雷達(dá)介紹資料匯總

概述介紹Rockwell Collions WXR-2100型多掃描氣象雷達(dá)在氣象信息的處理和提煉方法上有革命性的突破，多掃描氣象雷達(dá)是一種全自動(dòng)雷達(dá)，它可以在不需要飛行員輸入掃描角度和進(jìn)行增益設(shè)置的情況下，不管在什么時(shí)候，不管飛機(jī)的姿態(tài)如何，對(duì)所有范圍內(nèi)重要的氣象信息進(jìn)行無雜波的顯示。當(dāng)多掃描氣象雷達(dá)工作在自動(dòng)模式的時(shí)候，每個(gè)飛行員將會(huì)獲得一般只有有經(jīng)驗(yàn)的雷達(dá)操作員才能獲得的氣象信息，而飛行員只需進(jìn)行簡單的標(biāo)準(zhǔn)化航空公司飛行員培訓(xùn)。多掃描氣象雷達(dá)有效的減少了飛行員的工作負(fù)擔(dān)，并增強(qiáng)了天氣的探測能力，增加了機(jī)組及旅客的安全性。多掃描雷達(dá)工作的關(guān)鍵在于雷達(dá)對(duì)雷雨底部反射部分的探測，然后通過先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)地面雜波進(jìn)行抑制。為了對(duì)短、中、長距離范圍內(nèi)的氣象進(jìn)行更好的探測，多掃描氣象雷達(dá)也集成了多雷達(dá)掃描功能，對(duì)掃描角度進(jìn)行預(yù)設(shè)。因此，在不同的飛行階段，不同的探測距離，它的氣象探測結(jié)果都十分出色。真320海里探測和Qverflight Protection功能是多掃描氣象雷達(dá)眾多新特征中的兩個(gè)。多掃描氣象雷達(dá)因?yàn)槭褂孟冗M(jìn)的運(yùn)算法則來消除地面雜波，這使它能夠跨越雷達(dá)視野的限制，為飛行員提供真正意義上的320海里氣象資料。Overflight Protection功能使機(jī)組人員能夠躲開雷雨頂部滲透，這是如今導(dǎo)致飛機(jī)顛簸的主要原因之一。Overflight Protection功能將那些對(duì)飛機(jī)造成威脅的任何雷雨信息保持在雷達(dá)顯示屏上，直到它不在對(duì)飛機(jī)造成威脅為止。系統(tǒng)描述重要的運(yùn)行特點(diǎn)全自動(dòng)工作：多掃描氣象雷達(dá)設(shè)計(jì)工作在全自動(dòng)模式，飛行員只需輸入探測范圍，而不需要輸入掃描角度和進(jìn)行增益設(shè)置。理想的無雜波顯示：Rockwell Collions第三代地面雜波抑制算法能減少約98%的地面雜波，這使它能理想的無雜波顯示有威脅的氣象信息。在不同探測范圍和飛行高度情況下良好的氣象探測能力：多掃描氣象雷達(dá)將從不同掃描角度獲得的氣象數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中，當(dāng)飛行員選擇了所要求的顯示范圍，不同角度的掃描信息將會(huì)從存儲(chǔ)器中取出并一起顯示。通過多角度的掃描，可以獲得近距離和遠(yuǎn)距離的氣象信息，這使得不管飛機(jī)的姿態(tài)如何，不管何種探測范圍，顯示屏上所呈現(xiàn)的都是一幅最優(yōu)化的氣象圖。決策氣象：多掃描氣象雷達(dá)能夠提供真正意義上的320海里決策氣象信息。Gain Plus：Gain Plus包括以下功能：傳統(tǒng)的加減增益控制：多掃描氣象雷達(dá)允許機(jī)組人員在人工或自動(dòng)工作模式的時(shí)候進(jìn)行增加或減小增益?；跍囟鹊脑鲆婵刂疲涸诟吆０蔚难埠礁叨?，由于低的雷雨雷達(dá)反射率，將會(huì)基于溫度對(duì)雷雨增益進(jìn)行補(bǔ)償。