降雨多普勒极化雷达测量技术研究

作     者：郑江伟 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：沙侃;陈如山

授予年度：2010年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 081001[工学-通信与信息系统] 081002[工学-信号与信息处理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：降雨雷达 多普勒极化模型 扰动 极化技术 

摘      要：气象雷达学是通过雷达信号研究降雨等一系列气候特征的一门新兴科学。近年来,随着多普勒与极化技术的结合,新型的多普勒极化雷达使人们可以从雷达回波中获取更多有关降雨微结构和微观扰动的有用信息。这一新技术不仅将进一步提高传统降雨测量的准确性,还为深刻理解降雨过程,未来揭开降雨机制提供了新的途径和手段。 本文结构安排如下：首先,阐述了降雨的基本特征以及降雨微结构的数学描述模型,给出了雷达气象方程的推导过程,简单介绍了降雨的测量原理以及影响因素。 其次,对传统的的气象多普勒雷达理论技术进行了归纳总结,并给出了相关的计算机仿真结果。 之后,讨论了极化测量技术在降雨雷达中的应用。雷达极化分集技术使得降雨雷达从单参数测量升级为多参数测量,从而提高了降雨测量的准确度。同时,对极化雷达观测参数与降雨模型参数之间的关系进行了仿真研究。 最后,本文利用新型多普勒极化降雨模型,来描述雷达信号与降雨微粒的相互作用。基于这些模型,本文对雷达回波信号的多普勒极化谱等进行了仿真分析。模型考虑的原始参数包括：雨介质的介电常数、降雨散射微粒的形状和取向特性、雨滴大小分布、风场扰动、雷达仰角等。该新模型给出了不同收发极化波组合下的多普勒谱。一方面,通过多普勒测量可以获得风速和雨滴降落速度等降雨的动态信息,另一方面,极化技术又可以得到气象微粒的形状和取向信息。因此,通过多普勒与极化技术的结合,可以实现对降雨微物理现象更加详细的研究,并为降雨的微结构特性和动态特性研究开辟新的空间。在此基础之上,本文还对用于测量低速运动气象目标速度的多普勒雷达前端结构进行了仿真分析。