民航安全保障領(lǐng)域氣象雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用簡(jiǎn)述

常躍華 鄭道龍 梁鑫星

摘 要：氣象雷達(dá)在現(xiàn)階段的民航領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，有效的提高了民航飛行的安全性、穩(wěn)定性，在一定程度上減少了民航領(lǐng)域的潛在風(fēng)險(xiǎn)。本文闡述了民航安全保障領(lǐng)域氣象雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用概況，簡(jiǎn)單的分析在民航領(lǐng)域中國(guó)的一些氣象雷達(dá)的技術(shù)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：民用航空；安全保障；氣象雷達(dá)

氣象雷達(dá)是雷達(dá)領(lǐng)域中的一個(gè)重要的組成部分，在發(fā)展的過(guò)程中逐漸的被應(yīng)用在天氣預(yù)報(bào)、農(nóng)業(yè)、能源以及交通等多個(gè)領(lǐng)域之中。在民航的發(fā)展過(guò)程中，要想有效的保障航線的安全性，就要充分的應(yīng)用雷達(dá)，對(duì)于低空風(fēng)切變、湍流等危險(xiǎn)現(xiàn)象也可有效的探測(cè)，為民航的安全航行做好保障。

1 氣象雷達(dá)風(fēng)切變探測(cè)

風(fēng)切變就是指在航空運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的小尺度或風(fēng)速突然改變的一種現(xiàn)象，在航行的過(guò)程中風(fēng)速的突然改變會(huì)給飛機(jī)的剪切帶來(lái)一定影響，造成飛機(jī)出現(xiàn)舉升力異常變化的狀況，會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)機(jī)體受到損壞，嚴(yán)重的甚至?xí)斐娠w機(jī)的失事事故，在風(fēng)切變中600m以下的現(xiàn)象屬于低空風(fēng)切變（LAWS），這在航空領(lǐng)域中被認(rèn)為造成飛機(jī)事故的“無(wú)形殺手”，在現(xiàn)階段的民航領(lǐng)域中為了有效的對(duì)風(fēng)切變進(jìn)行檢測(cè)和規(guī)避，就要在民航機(jī)場(chǎng)安裝針對(duì)風(fēng)切變探測(cè)設(shè)備，主要由風(fēng)廓線儀、低空風(fēng)切變預(yù)警系統(tǒng)（LLWAS）、機(jī)場(chǎng)終端多普勒雷達(dá)系統(tǒng)、測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)和集成業(yè)務(wù)化風(fēng)切變警報(bào)系統(tǒng).在風(fēng)切變中主要有微波雷達(dá)風(fēng)切變探測(cè)以及激光雷達(dá)風(fēng)切變探測(cè)，在民航的實(shí)際雷達(dá)探測(cè)過(guò)程中，低雜波很容易對(duì)飛機(jī)造成干擾，多普勒氣象雷達(dá)可以有效的控制地雜波干擾、克服雨衰減以及檢測(cè)低反射率的風(fēng)切變信號(hào)微弱的技術(shù)難點(diǎn)，對(duì)此要采取有脈沖對(duì)法、快速傅里葉變化法、自適應(yīng)濾波法以及頻譜模式分析法來(lái)探測(cè)分切變雷達(dá)信號(hào)的方法。

2 氣象雷達(dá)湍流探測(cè)

