第1章 雷达概论 1
1.1 雷达的技术发展 1
1.2 脉冲雷达框图 3
1.2.1 发射机 3
1.2.2 收发开关 4
1.2.3 天线 4
1.2.4 接收机 4
1.2.5 信号处理 5
1.2.6 数据处理 5
1.2.7 显示器 6
1.2.8 雷达控制 6
1.2.9 波形 6
1.3 雷达的应用和分类 6
1.3.1 军用雷达 7
1.3.2 民用雷达 8
1.3.3 雷达的分类 9
1.4 雷达频率 9
第2章 雷达系统 11
2.1 雷达发射机 11
2.1.1 雷达发射机的任务和基本组成 11
2.1.2 雷达发射信号及其参数 12
2.1.3 雷达发射机的主要质量指标 14
2.1.4 单级振荡式发射机 18
2.1.5 主振放大式发射机 22
2.1.6 固态发射机 27
2.1.7 脉冲调制器 33
2.2 雷达接收机 38
2.2.1 雷达接收机的组成和主要质量指标 38
2.2.2 接收机的噪声系数和灵敏度 41
2.2.3 雷达接收机的高频部分 50
2.2.4 本机振荡器和自动频率控制 56
2.2.5 接收机的动态范围和增益控制 59
2.2.6 滤波和接收机带宽 62
2.3 雷达天线 66
2.3.1 天线参数 66
2.3.2 天线辐射方向图 70
2.3.3 抛物面反射器天线 74
2.3.4 波导及馈线 78
2.3.5 雷达天线罩 85
2.3.6 天线的稳定 86
2.4 天线伺服系统 87
2.4.1 雷达伺服系统的组成 87
2.4.2 轴角编码 90
2.4.3 连续伺服系统 97
2.4.4 数字伺服系统 98
第3章 天气雷达系统设计 105
3.1 引言 105
3.2 电磁波及其在大气中的传播 105
3.2.1 散射现象及散射特性 106
3.2.2 后向散射截面 106
3.2.3 单个小球形粒子的散射——瑞利散射 107
3.2.4 单个球形粒子的散射——米散射（Mie散射） 107
3.2.5 粒子群的散射 108
3.3 球形水滴和冰粒的散射 109
3.3.1 单个球形粒子的雷达截面和后向散射截面 109
3.3.2 雷达反射率与反射率因子 110
3.3.3 瑞利后向散射与米后向散射的比较和等效反射率因子 112
3.3.4 球形干冰粒对雷达波的散射 113
3.4 晴空回波的散射和反射机制 114
3.4.1 湍流大气对雷达波的散射 115
3.4.2 分层大气对雷达波的镜式反射 115
3.5 气象目标的雷达方程 115
3.6 设计所要考虑的因素 117
3.6.1 衰减的影响 118
3.6.2 距离——速度模糊 124
3.6.3 地杂波的影响 124
3.6.4 电磁波在大气中的折射 124
3.6.5 电磁波的反射 127
3.7 天气多普勒雷达系统参数的选择 127
3.7.1 雷达工作频率的选择 128
3.7.2 雷达频率的稳定性能 128
3.7.3 线波束宽度 129
3.8 信号处理精度及处理器实现考虑 130
3.8.1 多普勒雷达信号处理的简单描述 130
3.8.2 测量精度 132
3.9 应用考虑 133
3.9.1 降雨测量 133
3.9.2 强暴风雪报警 134
3.9.3 微爆现象 134
3.10 多普勒天气雷达数字化大动态接收机 135
3.10.1 系统基本组成 135
3.10.2 数字锁相频率合成器 136
3.10.2 系统特性标定 136
3.11 WSR-98D天气雷达发射机设计总结 137
3.11.1 工作原理描述 138
3.11.2 发射机达到的性能指标 138
3.11.3 雷达发射机采用的新技术 138
第4章 常规天气雷达探测的基本理论 141
4.1 常规天气雷达的组成及工作原理 141
4.2 气象目标对电磁波的散射 143
