2.1　气象回波分析

2.1　气象回波分析

气象雷达具有气象探测、气象回避、地形测量、地图测绘等功能，它是飞机重要的机载电子设备。它的回波主要包括云雨、湍流、微下击暴流风切变等气象回波。其观测回波示意图如图2.1所示。

图2.1　气象雷达观测示意图

气象雷达探测气象回波主要原理之一是多普勒效应。多普勒效应是指发射源和接收者之间有相对径向运动时，接收到的信号频率将发生变化；当波在波源移向观测点时接收频率变高，远离观测点时接收频率变低，如图2.2所示。

图2.2　多普勒效应示意图

假设雷达信号为窄带信号（带宽远小于中心频率），则其发射信号可表示为

式中，u（t）为调制信号的复数包络；Re表示取实部；ω0表示发射角频率。

当雷达与目标间有相对运动时，目标与雷达之间的距离R随时间t变化，设目标以匀速相对雷达运动，则在时刻t，目标与雷达间的距离R（t）为

式中，R0为t＝0时刻的距离；vr为目标相对雷达的径向运动速度。

由目标反射的回波信号sr（t）可表示为

式（2.3）说明，在t时刻接收到的波形sr（t）上的某点，是在t－tr时刻发射的。由于通常雷达和目标间的相对运动速度vr远小于电磁波速度c，则时延tr可近似写为

当目标相对雷达固定不动时，回波信号的复包络有一固定延迟，而高频则有一个相位差。式（2.3）的回波信号表达式说明，回波信号比起发射信号来，复包络滞后tr，而高频相位差φ＝－ω0tr＝－2π（2/λ）（R0－vrt）是时间的函数。当速度vr为常数时，φ（t）引起的频率差为

式中，fd称为多普勒频率，即回波信号的频率比之发射频率有一个多普勒频移。