路徑衰減補(bǔ)償和警報(bào)（PAC Alert）：對(duì)距飛機(jī)80海里范圍內(nèi)的干擾性氣象造成的衰減進(jìn)行補(bǔ)償，當(dāng)補(bǔ)償超過限制，一個(gè)黃色的PAC Alert桿將顯示以提醒飛行員注意雷達(dá)陰影區(qū)。Overflight Protection：Overflight Protection功能減少了在高海拔巡航高度時(shí)疏漏雷雨頂部滲漏的可能性。多掃描氣象雷達(dá)向下掃描波束的信息和它的信息存儲(chǔ)能力將發(fā)揮作用，可以防止在飛機(jī)完全穿越有威脅的雷雨區(qū)之前，雷雨區(qū)圖象在顯示屏上消失。海洋氣候反射率補(bǔ)償：多掃描氣象雷達(dá)能對(duì)海洋雷雨反射率的減小進(jìn)行增益補(bǔ)償，以便在飛機(jī)飛越海洋時(shí)提供更精準(zhǔn)的氣象信息。全面的低高度氣象：在低高度時(shí)，多角度掃描的應(yīng)用使雷達(dá)能夠通過對(duì)飛機(jī)飛行路徑的掃描來防止闖入拱形雷雨紊流區(qū)，能探測出飛機(jī)下方正在行成的雷雨，并能看到更大范圍內(nèi)的氣象情況。風(fēng)切變探測：在起飛和著陸階段，自動(dòng)的風(fēng)切變探測能力將起作用。地圖：地圖模式能夠探測出主要的地理特征，如城市，湖面，海岸線等。全范圍全模式下的同步顯示更新：在自動(dòng)模式下，機(jī)長和副駕駛的顯示更新是同步進(jìn)行的，即使他們選擇了不同的顯示距離和不同的工作模式。工作原理雷雨的反射率了解多掃描氣象雷達(dá)如何工作的關(guān)鍵在于了解雷雨的反射率。一般來說，雷雨的反射率被劃分成三個(gè)部分（見圖31）。圖31 雷雨反射級(jí)別雷雨的下三分之一由于溫度在冰點(diǎn)之上，所以全部由小雨滴組成，這部分是雷雨中對(duì)雷達(dá)波能量反射最強(qiáng)的部分。中間部分由過度冷卻的水和冰晶組成，由于冰晶是不良的雷達(dá)波反射體，所以這部分的反射率開始減小了。雷雨的上部完全由冰晶組成，所以在雷達(dá)上幾乎不可見。另外，正在形成的雷雨在其上部可能會(huì)形成拱形的紊流波。圖32顯示的是一個(gè)真實(shí)的雷雨。圖33顯示的是隨著掃描俯仰角度的增加相應(yīng)得到它的一些雷達(dá)圖。在實(shí)際的人工操作中，通常是在能觀察到最多的雷雨反射回波的角度和接收到最少地面雜波的角度之間選擇一個(gè)折衷的掃描角度。圖32 雷雨圖33 雷雨和在不同掃描俯仰角度時(shí)它相應(yīng)的雷達(dá)圖理想的雷達(dá)波束了解了雷雨的反射率和掃描角度對(duì)它的影響，我們可以設(shè)想一下探測天氣的理想雷達(dá)波束的特性。理想的雷達(dá)波束能夠直接探測到飛機(jī)下方區(qū)域，探測出正在形成的雷雨，并且波束能沿地球表面的曲率延伸到雷達(dá)波傳播的最遠(yuǎn)距離（圖34）。這樣，理想的雷達(dá)波束能在任何時(shí)候顯示出飛機(jī)到320海里外所有的重要?dú)庀笮畔?。圖34 理想的雷達(dá)波束多掃描對(duì)理想雷達(dá)波的仿效多掃描雷達(dá)通過獲取來自不同掃描角度的信息并將其合并進(jìn)整個(gè)氣象圖中來仿效出理想的雷達(dá)波束。Rockwell Collions的專利地面雜波抑制算法被用來消除地面雜波，這使得飛行機(jī)組人員能看到0320海里范圍內(nèi)所有的重要?dú)庀竽繕?biāo)，而不受地面雜波的干擾（圖35）。圖35 多掃描雷達(dá)對(duì)理想波束的模擬多掃描雷達(dá)的工作程序圖36顯示多掃描雷達(dá)的工作程序。