《气象雷达原理与系统》课程教学大纲
一、课程基本情况
二、课程性质与作用
《气象雷达原理与系统》是电子信息工程专业（气象探测方向）在第5学期开设的一门核心专业必修课程。气象雷达探测是短时临近天气预报、人工影响天气等气象业务中不可缺少的探测手段，在气象探测中占据着重要的地位。本课程从气象雷达基本原理出发，以新一代天气雷达系统为基础，重点介绍雷达系统的基本组成，并详细描述各个分机的工作原理；引入气象目标特性，分析气象雷达方程建立过程，解释气象产品的生成与处理算法；进一步介绍气象雷达发展中的新技术和新体制等内容。
本课程在学生学习《大气科学概论》、《气象探测原理》、《电磁场与电磁波》之后开设，并为后期课程《雷达与卫星气象》、二级项目《气象观测资料应用实践》以及毕业设计等课程奠定基础。
三、培养目标与标准
本课程培养学生了解国内外气象雷达发展与现状，理解气象雷达的组成与原理，掌握雷达系统的基本测试方法与仪器使用，能够分析并解决天气雷达基本典型故障。课程定位密切联系气象行业需要，在我校天气雷达实验室条件下创造模拟实际业务的运行环境，为学生提供实验与实习平台，并将雷达新技术、新方法引入到教学过程中，促进学生在逻辑思考与动手能力的提高。
本课程具体完成培养方案中1.2.1、1.3.3和4.1.1指标：
注：该表所列指标可对照培养方案中所列指标来解释。I：介绍，指从教、学活动中、从生活经验和社会经验等多种信息渠道获得知识，侧重知识的获取，没有实训要求。T：讲授，指教、学活动中由教师引导开展的基础测试或练习，匹配有课程讨论、课后研讨等环节。U：运用，指以学生为主导，通过实练而形成的对完成某种任务所必须的活动方式，匹配有课程的三级项目或其它实践环节。
四、理论教学内容与学时分配
| 章标题 |
章节主要内容（知识点） |
重点、难点提要 |
学时 |
其他说明 |
| 第1章 气象雷达概述 |
1、雷达的作用 |
重点：了解雷达的定义、作用与发展史；了解雷达工作频率的特点；了解雷达的用途及分类，并掌握雷达发展的基本技术特点；理解气象雷达在大气探测中的重要地位。 难点：气象目标基本特点及其对雷达系统设计的要求；理解不同气象雷达系统所解决气象探测的需求。 |
0.5 |
讲授 |
| 2、雷达的发展历史 |
0.5 |
| 3、我国气象雷达的现状 |
1 |
| 第2章 雷达目标参数的测量 |
1、点目标的雷达方程 |
重点：掌握点目标雷达方程推导过程；理解目标距离测量的原理，掌握距离分辨率和测距范围计算方法；理解目标高度测量原理，会计算目标高度；理解测角原理和方法，理解相位法与振幅法测角原理和方法以及各自的优缺点。 难点：理解多普勒效应；掌握雷达目标速度测量方法；了解多普勒测速在气象雷达中的应用。 |
0.5 |
讲授 |
| 2、目标距离参数的测量 |
0.5 |
| 3、目标角度与高度参数的测量 |
0.5 |
| 4、目标速度参数的测量 |
0.5 |
| 第3章 雷达天线及伺服系统 |
1、雷达天线概述与关键参数 |
重点：理解天线定义及作用；了解天线分类；理解雷达天线辐射方向图、增益、阻抗及极化、带宽、扫描方式等基本参量的概念；了解雷达天线罩；掌握雷达天线伺服系统功能、工作原理。 难点：相控阵天线原理；理解馈线系统及馈线系统中旋转关节、环行器功能及结构。 |
1 |
讲授 |
| 2、雷达天线组成与分类 |
1 |
| 3、雷达馈线、天线罩与天线座 |
1 |
| 4、雷达伺服系统 |
1 |
| 第4章 雷达发射机 |
1、雷达发射机概述与关键参数 |
重点：理解雷达发射机的任务、基本组成和主要技术参数；区分单级振荡式发射机与主振放大式发射机的异同；掌握主振放大式发射机组成结构、性能特点；了解常用真空微波管特性；了解固态发射机发展概况和特点；掌握发射机定标与测试方法。 难点：掌握脉冲调制器原理和组成，了解刚性开关脉冲调制器和软性开关脉冲调制器，掌握两种脉冲调制器的性能特点和异同。 |
2 |
讲授为主 结合实验项目1、2 |
| 2、主振放大式发射机与速调管 |
2 |
| 3、软性脉冲调制器 |
