低空風(fēng)切變和湍流的探測(cè)

1、【doc】低空風(fēng)切變和湍流的探測(cè)低空風(fēng)切變和湍流的探測(cè)損失,通過研究,人發(fā)現(xiàn)空難發(fā)生在起降胼.2占相當(dāng)大比例,其中低空風(fēng)切變和湍流的威脅是主要原因之一由于云團(tuán)微暴和氣流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的風(fēng)切變和湍流對(duì)飛機(jī)的威脅是一維線段（威脅線）,這,線段從跑道終端起,在中心線上延長75公里,以3度角向上的斜坡（如圖1）.飛機(jī)（客機(jī)）起降時(shí)須在300（3米以下高度飛行,即使按弧線進(jìn)場(chǎng),飛行員也必須在300200米高度將飛機(jī)的速度.航向,下降速率等參數(shù)穩(wěn)定下來,而且一高度正好落在威脅線范圍之內(nèi).因此,只有知道風(fēng)切變和湍流迎頭風(fēng)分量的幅度和方向（即沿滑翔道單位距離迎頭風(fēng)分量變化:I,才可能使飛機(jī)擺脫因風(fēng)切變和湍流造成的險(xiǎn)

2、境.k7654321著陸距離圖i近幾年來,機(jī)載.路基氣象雷達(dá)對(duì)低空風(fēng)切變和湍流的控探測(cè)有所進(jìn)展和突破.本文將控討和介紹兩種低空風(fēng)切變和湍流的探測(cè)方法.用固定波束雷達(dá)測(cè)量低空風(fēng)切變和湍流基本思路:采用若干低功率固定天線的小型雷達(dá)設(shè)置在跑道兩邊,每部雷達(dá)用固定天線照射跑道,提供迎頭風(fēng)分量的定量測(cè)量,測(cè)得結(jié)果經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后,以數(shù)字信號(hào)輸給綜合顯示器（如圖2）.這樣,綜合顯示器上將顯示機(jī)場(chǎng)低空氣象圖25圖2固定波束雷達(dá)系統(tǒng)觀測(cè)跑道沿線的風(fēng),并連續(xù)澳量其一維分布,自動(dòng)實(shí)時(shí)警報(bào)威脅情況一通知準(zhǔn)備降落的飛行員采取應(yīng)急措施;通知塔臺(tái)蔡止飛機(jī)蔥飛:通知機(jī)場(chǎng)其它部門采取相應(yīng)動(dòng)作/雷達(dá)接收的目標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)平滑和處

3、理以及把結(jié)果通知飛行員需5秒,再考慮飛行員至少需l5秒作出反應(yīng).這樣雷達(dá)應(yīng)在20秒前預(yù)測(cè)到威脅事件.固定波束雷達(dá)組成（如圖3）:圖3固定波束雷達(dá)組成框圖固定波束雷達(dá)采用固定天線,放置在緊靠跑道旁,因探測(cè)距離和方向之故,可以去掉天線座,旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)方位俯仰控制.驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和天線罩等.天線采用偏置饋源.饋源緊貼地面'并從下方支撐以消脒孔徑阻塞.反射體（或透鏡）極輕使雷達(dá)產(chǎn)生筆狀波束（如圖4）,整個(gè)雷達(dá)天線采用對(duì)飛機(jī)沒有危險(xiǎn)的輕質(zhì)易碎材料.26圖4固定波束雷達(dá)天線安裝方式接收系統(tǒng)類似于常規(guī)多勒氣象雷達(dá),高頻接收前端后有兩個(gè)接收通道,通道1產(chǎn)生數(shù)字化正態(tài)視頻信號(hào),用于處理大暴雨等引起的跨周期回波問蹈

4、:通道2為相干線通道,把接收信號(hào)變換成I,Q基帶視頻信號(hào),用于數(shù)字處理和數(shù)據(jù)處理.信號(hào)處理的主要功能:從雷達(dá)作用距離的第一個(gè)7.5公里上接收信號(hào)中提取多h勒速度,其它數(shù)據(jù)用于逼真地估算速度估值的精度,為此需要:1.采用成對(duì)脈沖的信號(hào)處理來估擄每個(gè)距離門的平均多勒速度信噪比和多勒頻率寬度;2自動(dòng)增益控制,在A/D變換器的能力范圍內(nèi),保持每個(gè)距離門的動(dòng)態(tài)范圍:3自適應(yīng)雜波抑制能力.包括一組不同下凹寬度的MTI濾波器,為各距離門選擇合適的雜波下凹:4.對(duì)數(shù)正態(tài)視頻通道.周期性更改反射率與距離曲線圖，支持PR1控制能力.數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)置了識(shí)別和量化風(fēng)切變段,湍流的各種算法,如簡(jiǎn)單有效的滑算法,此外.還