兩個(gè)不同掃描角度的掃描數(shù)據(jù)被采集，并對(duì)飛機(jī)前方不同區(qū)域的回波信息進(jìn)行優(yōu)化。一般來說，多掃描氣象雷達(dá)通過自動(dòng)調(diào)整波束的掃描角度和增益，上部掃描波束探測的是中間區(qū)域的氣象信息，而下部波束探測的是較近和較遠(yuǎn)距離的氣象信息（圖37）。這些信息被存在一個(gè)臨時(shí)的數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)機(jī)長或副駕駛選擇了一個(gè)距離，計(jì)算機(jī)就回取出相應(yīng)部分的數(shù)據(jù)信息，并對(duì)其進(jìn)行合并和雜波抑制。這樣沒，不管機(jī)組選擇了哪個(gè)距離，都能得到最優(yōu)的氣象圖。圖36 多掃描雷達(dá)工作程序圖37 多掃描雷達(dá)上下波束的掃描更新速度除風(fēng)切變模式外，多掃描氣象雷達(dá)在其它所以模式下完整的進(jìn)行一次數(shù)據(jù)處理的總時(shí)間是8秒，而在風(fēng)切變模式下，多掃描和風(fēng)切變總的處理周期為11.2秒。因此，在一個(gè)數(shù)據(jù)處理周期內(nèi)，所觀察到的天氣情況不會(huì)發(fā)生明顯的改變，改變的只是天氣和飛機(jī)的相對(duì)位置關(guān)系。為此，多掃描氣象雷達(dá)通過調(diào)整（圖38）和旋轉(zhuǎn)（圖39）所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)圖片來補(bǔ)償飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)。這樣，Collions多掃描氣象雷達(dá)在除風(fēng)切變以外的所以工作模式下每4秒對(duì)雷達(dá)顯示進(jìn)行一次更新，而在風(fēng)切變模式下的更新速度為5.5秒。這種工作方式的一個(gè)值得注意的地方在于雷達(dá)天線的掃描不再與顯示器的掃描相關(guān)聯(lián)，這使得它可以在不妨礙對(duì)飛行員進(jìn)行氣象顯示的情況下，讓天線自由地完成多掃描功能。圖38 多掃描雷達(dá)對(duì)飛機(jī)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的圖像更新圖39 多掃描雷達(dá)對(duì)航向改變進(jìn)行的圖像更新自動(dòng)增益多掃描氣象雷達(dá)工作在自動(dòng)模式時(shí)，它能根據(jù)大氣溫度曲線使用不同的增益，以此來對(duì)不同時(shí)間，地理位置，海拔高度的影響進(jìn)行補(bǔ)償，從而在所有飛行階段都能得到最優(yōu)化的氣象目標(biāo)回波圖。增益的調(diào)整適應(yīng)了飛機(jī)的飛行環(huán)境，并在多數(shù)情況下提供了最優(yōu)化的氣象圖?？偨Y(jié)因?yàn)槎鄴呙铓庀罄走_(dá)通過角度的設(shè)置對(duì)飛機(jī)前方的氣象目標(biāo)進(jìn)行探測，并能在有地面雜波的掃描角度所得的回波信息中篩選出重要的氣象信息，所以它能基本無雜波的顯示0320海里范圍內(nèi)對(duì)飛機(jī)有影響的所有氣象信息（圖310）。而且它的整個(gè)工作過程是全自動(dòng)的，這使得飛行員只需關(guān)注對(duì)惡劣天氣的躲避，而不用操心氣象目標(biāo)的探測和分析。