低空风切变和湍流的探测

1、【doc】低空风切变和湍流的探测低空风切变和湍流的探测损失,通过研究,人发现空难发生在起降胼.2占相当大比例,其中低空风切变和湍流的威胁是主要原因之一由于云团微暴和气流运动产生的风切变和湍流对飞机的威胁是一维线段（威胁线）,这,线段从跑道终端起,在中心线上延长75公里,以3度角向上的斜坡（如图1）.飞机（客机）起降时须在300（3米以下高度飞行,即使按弧线进场,飞行员也必须在300200米高度将飞机的速度.航向,下降速率等参数稳定下来,而且一高度正好落在威胁线范围之内.因此,只有知道风切变和湍流迎头风分量的幅度和方向（即沿滑翔道单位距离迎头风分量变化:I,才可能使飞机摆脱因风切变和湍流造成的险

2、境.k7654321着陆距离图i近几年来,机载.路基气象雷达对低空风切变和湍流的控探测有所进展和突破.本文将控讨和介绍两种低空风切变和湍流的探测方法.用固定波束雷达测量低空风切变和湍流基本思路:采用若干低功率固定天线的小型雷达设置在跑道两边,每部雷达用固定天线照射跑道,提供迎头风分量的定量测量,测得结果经计算机处理后,以数字信号输给综合显示器（如图2）.这样,综合显示器上将显示机场低空气象图25图2固定波束雷达系统观测跑道沿线的风,并连续澳量其一维分布,自动实时警报威胁情况一通知准备降落的飞行员采取应急措施;通知塔台蔡止飞机葱飞:通知机场其它部门采取相应动作/雷达接收的目标数据经过数据平滑和处

3、理以及把结果通知飞行员需5秒,再考虑飞行员至少需l5秒作出反应.这样雷达应在20秒前预测到威胁事件.固定波束雷达组成（如图3）:图3固定波束雷达组成框图固定波束雷达采用固定天线,放置在紧靠跑道旁,因探测距离和方向之故,可以去掉天线座,旋转关节方位俯仰控制.驱动马达和天线罩等.天线采用偏置馈源.馈源紧贴地面'并从下方支撑以消脒孔径阻塞.反射体（或透镜）极轻使雷达产生笔状波束（如图4）,整个雷达天线采用对飞机没有危险的轻质易碎材料.26图4固定波束雷达天线安装方式接收系统类似于常规多勒气象雷达,高频接收前端后有两个接收通道,通道1产生数字化正态视频信号,用于处理大暴雨等引起的跨周期回波问蹈

4、:通道2为相干线通道,把接收信号变换成I,Q基带视频信号,用于数字处理和数据处理.信号处理的主要功能:从雷达作用距离的第一个7.5公里上接收信号中提取多h勒速度,其它数据用于逼真地估算速度估值的精度,为此需要:1.采用成对脉冲的信号处理来估掳每个距离门的平均多勒速度信噪比和多勒频率宽度;2自动增益控制,在A/D变换器的能力范围内,保持每个距离门的动态范围:3自适应杂波抑制能力.包括一组不同下凹宽度的MTI滤波器,为各距离门选择合适的杂波下凹:4.对数正态视频通道.周期性更改反射率与距离曲线图，支持PR1控制能力.数据处理模块设置了识别和量化风切变段,湍流的各种算法,如简单有效的滑算法,此外.还

5、包括自适应PRI管理,评休多勒数据可靠性,遥控,性能监视等算法.接口模块负责将风切交和湍流告警信息送给综合显示器,也可直接通过告警传输设备将告警信息通知飞行员和塔台等.二,机载双波束多卜勒气象雷达探测风切变和湍流以往的气象雷达,若采用单级振荡式发射机.无法探测风切变和湍流,若采用主振放大式发射机,有些可以探测高空风切弯和湍流,但可靠性低.美国研制的MODAR-3000采用全普状脉冲多h勒处理技术，可以探测到航线和航向上方的风切变和湍流,且具有高探测概率.装在-3o0飞机上的M0DAR-3O00试飞2000小时.对危险气象单扫探测概率为99.6%,在BACl-Il飞机的MODAR3000已经探洒

6、到140次风切变,探测距离大于10海里,至少给飞行员90秒回避时间MODAR-30C0现存气象雷达的区别在于它的新颖的设计思想的技术.现存气象雷达是用来探测和描绘航线上的高空气象，而MODAR-3000此基础上还可以探曩0低空（跑道上方）的风切变和湍流等气象，MODA*3000利用双波束方法探测风切变（如图5）,平板天线发出两个波束,一个沿飞机下滑方向,另一个波束沿水平方向如果跑道上有湍那么风切变和翻滚云等对两个波束的回波是不同的,经过距离门自动增益27控制，恒虚警电路和快速付里叶变换等控制和处理后，雷达可精确显示出5O海里内的湍流和l0海里内的风切变,系统可使用地图处理来分析翻滚云,逆风.顺

7、风,镀暴核和尘降以及航线上的危险因素.图5低空风切变的探握!【对于常规气象雷达来说,地物杂波是探测低空气象的有效干扰.虽然以往采用脉冲对多勒湍流处理算法的气象雷达,在抑制地面杂波方面有所改进,但受本身噪声电平的限制,当地面杂波接近噪声电平通时便于无能为力,在下视脉冲多勒雷达方面领先多年的威斯汀豪斯公司在MODAR-3000达中采用快速付里叶变换等处理算法,不仅保证了杂波电平可低于系统的噪声电平,而且同时提高了系统的增益,灵敏度和精度等试飞表明MODAR,3000T以描绘出不受地面建筑物和车辆等影响的风切变图.MODAR-3000组成包括:发射机,射频接收机,基准振荡器.合成器,低压电源,同步电

8、路,缓冲器/PC,FFT,.信号处理,数据处理,显示器,线控制等模块,采用主振放大体制,主要特点如下:1 .模块化全固态发射机，采用神化钱MMICffi大规模集成器件，可靠性和电气性能比传统发射机有明显改善;2.发射信号频率稳定.3.具有相位相参特性.由于采用快速付里叶变换（FFT）和其它信号处理,数据处理算法,使MODAR-3000有先进的气象功能和风切变探测能力.MODAR-30C0象探测为670海里，湍流探测为50海里，对前视风切变的探测超过l0海里,能探测到的风切变最小速度为2英里,而且对湿性风切变和干性风切变（-10dbz,0007ram/h降雨率）都能探测.船一三,结论机载MODAR-3000波束多勒气象雷达是最先进的气象雷达,能探测到风切变和湍流,而且至少给飞行员90秒的时问预警对飞行员来说是十分主动的,目前,能探测风切变和揣流的机载雷达只有MODAR-3000RDR-4B几种.而且尚出于研制阶殷,考虑到我国实际状况,花大量外大量购买这些雷达是不可行的.固定波束雷达目前也处于研制中,将来可根据机场的地理位置,气象条件等诸多因素,配置这种小型固定波束雷达,以探测低空风切变和湍流是值得研究的,但它只有20s的预警时间,对飞行员来说的被动的.参考文献1.ONMEASURJCGAIRPOTW