4.2.1 发射接收信号与目标探测 143
4.2.2 雷达电磁脉冲的散射 143
4.2.3 探测目标的能力与波长的关系 144
4.2.4 气象回波信号涨落现象 144
4.2.5 气象回波信号强度 146
4.3 气象雷达方程 148
4.4 数字化常规天气雷达 150
4.4.1 引言 150
4.4.2 天气雷达数字系统特点 150
4.4.3 天气雷达数字处理系统 156
4.4.4 天气雷达数字系统中数字化图像处理的基本内容 163
第5章 多普勒天气雷达回波信息处理原理 165
5.1 回波信号的解析形式 165
5.2 信号的取样和分析 165
5.2.1 信号的取样问题 165
5.2.2 平均速度和速度谱的计算 166
5.3 脉冲多普勒天气雷达回波的频谱分析 167
5.3.1 运动目标的多普勒效应 167
5.3.2 简单方脉冲序列的频谱 169
5.3.3 高频载波方脉冲序列的频谱 171
5.3.4 散射过程对载波脉冲的调制及回波信号的解调 174
5.4 雷达回波的脉冲对处理方法 177
5.5 信号处理的FFT方法及其他方法介绍 180
5.5.1 FFT方法 181
5.5.2 VPC（Vector Phase Change）方法 182
5.6 几种信号处理方法的比较 183
5.7 影响多普勒回波谱宽的目标运动因素 185
5.7.1 风切变 185
5.7.2 波束宽度 186
5.7.3 下落速度分布 186
5.7.4 风湍流 188
5.8 信号处理 189
5.8.1 WSR-98D速度探测方法 189
5.8.2 基本数据的产生 193
5.9 减轻数据模糊（Mitigation of Data Ambiguities） 194
5.9.1 距离折叠的解释 194
5.9.2 PRF对Rmax和Vmax的影响 195
5.9.3 距离去折叠算法 195
5.10 速度退模糊算法 201
5.10.1 交错PRT方案及改进 201
5.10.2 空间连续性速度退模糊算法 203
5.10.3 不适当地退模糊的速度 205
5.11 地物杂波抑制及其算法 206
5.11.1 地物杂波污染 206
5.11.2 地物杂波抑制算法 207
5.11.3 地物杂波抑制区域的定义 209
5.11.4 地物杂波抑制算法的优点及局限性 210
5.11.5 间歇性点杂波抑制算法 210
第6章 多普勒气象雷达回波分析 212
6.1 概述 212
6.1.1 气象回波与非气象回波 212
6.1.2 脉冲多普勒天气雷达径向速度场分析基础 213
6.2 大范围降水多普勒速度图像的分析 214
6.2.1 风速随高度变化风向不变的多普勒速度图像 216
6.2.2 非均匀水平风场的多普勒速度图像 218
6.2.3 风向随高度的变化风速不变的多普勒速度图像 219
6.2.4 风向风速都随高度变化的多普勒速度图像 221
6.2.5 垂直剧变的风场多普勒速度图像 222
6.2.6 水平不连续风场多普勒速度图像 223
6.3 对流气团的多普勒速度图像 225
6.3.1 风速风向都不变的图像 225
6.3.2 气旋和反气旋的多普勒速度图像 226
6.3.3 辐合辐散多普勒速度图像 228
6.3.4 不同方向的对称流场多普勒速度图像的比较 230
6.3.5 龙卷涡旋特征（TVS）多普勒速度图像 235
6.3.6 同时存在两个辐散区的多普勒速度图像 238
6.3.7 环绕雷暴上升区的中层气流多普勒速度图像 239
6.3.8 超级单体风暴地面流场图像 240
第7章 中国新一代多普勒天气雷达（CINRAD）系统介绍 242
7.1 CINRAD SA 242
7.1.1 CINRAD SA天气雷达简介 242
7.1.2 CINRAD SA天气雷达系统工作原理 243
