
P
< br>：考虑大气、云、降水等衰减时的平均回波功率；
K:
衰减因子。
r
2
2
4
64
5
r
6
m
2
1
5
D
6
m
2
1
4
m
2
< br>
2
4
m
2
2
意
义：从粒子雷达截面的大小去了解它所造成的后向散射的大小。瑞利散射条件下的雷达截面：
N
雷达反射率：
单位体积内全部
降水粒子的雷达截面之和，反映了单位体积内一群云雨滴在天线处造成的回波功率大小。
i
i
1
0
5
m
< br>2
1
n
(
D
)
(
D
)
dD
<
/p>
4
m
2
2
2
Z
0
n
(
D
)
D
6
dD
，只取决于云、雨滴谱情况；与粒子直径的六次方成
正比，说明少数大水滴将提供散射回波功率
(1)
假设没有考虑
大气、云、降水等衰减时的平均回波率为
1
，则考虑大气、云、
降水等衰减时的平均回波率的数值大小称为
衰减因子
K
，
K<1
；
(2)
物理意义：平均回波功率为
1
时的衰减后平均回波功率。
2.
何谓衰减系数？简述其物理意义并说明与衰减因子的关系。
<
/p>
dP
r
2
k
L
P
r
•
dR
其中
k
L<
/p>
dP
r
为衰减系数。
2
P
r
•
dR
R
物
理意义：由于衰减作用
,
单位接收功率在大气中往返单位距离时
所衰减掉的能量。衰减系数的量纲
:1/
长度
< br>
衰减系数与衰减因子的关系：
dP
r
2
k
L
P
r<
/p>
•
dR
；对上式从
0
到
R
积分得
:
P
r
P
0
exp(
2
3.
简述衰减因子的分贝表示法。
R
0
k
L
dR
)
；所以有
:K=
e
xp(
2
k
L
dR
)
0
物理意义：要决定衰减因子
K
，先要决
定衰减系数
k
L
。
k
L
是大气、云、降水等不同因子造成的总衰减系数。
因为有：
lg
M
0.4343ln
M
，所以：
10
lg
既得
:
10
lg
R
P
r
2
4.343
k
L
dR
令
:
k
4.343
k
L
0
P
r
0
R
P
r
分贝
2
kdR
其中
k
就是以
为单位的衰
减系数
0
P
r
0
距离
5.
简述云对雷达电磁波衰减的主要特点。
①由液滴组成的云的衰减随波长增加而迅速减小；②液态云的衰减还随温度减小而增加；③对于
10cm
波长的雷达波，云的衰减很小，可
忽略；④冰
云的衰减要比液态云的衰减小
2
～
3<
/p>
个量级。
*
6.
简述雨对雷达电磁波衰减的主要特点。
1)
单位降水强度的衰减系数
K
’值
除了与温度有关，还与波长有关；
2
）除波长λ
=3.2cm
外，每一相同波长处不同谱型的
K
’值很接近，没
有因滴谱形式不同而出现很大差异；
< br>3
）雨的衰减系数
ktr
一般和
降水强度
I
近于成正比关系；
4
）λ
=10cm
时，雨的衰减小到可以忽略，
但
K
’
值随波
长变小而很快增大，
因此毫米波雷达一般不能用来测雨，
而只用
于测云；
5
）
由于雨滴谱分布和降水强
度经常是随空间变化的，
故在雷达波束所经过的路径上每一段的衰减情况往往不相同。<
/p>
*7.
简述雨的衰减系数和降水强度的关系。
k
tr
K
2
I
其中
K
2
和
是波长
的函数
①雨的衰减系数与降水强度
I<
/p>
的经验关系：
I:
单位时间内降落到地面单位面积上的降水量
第三章
2.
写出充塞系数为
1,
满足瑞利散射条件的雷达气象方程简化形
式
,
并讨论其影响因子。
其中
Z
为雷达反射率因子，与气象目标物的粒子大
小与数密度（气象目标物的谱分布）有关；
C
由雷达参数和目标
物散射特性共同决定，
雷达出厂时已设定；
R
< br>为距离因子；
k
为衰减因子。⑴雷达参数：①发射功率<
/p>
P
t
；②波长λ
(
振荡频率
f)
；③脉冲宽度τ
(
脉冲长度
h)
；④
脉冲重复频率
(PRF)
；⑤天线增益
G
；⑥接收机灵敏度
(P
min
)
⑵气象因子的作用；⑶距离因子的影响。<
/p>
P
r
C
Z
•
10
R
2
0.2
0
R
kdR
；式中
:
Z
0
2
2
< br>
PG
h
m
1
6
t
n
(
D
)
D
dD
为雷达反射率因子
；
C
2
m
2
2
1024ln
2
3
2
1
1.