多掃描氣象雷達(dá)用產(chǎn)生大量地面雜波的掃描角度來探測雷雨的反射部分，圖310顯示在地面雜波抑制關(guān)閉狀態(tài)下的雷達(dá)圖，氣象目標(biāo)都被大量的地面雜波所遮蔽了。圖310 多掃描雷達(dá)在地面雜波抑制（GCS）功能關(guān)閉時(shí)的顯示圖311演示的是在地面雜波抑制功能起作用時(shí)的雷達(dá)圖（從0到160海里范圍）。完全無地面雜波的干擾，只有那些重要的氣象目標(biāo)是可見的。值得注意的是雷達(dá)的掃描角度不在需要在減小地面回波的角度和能觀察到最好氣象目標(biāo)回波的角度中折衷了。圖311多掃描雷達(dá)在地面雜波抑制（GCS）功能打開時(shí)的顯示多掃描氣象雷達(dá)的控制面板空客的多掃描氣象雷達(dá)的控制面板是一個(gè)雙系統(tǒng)、單功能的控制面板?！半p系統(tǒng)”是由于雷達(dá)系統(tǒng)可能包含有一套或兩套發(fā)射/接收機(jī)，這是由飛機(jī)的構(gòu)型決定的?！皢喂δ堋币馕吨谀Ｊ?、增益及掃描角度設(shè)置方面，機(jī)長和副駕駛都是相同的。圖41 空客飛機(jī)的雙系統(tǒng)、單功能的控制面板顯示指示空客的顯示指示自動(dòng)工作是空客飛機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)工作模式，因此，當(dāng)自動(dòng)多掃描功能被選擇后，EFIS上是沒有指示的。在人工模式下，MAN將在EFIS上顯示在掃描俯仰角度代碼的旁邊。圖45上面一幅圖顯示在自動(dòng)模式下工作的狀態(tài)。因?yàn)樨?fù)1.5度俯仰角代碼前沒有指示。MAN GAIN的顯示是由于它的增益是某個(gè)位置的增益，而不是CAL（經(jīng)過校準(zhǔn)的）增益。下面那幅圖顯示在人工模式下工作的狀態(tài)，因?yàn)镸AN顯示在正2度俯仰角度代碼的前方。CAL（經(jīng)過校準(zhǔn)的）增益被選擇了，因?yàn)镸AN GAIN指示沒有出現(xiàn)。注意：當(dāng)氣象雷達(dá)在AUTO（自動(dòng)）模式出現(xiàn)故障時(shí)，顯示掃描俯仰角度的區(qū)域會(huì)顯示A-15、A-15.5或者A-16的指示，并伴隨有相應(yīng)的故障信息顯示（如：WXR SYS 或 AUTOTILT FAIL）。將雷達(dá)轉(zhuǎn)換到MAN（人工）模式并按照雷達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)操作程序進(jìn)行操作。圖45 空客自動(dòng)和人工工作模式指示如果自動(dòng)功能故障，（氣象情況）在機(jī)組人員來取消自動(dòng)功能以前，將無氣象情況顯示，并有NO AUTOTILT顯示（圖46）。圖46 空客自動(dòng)功能故障指示俯仰角度指示不管是波音還是空客的飛機(jī)，在自動(dòng)工作模式，EFIS上顯示的掃描俯仰角度是上下波束角度的平均值。例如，在起飛階段，上下掃描波束的角度相差4度，下面的波束角度為3度，而上面的波束角度為7度，所顯示的掃描角度為5度。隨著飛機(jī)的爬升，兩波束間的角度差越來越小，當(dāng)達(dá)到地面以上10000英尺或更高時(shí)，上下波束角度差會(huì)維持在2度左右。注意：由于EFIS顯示系統(tǒng)的TILT指示為整數(shù)，所以在機(jī)長和副駕駛的NAV DISPLAY（導(dǎo)航顯示）上顯示的TILT值可能會(huì)有區(qū)別，這是由于顯示系統(tǒng)的舍入差別造成的。多掃描雷達(dá)自動(dòng)工作模式多掃描氣象雷達(dá)被設(shè)計(jì)成全自動(dòng)工作模式，只要選擇了自動(dòng)功能和所要求的探測范圍，自動(dòng)模式開始工作。