Ch.1 雷达探测原理--1.1引言,1.2.1散射.pdfVIP

Ch. 1 天气雷达探测原理 2015-9-25 1 Ch.1 内容 1.1 引言 1.2 雷达电磁波的气象目标散射、衰减 及大气折射 1.3 雷达气象方程 1.4 天气雷达系统组成与硬件结构 1.5 雷达观测基本参数、探测范围、径 向速度模糊、距离模糊等 2015-9-25 2 1.1 引言 自由空间内传播的电磁波一般是平面波，是一种电场与磁场 相互垂直的横波 电磁波可由波长(或频率) 、传播方向、振幅、极化面（或称 偏振面，即电场振动方向所在的平面）四个基本物理量描述 极化方式--电磁波的电场振动方向的变化趋势 2015-9-25 3 1.1 引言 气象雷达探测的前提是气象目标（如云雨粒子）对雷达发射 的电磁波的散射。这些散射的电磁波中有一部分返回到雷达 天线处，被雷达接收机接收，成为雷达回波。雷达根据接收 回波的来向、强度、相位、极化等信息，判断目标物所在位 置及其性质。研究这种气象目标对雷达电磁波散射现象的理 论就是雷达电磁波的散射理论 -- 气象雷达探测的最基本理 论之一。 雷达回波信号的强度，除了与气象目标的散射能力有关之外， 还与传播路径上气象目标（如大气气体分子、云雨粒子等） 对电磁波的衰减（=吸收+散射）有关 -- 衰减理论。 电磁波在大气中传播，因大气中气象要素的不均匀性，会使 电磁波出现明显的曲线传播现象，这就是电磁波在大气中传 播的折射现象-- 折射理论。 本节将主要介绍气象目标对雷达电磁波的散射，雷达波在大 气传播中发生衰减和折射的理论研究成果。 2015-9-25 4 1.2 雷达电磁波的气象目标散射和衰减及大 气折射 1.2.1 雷达电磁波的气象目标散射 散射特征 散射现象：很常见 散射是雷达探测大气的基础 大气中造成雷达波散射的主要物质： 大气介质：大气气体分子的散射，大气介质折射指数分布不均匀引起 的散射与反射 云和降水粒子：因相态、几何形状（粒子结构）而不同 散射原理：粒子在入射电磁波的极化作用下，做强迫的多极 高频振荡而产生二次波(散射波)； 散射时，粒子只改变电磁波的传播方向，并不改变电磁波的 频率（即散射波频率=入射波频率），且没有能量损耗； 2015-9-25 5 电磁波进入介质内部传播时，一部分能量会转化成热能，就 会产生吸收，还有一部分能量被散射造成向前传播能量的衰 减 粒子的散射能力：与入射电磁波特性有关，与粒子的大小、 形状、电学特性（雷达目标特性）有关 目前能对粒子散射做出精确解析解的只有少数几何形状比较特 殊的粒子，如：圆球体，圆柱体，椭球体。 气象上的云滴、雨滴等粒子一般近似地认为圆球体或椭球体。 散射的分类 当雷达波的波长λ一定时，粒子的散射情况主要取决于粒 子直径 d 与波长之比: d λ时的小球形粒子的散射，称为瑞利(Rayleigh)散射; d ≈λ 时的大球形粒子的散射，称为米(Mie)散射 2015-9-25