2 |
| 4、刚性脉冲调制器 |
2 |
| 5、固态发射机 |
2 |
| 6、发射机定标与测试 |
2 |
| 第5章 雷达接收机 |
1、雷达接收机概述与关键参数 |
重点：掌握雷达接收机的基本组成、主要技术参数和噪声特性；掌握匹配滤波器与相关接收、频率稳定度、模拟和数字正交鉴相、滤波和接收机带宽概念和实现方法以及接收机A/D转换器的设计；了解频率合成技术发展概况及主要技术指标；掌握接收机测试原理与标定方法。 难点：接收系统的噪声系数与灵敏度概念和计算方法；掌握接收机的低噪声设计和大动态设计；理解变频分析和交调抑制。 |
1 |
讲授为主 结合实验项目3、4 |
| 2、雷达接收机的基本理论 |
2 |
| 3、雷达接收系统的高频部件 |
2 |
| 4、雷达接收系统中频处理 |
2 |
| 5、相参雷达频率源与全相参分析 |
1 |
| 6、接收机的测试与定标 |
2 |
| 第6章 气象雷达信号处理基础 |
1、气象目标特征 |
重点：理解气象目标散射特征及粒子直径大小与电磁波长对后向散射特征的影响；掌握粒子群回波场强的解析形式及球形水滴和冰粒的散射特征；理解衰减对回波的影响，掌握不同气象条件下的衰减特性。 难点：反射率因子的物理含义；气象雷达参量提取方法；地物杂波的危害与抑制；理解气象目标的极化信息处理方法。 |
1 |
讲授 |
| 2、气象目标雷达方程与应用 |
2 |
| 3、气象目标的多普勒信息处理 |
2 |
| 4、减轻数据模糊处理 |
2 |
| 5、地物杂波及其抑制方法 |
2 |
| 6、气象目标的极化信息处理 |
1 |
| 第7章 天气雷达系统 |
1、常规天气雷达系统 |
重点：了解常规天气雷达的技术特点及功能；理解多普勒天气雷达系统基本工作原理，了解多普勒产品的基本应用；理解双极化探测的基本原理，了解双极化多普勒天气雷达的应用及特点；掌握相控阵天气雷达的探测原理，理解相控阵天气雷达在对气象探测方面所特有的优势。 难点：脉冲压缩原理与处理方法。 |
0.5 |
讲授 |
| 2、多普勒天气雷达系统 |
0.5 |
| 3、偏振天气雷达系统 |
2 |
| 4、全固态天气雷达与脉冲压缩技术 |
0.5 |
| 5、相控阵天气雷达系统 |
0.5 |
| 第8章 高空探测气象雷达系统 |
1、一次测风气象雷达系统 |
重点：了解高空气象探测雷达的用途及分类；理解一次测风雷达的探测原理；理解二次测风雷达的探测原理。 难点：风廓线雷达的探测原理及系统组成。 |
1 |
讲授 |
| 2、二次测风气象雷达系统 |
1 |
| 3、风廓线气象雷达系统 |
2 |
五、实验教学内容与学时分配
| 项目 序号 |
项目名称 |
内 容 和 要 求 |
项目学 时 |
项目性 质 |
实践形 式 |
项目类型 |
每组人数 |
其他说 明 |
| 1 |
发射机脉冲包络与发射功率测试 |
1、了解发射机脉冲包络测试与功率测试的意义； 2、使用检波器和数字示波器测试发射机检波包络的时域特性； 3、分析发射机检波包络异常的问题出处； 4、了解发射机脉冲功率测试原理； 5、使用微波平均功率计测试发射机平均功率与峰值功率。 |
2 |
必选 |
实验 |
综合 |
10 |
课内完成 |
| 2 |
发射机输出频谱测试 |
1、掌握发射机输出频谱测试方法； 2、使用频谱仪测试发射机输出频谱； 3、分析发射机输出频谱分布对雷达系统性能的影响。 |
2 |
必修 |
实验 |
综合 |
10 |
课内完成 |
| 3 |
接收机灵敏度测试 |
1、了解接收机灵敏度的物理意义； 2、掌握接收机灵敏度直接测试法及测试要领； 3、使用频谱分析仪测试接收机灵敏度。 |
2 |
必修 |
实验 |
综合 |
10 |
课内完成 |
| 4 |
接收机动态范围测试 |
1、了解接收机动态范围的物理意义； 2、使用频谱分析仪测试接收机动态范围； 3、分析接收机动态范围对雷达系统性能的影响。 |
2 |
必修 |
实验 |
综合 |
10 |
课内完成 |
六、学业考核