7.2 CINRAD SB及CINRAD CA 256
7.2.1 数字中频接收机原理模型 256
7.2.2 数字中频接收机框图 257
7.3 714CDN/SDN 258
7.3 CINRAD/CD型全相参多普勒天气雷达系统 258
7.3.2 CINRAD/SD型全相参多普勒天气雷达系统 259
7.3.3 714CDN天线系统 259
7.3.4 714CDN馈线系统 260
7.3.5 714CDN发射系统 260
7.3.6 714CDN接收系统 261
7.3.7 信号处理器 263
7.3.8 数据处理和终端显示系统 266
7.3.9 伺服单元 266
7.3.10 监控用A/D变换单元 267
7.3.11 电和电源 267
7.4 3830型多普勒天气雷达 268
7.4.1 3830技术特点及性能指标 268
7.4.2 3830系统简述 269
第8章 多普勒雷达产品生成和应用 274
8.1 基本数据产品 274
8.1.1 平面位置显示（PPI） 274
8.1.2 距离高度显示（RHI） 275
8.1.3 等高平面位置显示（CAPPI） 275
8.1.4 垂直最大回波强度显示（CR） 276
8.1.5 任意垂直剖面（VCS） 276
8.2 物理量产品 277
8.2.1 回波顶高显示（ETPPI） 277
8.2.2 垂直累积液态含水量显示（VIL） 277
8.2.3 风切变产品系列 279
8.2.4 分层湍流组合（CAT） 284
8.2.5 测量区域雨量 285
8.3 风场反演产品 287
8.3.1 VAD技术测量风场结构原理简介 287
8.3.2 VAD技术反演平均风向风速 292
8.3.3 垂直风廓线产品 294
第9章 新技术在气象雷达中的应用 296
9.1 脉冲压缩技术概述 297
9.2 线性调频脉冲压缩 300
9.2.1 线性调频脉冲压缩的基本原理 300
9.2.2 线性调频脉冲压缩的频谱特性 302
9.3 线性调频信号的模拟产生 305
9.3.1 有源产生法 305
9.3.2 无源产生法 306
9.4 模拟式压缩网络的实现 308
9.5 线性调频脉冲压缩信号的距离旁瓣抑制方法 309
9.6 线性调频脉冲信号产生及时域压缩处理的数字实现 311
9.7 线性调频脉冲压缩信号的频域数字处理 314
9.8 相位编码脉冲压缩 315
9.8.1 概述 315
9.8.2 二相编码信号 316
9.8.3 二相编码脉冲压缩雷达的旁瓣抑制方法 319
9.9 相位编码脉冲压缩信号的处理 320
9.10 脉冲压缩技术在气象雷达中的应用 321
9.10.1 必要性 322
9.10.2 编码波形设计 322
9.10.3 压缩滤波器设计 323
9.10.4 波形分析 324
9.10.5 数据分析 326
9.10.6 应用前景 328
9.11 偏振气象雷达现状及其应用 329
9.11.1 概述 329
9.11.2 圆偏振雷达技术 329
9.11.3 双线偏振雷达技术 330
9.11.4 椭圆偏振雷达技术 332
9.11.5 偏振雷达基本参数估算方法 332
9.11.6 选用参考 333
9.12 双（多）基地天气雷达技术及其应用 334
9.12.1 双（多）基地天气雷达系统构成及性能特点 334
9.12.2 双（多）基地天气雷达系统探测原理 336
9.12.3 双（多）基地天气雷达系统探测结果分析 339
9.12.4 应用前景 339
9.13 多参数雷达在气象观测中的应用 339
9.13.1 雷达参数的定义及其估计算法 341
9.13.2 NCAR-CP2雷达在微雨中的竖向观测 343
9.13.3 对暴雨的雷达观测实验分析 344
参考文献 346