气象百科
article【 多普勒雷达 】 (Doppler radar)利用多普勒效应原理,测量目标物径向运动速度的雷达。
多普勒效应是指当目标物的运动指向(背向)雷达站时,雷达接收到的回波载频将高于(低于)发射波的载频。频率变化的量级小,约为发射载频的10-7,但其值正比于目标物径向运动的速度分量。因此根据回波载频的变化,即可计算出目标物的径向运动速度。常采用对回波信号进行谱分析或相关分析,来获取目标的径向速度。多普勒雷达的组成部分与普通雷达相似,但发射机和接收机的结构要复杂得多。气象上用的多普勒雷达大多工作于脉冲波方式,称为脉冲多普勒雷达。用于探测天气系统的称为多普勒天气雷达。由于多普勒天气雷达能够测量云雨区域的流场结构,对于研究天气系统的动力学状态极为重要,所以是大气探测的重要设备。在气象服务中,多普勒天气雷达是强风暴警戒的有力工具。其方框图,如图所示。
脉冲多普勒雷达于20世纪60年代研制成功并投入使用。20世纪70年代以来,随着大规模集成电路和数字处理技术的发展,脉冲多普勒雷达广泛用于机载预警、导航、导弹制导、卫星跟踪、战场侦察、靶场测量、武器火控和气象探测等方面,成为重要的军事装备。装有脉冲多普勒雷达的预警飞机,已成为对付低空轰炸机和巡航导弹的有效军事装备。此外,这种雷达还用于气象观测,对气象回波进行多普勒速度分辨,可获得不同高度大气层中各种空气湍流运动的分布情况。机载火控系统用的主要是脉冲多普勒雷达。如美国战机装备的APG-68雷达,代表了机载脉冲多普勒火控雷达的先进水平。它有18种工作方式,可对空中、地面和海上目标边搜索边跟踪,抗干扰性能好,当飞机在低空飞行时,还可引导飞机跟踪地形起伏,以避免与地面相撞。这种雷达体积小,重量轻,可靠性高。
机载脉冲多普勒雷达主要由天线、发射机、接收机、伺服系统、数字信号处理机、雷达数据处理机和数据总线等组成。机载脉冲多普勒雷达通常采用相干体制,有着极高的载频稳定度和频谱纯度以及极低的天线旁瓣,并采取先进的数字信号处理技术。脉冲多普勒雷达通常采用较高以及多种的重复频率和多种发射信号形式,以在数据处理机中利用代数方法,并可应用滤波理论在数据处理机中对目标坐标数据作进一步滤波或预测。
多普勒雷达与传统雷达的一个区别在于它的发射机一直处于开启状态,这种类型的雷达称为连续波或CW雷达。发射机之所以必须一直开启,因为它不像传统雷达,需计算发射与接收间的时间,多普勒雷达寻找频率变化。而频率变化不会持续很长时间,因此发射机必须一直处于开启状态。
脉冲多普勒雷达具有下列特点:
①采用可编程序信号处理机,以增大雷达信号的处理容量、速度和灵活性,提高设备的复用性,从而使雷达能在跟踪的同时进行搜索并能改变或增加雷达的工作状态,使雷达具有对付各种干扰的能力和超视距的识别目标的能力;
②采用可编程序栅控行波管,使雷达能工作在不同脉冲重复频率,具有自适应波形的能力,能根据不同的战术状态选用低、中或高三种脉冲重复频率的波形,并可获得各种工作状态的最佳性能;
③采用多普勒波束锐化技术获得高分辨率,在空对地应用中可提供高分辨率的地图测绘和高分辨率的局部放大测绘,在空对空敌情判断状态可分辨出密集编队的群目标。