對流層風(fēng)廓線儀探測高度的計算

　　對流層風(fēng)廓線儀探測高度的計算
　　賈曉星
　　中國航天科工集團(tuán)二院23所 100854
　　摘要：
　　本文論述了對流層風(fēng)廓線儀探測高度的計算方法，對與探測高度相關(guān)的幾個問題作了初步討論。
　　關(guān)鍵詞：風(fēng)廓線儀 雷達(dá) cn2
　　abstracta method of the ma*imum probe altitude calculation of a tropospheric layer wind profiler is described in this paper. and some factors influencing the probe altitude is also discussed.
　　keywords wind pro
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截面積等效于雷達(dá)波束內(nèi)的一段立體體積v與反射率η的乘積，即：
　　σ＝vη(3.1)
　　η的量綱為 / ,即單位體積內(nèi)的有效反射截面積，它與大氣折射結(jié)構(gòu)常數(shù)的關(guān)系為：
　　0.38(3.2)
　　假設(shè)雷達(dá)波束形狀為矩形錐體，波束寬度分別為θ和φ，則在距離雷達(dá)r處，距離分辨單元為δh時，反射體積為〔1〕：
　�。�3.3）
　　將（3.3）代入（3.1）后，再代入（2.4），并注意到天線增益g與波束寬度的關(guān)系：
　�。�3.4）
　　得到
　�。�3.5）
　　從式（3.5）可以看到，雷達(dá)接收到的反射信號功率pr與天線的有效面積成正比，與探測目標(biāo)距離的平方成反比，這與常規(guī)雷達(dá)方程有所差異。對于常規(guī)雷達(dá)， 。也就是說，對于氣象雷達(dá)，天線面積增加一倍，接收信號強(qiáng)度只增加3db而不是常規(guī)雷達(dá)的6db。
　　由于雷達(dá)波束不是明晰的方形錐體，通常認(rèn)為是高斯形，因此對式（3.5）還需要作修正。根據(jù)參考資料〔2〕，等效于原方程除以一個因子2ln2。同時考慮到雷達(dá)收發(fā)饋線損耗lr,lt，以及
　�。�3.6）
　　得到：
　　（3.7）
　　
　　根據(jù)反射率它與大氣折射結(jié)構(gòu)常數(shù)的關(guān)系，式（3.2）最終得到的雷達(dá)方程為：
　　(3.8)
　　4. 信噪比與最大探測高度
　　接收機(jī)的熱噪聲功率為：
　�。�4.1）
　　其中：
　　nf 為接收機(jī)噪聲系數(shù)
　　k為boltzmann 常數(shù) k＝1.38*10－23 j/k
　　t為噪聲溫度通常取 t=290k
　　bw接收機(jī)帶寬
　　結(jié)合（3.8）和（4.1），得到接收機(jī)輸入端的信噪比snr＝pr/pn表達(dá)式為
　�。�4.2）
　　從而得到最小可檢測信噪比snrmin下的最大探測高度rma*
　�。�4.3）
　�。�4.3）式是單次探測時的距離估計，在實際風(fēng)廓線儀的運行中，接收信號經(jīng)時域積累、fft和頻域積累，信噪比有很大改善。信噪比改善因子ifsnr理論上可以表達(dá)為：
　�。�4.4）
　　式中：
　　nco為相參積累（時域積累）次數(shù)；
　　nfft為fft點數(shù)；
　　nuco為非相參積累（頻域積累）次數(shù)。
　　這樣，式（3.3）可以改寫為：
　�。�4.5）
　　5.計算舉例
　　雷達(dá)參數(shù)：
　　pt＝6kwg=28db
　　δh＝120mbw=1.25mhz
　　snrmin=3dbt=290k
　　lr=lt=3dbnf=2db
　　λ=0.674mnco=200
　　nfft=256nuco=10
　　根據(jù)式（4.4）可以得到，此參數(shù)下的信噪比改善因子ifsnr＝52db
　　該風(fēng)廓線雷達(dá)的最大探測高度 ……（未完，全文共3047字，當(dāng)前僅顯示1539字，請閱讀下面提示信息。收藏《對流層風(fēng)廓線儀探測高度的計算》）