机载气象雷达的发射条件与扫掠模式

机载气象雷达的发射条件与扫掠模式

0有机辐射能力对阵风能力量量的影响飞机上的雷达探测设备是重要的飞机探测设备。在系统的工作中，天线对高频发射非常有效，具有一定的辐射能力。由于担心受到雷达的电磁辐射，维修人员尤其是接机人员的工作情绪常会因机上雷达未关而受到影响。全面了解雷达的发射条件与扫掠模式，知晓雷达的辐射范围与危险区域，对于正确认识机载气象雷达电磁辐射，避免不必要的心理恐慌具有积极意义。1建筑雷达组成机载气象雷达主要用于探测航路上含水气象目标，如降雨、湿性湍流和风切变等，系统由收发机、控制面板、天线、天线驱动组件、波导管、波导开关及雷达罩等部件组成。雷达工作在脉冲方式，发射频率为9.3GHz左右，在超高频（SHF）波段，又属微波中的X波段，波长为厘米级。老式气象雷达使用磁控管和抛物面天线，发射功率达上千瓦，辐射较强。而现代气象雷达普遍采用频率合成技术和平板缝隙天线，天线发射圆锥形波束，波束的主瓣很窄，主瓣宽度一般在3°～5°之间，天线发射的能量主要集中在主瓣宽度内，由于天线的方向性强、增益大，使得雷达发射功率大大降低，峰值功率只有一百多瓦，电磁辐射也随之大为减小。2风切变扫掠模式目前，机载气象雷达控制面板上普遍安装了两个开关电门，即雷达电门和风切变电门，两个电门相互独立，能各自控制雷达的发射工作。雷达工作时，天线左右来回扫掠，扫掠有多种模式，取决于雷达控制面板上这两个电门的位置和一些触发条件。1）当雷达电门置ON位、风切变电门置OFF位时，雷达工作在气象扫掠模式。2）当雷达电门置OFF位、风切变电门置AUTO位，满足一定的触发条件时，雷达工作在风切变扫掠模式。对于霍尼韦尔RDR-4B雷达，触发条件为Qa、Qb离散信号均有效，Qa信号指ATC/TCAS控制面板接通在ON或AUTO位，Qb信号来自发动机低滑油压力传感器，发动机起动后信号有效；而对于柯林斯WXR-2100雷达，触发条件为Qb与Qc信号有效，或Qb与Qd信号有效，Qc数字信号要求飞机地速超过30节，Qd数字信号要求飞机纵向加速度大于0.07g且至少持续0.5秒。3）当雷达电门置ON位、风切变电门置AUTO位，满足风切变使能触发条件时，雷达工作在气象/风切变扫掠模式。对于气象或气象/风切变扫掠，天线左右扫掠范围为±90°，而对于风切变扫掠，扫掠范围只有±45°左右。不管是何种扫掠，天线波束在所有扫掠方位上始终与水平面保持控制面板设定的俯仰角度。为避免地面雷达意外工作，机组检查单要求飞机起飞时才将风切变电门置AUTO位，一旦飞机落地，应及时将雷达电门与风切变电门置OFF位。3雷达辐射性能飞机在地面上，如果雷达工作时，飞机前方存在一定范围的辐射盲区，即人员站在飞机前方某些位置处将不会被天线波束的主瓣照射到。忽略地面反射影响，对雷达盲区的求解过程如下。图1为地面雷达辐射示意图，其中h为天线高度，L为目标到天线距离，θ为天线波束垂直面内主瓣宽度，α为天线俯仰角（设上仰为正、下俯为负，选择范围-15°～15°）。那么，距离天线L处雷达辐射的高度范围从Hmin到Hmax，其中，假设地面目标高度为H，当Hmin>H或Hmax<0时，天线波束的主瓣照射不到目标，即：以上两个不等式分别对应两个距离临界值L1、L2:当距离天线L<L1或L>L2时，目标不会被天线波束的主瓣照射到，这些区域即为雷达辐射盲区，如图2所示。以安装霍尼韦尔RDR-4B雷达的A320飞机为例，飞机满载时天线高度h=3m，雷达波束主瓣宽度θ=3.5°，设目标高度H=1.75m，则可计算不同α角对应的L1、L2值，如表1所示。假设飞机落地后雷达未关，如果此时雷达天线俯仰设置为-10°，根据表1数据，距离天线21m外的接机人员始终处于雷达辐射盲区。飞机停稳后，距离机头6m内的维修人员则不会受到雷达辐射。如果天线俯仰设置在1.75°或以上时，天线波束主瓣的下沿已平行地面0)2(<+αθ或上翘，地面人员在任何距离处均不会被雷达波束主瓣照射到。4人体雷达辐射密度FAA在1980年颁发的AC20-68B中提到，人体接受气象雷达电磁辐射的平均能量密度应不大于10mW/cm2，该数据已被世界许多工业组织接受，并成为人体耐受雷达辐射的标准。4.1远场区交叉点距离根据AC20-68B附录1，雷达辐射安全距离的确定需计算并比较Rs、Ri两个数值，取其中较大的值作为安全距离。Ri为天线到近场区/远场区交叉点的距离，Ri=Gλ/8π；Rs为天线到10mW/cm2能量密度处的距离，。其中，G为天线增益；λ为雷达波长，单位m;P为发射平均功率，单位W;Ri、Rs单位均为m。以霍尼韦尔RDR-4B雷达为例，该雷达的工作频率为9.345GHz，峰值功率为125W，平均功率为600mW，天线尺寸为30in，增益为35db，计算可得Ri=Gλ/8π=4m,所以安全距离取Ri值，即4米。4.2．危险区域范围空客飞机维修手册（AMM）的雷达操作测试程序要求，雷达发射时严禁地面人员位于机头两侧135°、距离天线5m的范围内，这个范围即是雷达辐射的危险区域，如图3所示。对比以上安全距离数据与雷达扫掠角度，空客规定的危险区域范围更广，对人员保护要求更高。对于工作人员误入雷达辐射危险区域，空客公司表示如果时间很短应不会感觉到身体上的任何不适，但是否已对身体造成伤害，则需由专业医生来诊断。5预及优点建议工作人员在地面一旦发现机组未关雷达，需根据雷达电门与风切变电门位置、天线俯仰角度等情况来确定雷达的扫掠模式与辐射范围，结合自身地面活动轨迹判断是否受到雷达辐射。为避免维修中可能受到的雷达辐射，提示并强调如下。1）接机后工作者应尽快进入驾驶舱，了解机组有无故障反映，并检查雷达控制面板上各电门的位置。一旦发现雷达在工作，应及时向机组指出并关闭雷达。2）严格遵守雷达操作的安全注意事项，雷达发射测试时，飞机前方应没有金属或高大建筑