一旦進(jìn)入自動(dòng)模式，雷達(dá)回調(diào)整掃描角度和增益，以便在任何距離和飛行條件下都能提供最優(yōu)的氣象圖。常規(guī)控制電源（開/關(guān)）空客：當(dāng)SYS（系統(tǒng)）開關(guān)被選到1或2，雷達(dá)就上電了。當(dāng)SYS開關(guān)打到OFF位時(shí)，系統(tǒng)斷電。注意：對(duì)空客飛機(jī)來說，不管飛機(jī)的構(gòu)型是單收發(fā)機(jī)還是雙收發(fā)機(jī)，都用一個(gè)雙系統(tǒng)控制面板。對(duì)單收發(fā)機(jī)來說，SYS開關(guān)的2位置是無效的。圖410 空客的控制面板自動(dòng)工作模式（ON/OFF）空客：當(dāng)MULTISCAN MAN/AUTO開關(guān)打到AUTO位時(shí)，機(jī)長和副駕駛位都會(huì)工作在自動(dòng)模式（圖411）。當(dāng)MULTISCAN MAN/AUTO開關(guān)打到MAN位時(shí)，機(jī)長和副駕駛位都會(huì)工作在人工模式，具體的控制操作會(huì)在人工操作部分描述。圖411 空客MULTISCAN MAN/AUTO（人工/自動(dòng)模式）控制自動(dòng)模式剛開始被選擇時(shí)，雷達(dá)會(huì)首先對(duì)飛機(jī)的飛行路線進(jìn)行一次掃描。這將確保飛行機(jī)組人員能馬上看到飛機(jī)前方的氣象情況。然后雷達(dá)會(huì)以一個(gè)相對(duì)低的掃描角度進(jìn)行一次第二次掃描。地面雜波抑制算法會(huì)從第二次掃描開始發(fā)揮作用，并在第十五次掃描開始之前（16秒）完成全部的初始化程序。當(dāng)初始化程序完成的時(shí)候，飛行機(jī)組人員將會(huì)收到一幅殘留有最少地面雜波的全范圍氣象圖。另外，OverFlight保護(hù)功能將會(huì)銜接，以防對(duì)飛機(jī)有威脅的雷雨在雷達(dá)圖上消失。圖413 多掃描氣象雷達(dá)的初始化程序注意：多掃描氣象雷達(dá)有“coast”特性，它允許飛行員暫時(shí)將雷達(dá)切換到人工（MAN）模式，然后又回到自動(dòng)（AUTO）模式。如果飛行員將雷達(dá)從自動(dòng)模式切換到人工模式后在38秒內(nèi)又回到了自動(dòng)模式，雷達(dá)將會(huì)記住自動(dòng)模式的設(shè)置，并不需要進(jìn)行再次初始化。地面雜波（開/關(guān)）多掃描氣象雷達(dá)在自動(dòng)模式下工作時(shí)，地面雜波抑制（GCS）功能處于激活狀態(tài)，對(duì)于空客和波音的飛機(jī)來說，這是默認(rèn)的位置。有時(shí)，機(jī)組成員可能會(huì)因?yàn)閷?dǎo)航方面的原因希望暫時(shí)取消地面雜波抑制特性，這就需要進(jìn)行手動(dòng)操作?？湛停簽榱擞^察到地面回波，需將GCS開關(guān)從AUTO位打到OFF位。這個(gè)開關(guān)是彈簧加力的，當(dāng)放開時(shí)會(huì)自動(dòng)回到AUTO位。圖414 空客GCS（地面雜波抑制）控制掃描傾斜角度控制（在自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)不起作用）多掃描氣象雷達(dá)在自動(dòng)模式下工作時(shí)，俯仰傾斜角度控制是不起作用的。在EFIS上顯示的傾斜角度值為上下波束傾斜角度的平均值。