(陕西长岭电子科技有限责任公司 陕西宝鸡 721006)
摘要：本文通过对降雨特性的分析，计算了雨衰对多普勒雷达电磁波的影响，雨杂波及积水对雷达测速精度的影响，分析多普勒雷达在雨天工作的适用性。
关键词：降雨，多普勒雷达，测速精度；
1 引言
多普勒测速雷达主要测量载体坐标系下的三轴向速度，供惯导系统实现组合导航功能。雷达在雨天中工作主要受到三个方面的影响，第一、降雨对雷达发射信号和回波信号具有衰减作用；第二、降雨对雷达电磁波具有反射作用；第三、地面积水对雷达回波的影响。根据国家气象部门规定的降水量标准，降雨可分为小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨6种。其中中雨为降水强度中等的雨。科学定义为24小时内降水量为10mm～24.9mm；1小时内降水量为2.6mm～8mm的雨。多普勒雷达一般在中雨及以下雨情中工作，本文主要分析雷达在中雨及以下情况工作时受到的影响。
2降雨衰减对电磁波的影响
降雨衰减(通常简称雨衰)是通过降雨损耗、等效路径长度和路径缩减因子来计算，见公式（1）。
式中，K和α是用于对雨衰的统计特性的估计，包括对线性极化和圆极化的估计，采用内插法计算雷达电磁波频率对应的K为0.024288，α为1.17570。根据公式(4) 计算降雨损耗率 为0.123946。
雷达工作高度为3000m，最大姿态角时，根据雨衰公式计算，中雨对雷达电磁波的衰减为0.693dB。雷达电磁波通过中雨时的衰减很小，基本忽略不计。
3降雨反射对电磁波的影响
电磁波在大气中传播，吸收主要由氧气和水蒸气引起，散射则几乎完全由凝结的水蒸气（如雨滴）所引起。雨滴对电磁波的散射作用与雨滴半径和信号波长的比值有着密切的关系。当信号波长接近雨滴的直径时，雨滴对电磁波的散射作用将会加剧。实测结果表明，雨滴的半径一般约在0.05mm～4mm之间。多普勒雷达工作在ku波段，其波长远比雨滴半径大的多。因此降雨时，雨滴对雷达电磁波的散射作用影响很小。
在大气压强为1013hpa，相对湿度为50%，温度为20℃的情况下测量了雨滴下降的末速度。最大雨滴和最小雨滴的测量统计结果如表1。
考虑雨滴最大时下落速度最快，通过计算仿真，雨滴引起的多普勒频移偏差在10Hz以下，再将多普勒频移误差带入雷达速度公式可以得到在降雨天气下引起的测速误差在0.05%以下。
4地面积水对雷达测速精度的影响
降雨会使地面产生积水，同时改变地面的原始地貌，使地面反射特性发生改变。当然地面积水程度不同时，引起地面反射特性变化也不同。地面积水最差程度是在地面形成较大型的湖泊，大面积的积水会造成雷达回波频谱的畸变，对雷达测速精度产生影响；平静的湖泊对雷达照射的电磁波会产生镜面反射，导致雷达无法接收到地面回波信号，致使雷达失锁无法正常测速。
现有资料中没有针对地面积水的程度进行雷达散射特性分析，也没有定量的误差数据。可以根据雷达的飞行高度，计算雷达波束投影面积，以雷达最小飞行高度计算，雷达波束投影面积约为497.89m2。在中雨雨情下，结合地面地形情况，地面积水多为面积不超过0.25m2的水洼，雷达波束在地面上的投影面积远大于这些水洼面积，因此水洼地带对雷达的回波信号影响非常小，对雷达测速精度影响很小。
5结论
降雨会对多普勒雷达电磁波产生衰减、散射，空中的雨滴会使多普勒雷达频移产生偏差，雨天地面也会形成积水，对多普勒雷达回波产生影响。本文通过理论计算和仿真，分析了在中雨雨情下，降雨不会对多普勒雷达的功能产生影响，对雷达的测速精度影响量级很小。
参考文献:
[1] 林宝玺，胡志英.多普勒雷达.国防工业出版社
[2] 吴超，何建国.大气降水引起的电磁波的衰减[J].现代
[3] 李守好，孙贤明，王海华，类成新.雨滴对电磁波的散射特性研究.光散射学报，2014
[4] 张沪生.雨对雷达电磁波的衰减在回波分析中的正确应用
论文作者:熊启迪,沈波,陈坤
论文发表刊物:《电力设备》2019年第10期
论文发表时间:2019/10/21
标签：多普勒论文; 电磁波论文; 雨滴论文; 积水论文; 地面论文; 回波论文; 中雨论文; 《电力设备》2019年第10期论文;