试推导均匀分布单个目标物的雷达方程。
假定发射功率
P
t
作各向同性均匀
辐射，则在距离
R
处的雷达波能流密度为：
S
av
(
R
)
天线增益为：
G
P
t
；
4
R
2
S
max
PG
其中
S
max
表示定向天线最大辐射
方向的能流密度，于是，
S
max
<
/p>
GS
av
t<
/p>
2
；
S
av
4
R
S
S
(
)4
R
2
根据定义，
R
处目标的雷达截面为：
< br>
；
S
max
< br>于是目标散射回天线处的后向散射能流密度为：
S
s
(
)
P
t
•
G
•
< br>4
R
2
2
；
设接收机与天线匹配时输向接
收机的最大功
率为
P
r
max
，在天线主轴方向到达天线的能流密度为
S
S
(
)
，
则天线有效截面定义为
:
< br>A
e
P
r
max
；
S
S
(
)
P
G
t
A
e<
/p>
于是天线接收到来自散射
(
或反射
)
体的总功率
P
r<
/p>
为：
P
r
S
S
(
)
A
e
4
R
< br>
2
2
；
2
从天线理论中可得：
A
e
G
式中
是雷达波长；将其代入上式后即得：
4
2
PG
2
t
P
r
为均匀分布单个目标物的雷达方程。
3
4
4
R
3.
何谓脉冲宽度？简述其对气象雷达探测的影响。
定义：探测脉冲的振荡持续时间
(<
/p>
μ
s)
。影响：当脉冲宽度τ增大时，回
波接收功率
P
r
随着增加，因此可使探
测距离
R
增大，但也产生两
个缺点：①
雷达距离分辨率
(h/2)
变低；②雷达盲区
< br>(h/2)
变大。
4.
简述气象雷达波长的分类及其重要意义。
频率
(MHz)
波长
(cm)
波段
探测对象
30000
10000
6000
3000
1500
1
3
5
10
20
K
X
C
S
L
非降水的云
降水
(
小
)
重要意义：
气象雷达波长λ是决定气象雷达最重要的参数；
同一目标物对不同波长的电磁波的散射和衰减特性有很大差别。
降水
(
中
)<
/p>
：新一代
所以不同用途的气象雷达具有不同的波长。
< br>降水
(
大
)
：新一代
探空
5.
何谓
PRF?
简述其在雷达探测中的作用。
定义：
脉冲重复频率
(PRF)
：每秒产生的触发脉冲的数目；脉冲重
复周期
(PRT)
：两个相邻脉冲之间的间隔时间。
PRF
1
PRT
作用：①
CINRAD-SA
的
PRF
在
300~130
0Hz
之间，实际的
PRF
选择取决于
实际情况；②
PRF
的选取决定了最大探测距离，
PRF
↑→
r
max
↓，当
PRF=500Hz, r
max
=300km
。③影响
r
< br>max
的因子还有：发射功率、目标物高度、雷达架设高度、地球曲率等、大气折
射等。
6.
简述
< br>dB
与
dBZ
的概念与区别。<
/p>
7.
何谓有效照射深度
?
何谓雷达距离分辨率
?
何
谓雷达盲区
?
试分析它们之间的异同。
有效照射深度：
波束中径向散射能量能同时回到天线处的距离，
为脉冲长度的一半。
雷达距离分辨率：
空间径向方向上两个目标物在雷达荧光屏上造成的回波能够区分开来的最小实际距离。
雷达盲区：
离雷达站
h/2
距离内探测不到回波的区域。
相同点：三者均为
脉冲长度的一半，即
h/2
；不同点：有效照射深度是指散射能
量同时回到天线，雷达盲区是指该区域内探测不到回波，
距离分辨率是指在该段距离内各
目标物产生的回波，在荧光屏上成为一个亮点，不能彼此分开，但回波是存在的。
8
.
何谓最大不模糊距离
?
何谓距离折叠
?
试解释
距离折叠的原因。
最大不模糊距离：
发出一个脉冲后到下一个脉冲发出前
,
雷达波束能向前传播及遇
到目标后能返回雷达的最长距离，即最大探测距离。
距离折叠
：
当目标位于最大不模糊距离
r
max
以外时
,
雷达却把目标物显示在
r
max
以内的某个位置的现象；是雷达对回
波目标物位置的一种辨
认错误。
原因
：
由于雷达现在不能辨认来自脉冲
2
以
外其他所有以前发出脉冲的回波能量，它认为现在接收到的能量是脉冲
2
的后向散射。雷达认
2
N
(
dB<
/p>
)
10
•
lg
dBZ
10
•
lg
dB
为
分贝，用于表示回波功率的大小；
dBZ
为反射率因子的对数表
示法，用于表示雷达回波强度。
P
r
P
min
Z
，
(Z
0
=1
mm
6
/m
3
)
Z
0
为它所接收到的后向散射能量来
自脉冲
2
在
50n mile
处所遇到的目标物，而不是脉冲
1
在
300 n mile
处所遇到的目标物。