雷达通过间歇性地向空中发射电磁脉冲，然后接收被气象目标散射的回波，从而探测远方气象目标的空间位置和特性。收发组的电路组成有：发射机、接收处理、收发转换、电源、监控、天线稳定放大电路。从结构上飞雷达天线有两部分：用于控制天线运动的天线底座部分和用于辐射和接收雷达信号的天线部分.在飞机飞行过程中，雷达系统通过扫掠天线向前方及其两侧扇区辐射功力强大的雷达脉冲信号，同时接收由雷雨区等含水气象目标所产生的雷达回波。通过雷达接收机和显示器中回波信号的处理，最后以明亮的目标图像的形式在显示器上表现出来，飞行员以观察图形直接了解飞机前方数百里天气气象情况，选择安全的航路。
一、气象雷达的分类
测云雷达。是用来探测未形成降水的云层高度、厚度以及云内物理特性的雷达。其常用的波长为1.25厘米或0.86厘米。工作原理和测雨雷达相同，主要用来探测云高地的高度。如空中有多层云时，还可以测出每层的高度。测云雷达只能探测云比较少的高层云和中层云。对于含水量较大的低层云，如积雨云、冰雹等，测云雷达的波束难以穿透，因而只能用测雨雷达探测。
测雨雷达。又称天气雷达，是利用雨滴、冰晶体、雪花等对电磁波的散射从而来反馈大气中的降水或云的浓度、分布、移动和演变，了解天气系统的结构和特征。测雨雷达能探测台风、局部地区强风暴、冰雹、暴雨和强对流云体等，并能监视天气的变化。
测风雷达。用来探测高空不同大气层的水平风向、风速以及气压、温度、湿度等气象要素。测风雷达的探测方式一般都是利用跟踪挂在气球上的反射靶或应答器，不断对气球进行定位。根据气球单位时间内的位移，就能定出不同大气层水平风向和风速。在气球上同时挂有探空仪，遥测高空的气压、温度和湿度。
圆极化雷达。一般的气象雷达发射的是水平极化波或垂直极化波，而圆极化雷达发射的是圆极化波。雷达发射圆极化波时，球形雨滴的回波将是向相反方向旋转的圆极化波，而非球形大粒子（如冰雹）对圆极化波会引起退极化作用，利用非球形冰雹的退极化性质的回波特征，圆极化雷达可用来识别风暴中有无冰雹存在。
调频连续波雷达。是一个观察边界层大气的雷达。有很高的距离分辨率，主要用来测定天气晴朗时大气层的波动、风。
气象多普勒雷达是一个用多普勒效应来测定云和降水相对于雷达的径向运动速度的雷达。
超高频多普勒雷达和甚高频，是一个利用对流层、平流层大气折射率的不均匀结构和中层大气自由电子的散射，观察100公里以内高度里晴朗天气大气中的水平风廓线、大气湍流参数、大气稳定层结和大气波动等的雷达。
二、气象雷达的工作方式
气象雷达回波不仅用来确定探测目标的空间位置、尺度、形状、移动和发展变化等宏观特性，也能够根据回波信号的振幅、相位、频率和偏振度等确定目标物的各种物理特性，例如降水强度、云中含水量、风场、铅直气流速度、大气湍流、降水粒子谱、云和降水粒子相态以及闪电等。此外，还可利用对流层大气温度和湿度随高度的变化而引起的折射率随高度变化的规律，根据对流层湿度和温度的铅直分布求出折射率的铅直梯度，同时经过探测无线电波传播的条件，预知气象雷达的探测距离，同时也可以根据雷达探测距离的异常现象判断大气湿度和温度的层结。气象雷达系统的工作模式有气象、气象与湍流、地图和测试等。
（1）气象方式（WX）
该方式是机载气象雷达的基本工作方式。此方式可以在EHSI或ND显示器上向驾驶员提供飞机飞行前方航路及其两侧扇形区域中的气象状况及其他障碍物的平面显示图像。
（2）气象与湍流方式（WT+T）方式