在氣象雷達(dá)的探測(cè)領(lǐng)域中，湍流就是指在民航飛行過(guò)程中存在的微粒速度差異性較大的氣象目標(biāo)，這里所說(shuō)的速度差異性就是指微粒速度的范圍頻譜，頻譜與湍流是成正比的，在民航領(lǐng)域中湍流對(duì)飛機(jī)的安全造成了極大的影響，首先就是大氣湍流探測(cè)，是由于大氣快速的、不規(guī)則的運(yùn)用引起的一種現(xiàn)象，最為常見(jiàn)的表現(xiàn)就是大氣氣流運(yùn)動(dòng)過(guò)于迅速多變，且方向變化不穩(wěn)定。在早期的氣象雷達(dá)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，并不能直接的對(duì)大氣湍流進(jìn)行檢測(cè)，一般都是通過(guò)對(duì)大氣湍流現(xiàn)象以及具體的降雨量、無(wú)規(guī)律的回波形狀以及急劇升降的雨梯度現(xiàn)象進(jìn)行有效的連接，通過(guò)這種間接判別的方法對(duì)大氣湍流進(jìn)行預(yù)測(cè)，但是在實(shí)際的過(guò)程中，存在很多的缺陷。在20世紀(jì)80年代中，多普勒技術(shù)在氣象雷達(dá)中被廣泛的應(yīng)用了起來(lái)，人們也就開(kāi)始了多普勒湍流檢測(cè)，這是一種基于多普勒原理從頻域提取湍流目標(biāo)的具體信息的相參檢測(cè)技術(shù)，在實(shí)際的監(jiān)測(cè)過(guò)程中，雷達(dá)波束會(huì)在湍流區(qū)域形成雷達(dá)回波，在通過(guò)湍流自身急速多變的流動(dòng)性特性，形成的偏離雷達(dá)發(fā)射頻率、頻譜寬度略寬的多普勒頻移。在探測(cè)的過(guò)程中我們往往會(huì)根據(jù)湍流區(qū)域中有無(wú)雨滴來(lái)判定湍流是屬于濕性湍流還是晴空湍流范疇，在現(xiàn)階段的氣象雷達(dá)探測(cè)過(guò)程中，多普勒氣象雷達(dá)只能監(jiān)測(cè)出濕性湍流，通過(guò)激光多普勒雷達(dá)技術(shù)對(duì)晴空湍流進(jìn)行探測(cè)。在現(xiàn)階段的發(fā)展過(guò)程中，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)大量的方法進(jìn)行研究，將雷達(dá)技術(shù)與衛(wèi)星資料進(jìn)行有效的結(jié)合，通過(guò)最為先進(jìn)的數(shù)值模式產(chǎn)品以及湍流數(shù)值模擬系統(tǒng)的研究，對(duì)于如何有效的進(jìn)行晴空湍流探測(cè)的預(yù)測(cè)是未來(lái)的主要發(fā)展.其次就是機(jī)尾流探測(cè)，就是指在飛機(jī)的飛行過(guò)程中，由于飛行器經(jīng)過(guò)后造成的空氣的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，對(duì)后機(jī)造成的一種機(jī)身抖動(dòng)、下沉、飛行狀態(tài)不穩(wěn)定的狀況，嚴(yán)重的會(huì)造成飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)停止現(xiàn)象，對(duì)飛機(jī)的安全飛行造成了一定的影響，在現(xiàn)階段的飛行管理過(guò)程中，為了有效的避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，民航的航空交通管理制定了相關(guān)的安全尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)，這在一定程度上降低了這種風(fēng)險(xiǎn)的出現(xiàn)。

3 氣象雷達(dá)鳥(niǎo)情探測(cè)

在人類通過(guò)機(jī)器設(shè)備進(jìn)行空中飛行的發(fā)展過(guò)程中，就一直存在著鳥(niǎo)擊現(xiàn)象，所謂的鳥(niǎo)擊就是指在航空器在起飛或者降落的過(guò)程職工，出現(xiàn)的各種鳥(niǎo)類、蝙蝠以及其他飛行物體相撞的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象對(duì)于飛行安全造成了十分嚴(yán)重的威脅。

國(guó)際民用航空組織已經(jīng)把鳥(niǎo)擊災(zāi)害歸為A類航空災(zāi)難。所以在民航的雷達(dá)探測(cè)領(lǐng)域把鳥(niǎo)擊危害作為重點(diǎn)的雷達(dá)監(jiān)測(cè)對(duì)象。要充分的通過(guò)雷達(dá)對(duì)鳥(niǎo)類進(jìn)行識(shí)別，構(gòu)建一個(gè)完善的鳥(niǎo)擊預(yù)警模型，在飛機(jī)起飛和降落的過(guò)程中有針對(duì)的進(jìn)行驅(qū)散鳥(niǎo)群，也可以根據(jù)鳥(niǎo)群的規(guī)律有計(jì)劃的避開(kāi)鳥(niǎo)群，在最大程度上保障飛行的安全性，有效的降低鳥(niǎo)擊的危害。目前已經(jīng)有著較為成熟的氣象雷達(dá)探鳥(niǎo)系統(tǒng)，其中以美國(guó)鳥(niǎo)擊危害咨詢系統(tǒng)（AHAS）最為突出，在雷達(dá)探鳥(niǎo)系統(tǒng)的研究過(guò)程中取得顯著的效果。氣象雷達(dá)探鳥(niǎo)系統(tǒng)在探測(cè)的過(guò)程中對(duì)十千米到六十千米的探測(cè)范圍進(jìn)行勘察，存在著成本高、信息更新較慢、操作較難的弊端，所以并不是十分的適合民航安全保障領(lǐng)域的鳥(niǎo)情探測(cè)，在現(xiàn)階段的民航安全保障領(lǐng)域中可以采用“機(jī)場(chǎng)雷達(dá)探鳥(niǎo)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行鳥(niǎo)情探測(cè)，通過(guò)對(duì)鳥(niǎo)類目標(biāo)進(jìn)行追蹤檢測(cè)，對(duì)背景差分、雜波抑制、量測(cè)信息提取、目標(biāo)跟蹤以及數(shù)據(jù)疊加的5個(gè)基本流程，有效的把鳥(niǎo)類信息從雷達(dá)圖像檢索出來(lái)，對(duì)民航安全保障領(lǐng)域提高自身的安全性能奠定了一定的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語(yǔ)

在民航安全保障領(lǐng)域充分的運(yùn)用氣象雷達(dá)技術(shù)可以有效的保障民航航行過(guò)程中的安全性，可以有預(yù)測(cè)的對(duì)風(fēng)切變探測(cè)、湍流探測(cè)以及鳥(niǎo)情探測(cè)，提高了民航航行的穩(wěn)定性，有效的促進(jìn)了民航企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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（作者單位：中國(guó)民用航空飛行學(xué)院）