5、包括自適應(yīng)PRI管理,評(píng)休多勒數(shù)據(jù)可靠性,遙控,性能監(jiān)視等算法.接口模塊負(fù)責(zé)將風(fēng)切交和湍流告警信息送給綜合顯示器,也可直接通過告警傳輸設(shè)備將告警信息通知飛行員和塔臺(tái)等.二,機(jī)載雙波束多卜勒氣象雷達(dá)探測(cè)風(fēng)切變和湍流以往的氣象雷達(dá),若采用單級(jí)振蕩式發(fā)射機(jī).無法探測(cè)風(fēng)切變和湍流,若采用主振放大式發(fā)射機(jī),有些可以探測(cè)高空風(fēng)切彎和湍流,但可靠性低.美國研制的MODAR-3000采用全普狀脈沖多h勒處理技術(shù)，可以探測(cè)到航線和航向上方的風(fēng)切變和湍流,且具有高探測(cè)概率.裝在-3o0飛機(jī)上的M0DAR-3O00試飛2000小時(shí).對(duì)危險(xiǎn)氣象單掃探測(cè)概率為99.6%,在BACl-Il飛機(jī)的MODAR3000已經(jīng)探灑

6、到140次風(fēng)切變,探測(cè)距離大于10海里,至少給飛行員90秒回避時(shí)間MODAR-30C0現(xiàn)存氣象雷達(dá)的區(qū)別在于它的新穎的設(shè)計(jì)思想的技術(shù).現(xiàn)存氣象雷達(dá)是用來探測(cè)和描繪航線上的高空氣象，而MODAR-3000此基礎(chǔ)上還可以探曩0低空（跑道上方）的風(fēng)切變和湍流等氣象，MODA*3000利用雙波束方法探測(cè)風(fēng)切變（如圖5）,平板天線發(fā)出兩個(gè)波束,一個(gè)沿飛機(jī)下滑方向,另一個(gè)波束沿水平方向如果跑道上有湍那么風(fēng)切變和翻滾云等對(duì)兩個(gè)波束的回波是不同的,經(jīng)過距離門自動(dòng)增益27控制，恒虛警電路和快速付里葉變換等控制和處理后，雷達(dá)可精確顯示出5O海里內(nèi)的湍流和l0海里內(nèi)的風(fēng)切變,系統(tǒng)可使用地圖處理來分析翻滾云,逆風(fēng).順

7、風(fēng),鍍暴核和塵降以及航線上的危險(xiǎn)因素.圖5低空風(fēng)切變的探握!【對(duì)于常規(guī)氣象雷達(dá)來說,地物雜波是探測(cè)低空氣象的有效干擾.雖然以往采用脈沖對(duì)多勒湍流處理算法的氣象雷達(dá),在抑制地面雜波方面有所改進(jìn),但受本身噪聲電平的限制,當(dāng)?shù)孛骐s波接近噪聲電平通時(shí)便于無能為力,在下視脈沖多勒雷達(dá)方面領(lǐng)先多年的威斯汀豪斯公司在MODAR-3000達(dá)中采用快速付里葉變換等處理算法,不僅保證了雜波電平可低于系統(tǒng)的噪聲電平,而且同時(shí)提高了系統(tǒng)的增益,靈敏度和精度等試飛表明MODAR,3000T以描繪出不受地面建筑物和車輛等影響的風(fēng)切變圖.MODAR-3000組成包括:發(fā)射機(jī),射頻接收機(jī),基準(zhǔn)振蕩器.合成器,低壓電源,同步電

8、路,緩沖器/PC,FFT,.信號(hào)處理,數(shù)據(jù)處理,顯示器,線控制等模塊,采用主振放大體制,主要特點(diǎn)如下:1 .模塊化全固態(tài)發(fā)射機(jī)，采用神化錢MMICffi大規(guī)模集成器件，可靠性和電氣性能比傳統(tǒng)發(fā)射機(jī)有明顯改善;2.發(fā)射信號(hào)頻率穩(wěn)定.3.具有相位相參特性.由于采用快速付里葉變換（FFT）和其它信號(hào)處理,數(shù)據(jù)處理算法,使MODAR-3000有先進(jìn)的氣象功能和風(fēng)切變探測(cè)能力.MODAR-30C0象探測(cè)為670海里，湍流探測(cè)為50海里，對(duì)前視風(fēng)切變的探測(cè)超過l0海里,能探測(cè)到的風(fēng)切變最小速度為2英里,而且對(duì)濕性風(fēng)切變和干性風(fēng)切變（-10dbz,0007ram/h降雨率）都能探測(cè).船一三,結(jié)論機(jī)載MODAR-3000波束多勒氣象雷達(dá)是最先進(jìn)的氣象雷達(dá),能探測(cè)到風(fēng)切變和湍流,而且至少給飛行員90秒的時(shí)問預(yù)警對(duì)飛行員來說是十分主動(dòng)的,目前,能探測(cè)風(fēng)切變和揣流的機(jī)載雷達(dá)只有MODAR-3000RDR-4B幾種.而且尚出于研制階殷,考慮到我國實(shí)際狀況,花大量外大量購買這些雷達(dá)是不可行的.固定波束雷達(dá)目前也處于研制中,將來可根據(jù)機(jī)場(chǎng)的地理位置,氣象條件等諸多因素,配置這種小型固定波束雷達(dá),以探測(cè)低空風(fēng)切變和湍流是值得研究的,但它只有20s的預(yù)警時(shí)間,對(duì)飛行員來說的被動(dòng)的.參考文獻(xiàn)1.ONMEASURJCGAIRPOTW