圖416 空客TILT（掃描俯仰角度）控制雙系統(tǒng)選擇（針對(duì)裝備有兩套收發(fā)機(jī)的飛機(jī)）當(dāng)飛機(jī)裝備有兩套收發(fā)機(jī)時(shí)，雙系統(tǒng)選擇允許機(jī)組人員選擇使用其中任意一套?？湛停河肧YS開關(guān)機(jī)組人員可以選擇使用系統(tǒng)（左邊收發(fā)機(jī)）或2系統(tǒng)（右邊收發(fā)機(jī)）。SYS開關(guān)的OFF位是給雷達(dá)系統(tǒng)斷電。圖418 空客（單/雙收發(fā)機(jī)構(gòu)型）注意：對(duì)空客飛機(jī)來說，不管飛機(jī)的構(gòu)型是單收發(fā)機(jī)還是雙收發(fā)機(jī)，都用一個(gè)雙系統(tǒng)控制面板。對(duì)單收發(fā)機(jī)來說，SYS開關(guān)的2位置是無效的。氣象探測在自動(dòng)模式下工作時(shí)氣象探測的特性全范圍內(nèi)的最優(yōu)氣象圖顯示因?yàn)槎鄴呙铓庀罄走_(dá)模擬的時(shí)理想的雷達(dá)波束，從0320海哩范圍內(nèi)所有的氣象信息都被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中。并且由于用計(jì)算機(jī)算法對(duì)地面雜波進(jìn)行了濾除，所以掃描俯仰角的選擇上不需要在消除地面雜波的角度和最優(yōu)氣象圖像的角度上進(jìn)行折衷。飛行員只需簡單地選擇所要求的范圍，雷達(dá)顯示器上就會(huì)顯示出最優(yōu)的氣象圖。圖421 不同距離顯示的優(yōu)化氣象圖大范圍低高度氣象喝弓形紊流保護(hù)多掃描氣象雷達(dá)在低海拔高度使用時(shí)，掃描波束設(shè)置成多個(gè)不同的角度，并會(huì)啟動(dòng)地面雜波抑制功能。以防止飛機(jī)受到雷雨弓形紊流的襲擊.同時(shí)使飛機(jī)能觀察到更遠(yuǎn)距離的氣象狀況。上面的掃描波束在飛機(jī)的爬升過程中對(duì)飛機(jī)飛行路徑進(jìn)行掃描,以防止闖入弓形紊流。而下面波束由于角度地傳統(tǒng)地掃描俯仰角度更低。所以能探測到近距離和中距離地氣象(圖4-22)。圖422 多掃描氣象雷達(dá)在低海波高度的工作320海里決策氣象因?yàn)槎鄴呙铓庀罄走_(dá)能選擇最佳的氣象掃描俯仰角，并用數(shù)字信號(hào)處理的方法對(duì)地面雜波進(jìn)行了濾除，所以它能超越雷達(dá)視野(圖4-75)自動(dòng)提供遠(yuǎn)達(dá)320海哩的決策氣象圖。圖4-24顯示多掃描氣象雷達(dá)為了能夠探測到更遠(yuǎn)距離的氣象情況使如何使用俯仰角度進(jìn)行跨雷達(dá)視野的。圖424 多掃描氣象雷達(dá)遠(yuǎn)距離掃描的俯仰角度在圖425中，多掃描氣象雷達(dá)清楚的顯示了300海里外的一個(gè)雷雨帶。160海里外的那些雷雨帶只有在320海里模式時(shí)才能夠看到。圖425 多掃描氣象雷達(dá)320海里決策氣象顯示全范圍全模式下的同步顯示更新.多掃描氣象雷達(dá)同步更新駕駛艙內(nèi)所有的顯示器，即使副駕駛和機(jī)長選擇了不同的顯示范圍和不同的模式，除風(fēng)切變外的其它所有模式下顯示更新速度為4秒。風(fēng)切變模式下的更新速度為5.5秒。因此，氣象信息的更新是連續(xù)而快速的。工作模式WX(氣象模式)WX(氣象)模式(圖4-26)能顯示不包括紊流信息的氣象目標(biāo).當(dāng)多掃描氣象雷達(dá)工作在AUTO模式下時(shí),氣象目標(biāo)的顯示完全沒有地面雜波的干擾.因?yàn)槟軌?