该方式是现代气象雷达的典型工作方式。湍流是一种对飞行安全极具威胁的危险气象状态。湍流区域中的气流运动速度和方向急速多变，当飞机遭遇这类区域时，不仅难以操纵，而且还会经受很大的应力，可能导致飞机结构的破坏。
当工作湍流方式时，雷达能检测出湍流的区域，并在EHSI或ND显示器上显示出品红色区域图像，也有雷达显示为白色的图像。湍流探测的最大范围是40n mile。如果EFIS控制面板上选定范围超过40n mile，则EHSI在最大40n mile 范围内现实气象和湍流数据，超过40n mile的地方，只显示气象数据。
（3）地图方式
该方式用于观察飞机前下方的地标特征。在该方式时，雷达天线下俯视一定角度，天线辐射的锥形窄波束照射飞机前下方的广大地区，利用地表不同地物对雷达电波反射特性的差异（不同物质对电波反射的强弱不同）使EHSI或ND上显示地面和地形特征，如山峰、河流、海岸线、大城市等地形轮廓平面位置分布图像。
（4）测试方式
该方式用于判断雷达的性能状态，并在EHSI或ND上现实检测结果。
三、气象雷达运行特点
机载气象雷达所发射的是频率为9.3GH真的X波段射频信号，其波长为3.2cm。降雨区及其他空中降水气象目标能够对这一波段的新号产生有效的反射，行程具有一定能量的回波信号，从而被雷达接收机所检测。
气象雷达发射机在极短的脉冲持续期间产生功率强大的射频脉冲信号（采用脉冲发射信号，可以有效地探测和区分空中的气象目标），并由雷达天线汇聚成圆锥形波束后向空中某一方向辐射出去。发射和接收共用同一天线，收，发工作交替进行。
为了探测飞机航路前方及其左右两侧的气象情况，气象雷达天线是在一定范围内进行往复方位扫掠的。通过天线往复的方位扫掠，雷达就可以探测这一方位范围内被波束所依次照射到的目标，从而想驾驶员提供飞机前方扇形区域内目标的平面位置分布图形。
四、气象雷达的工作原理
飞机气象雷达系统组成部分有天线平板/驱动器、收发机、波导、控制板和显示器，它主要是一种主动式的传感器，飞机向前方发射X波段9.3G电磁波，接收反射波来判断飞机前方的气象情况，并在驾驶舱内显示。伴随着降雨出现的是湍流和风切变，按照探测距离划分，一般划分为3个等级，如表1所示。需要指出，对于降水的探测，绿色代表着气象恶劣，是最低的等级，红色表示最高的等级。实际上湍流是一种不连续的时间和不均匀的空间的空气涡旋运动，气象雷达显示的颜色为紫红色。风切变是指风速在时间或空间范围内发生剧烈变化的一种大气扰动现象。1983年，美国国家研究委员会对风切变定义为：空间两点处的风速差除以两点间的距离。气象雷达对风切变的探测理论基础是多普勒效应。当飞机顶风时，产生正的多普勒频移，当飞机顺风时，产生负的多普勒频移，如式（1）： 这里面λ代表雷达发射电磁波的波长;ν的意思是气流径向速度;"+"代表风面正向雷达，即顶风;"-"代表风面背向雷达，也就是顺风。如果在很短距离内气象雷达测得到很明显的风速变化，即有较大的频移，则可断定飞机前方有风切变。一般来讲，低空风切变对飞行安全的危害最为严重，如果飞机在低空遇见风切变，坠毁的可能性很大，所以，飞机起飞或降落阶段的2300英尺范围内，雷达将自动启动风切变探测功能。
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作者简介：
赵宝俊（1987.04.04）;男，江苏省兴化市，本科，毕业于上海工程技术大学;助理工程师;研究方向：设计出高效安全的气象雷达故障数据库。
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