基于3D技術的機載氣象雷達系統的使用及維護研究

聞東海 趙玉強 黃興龍 張德昇

摘要：

氣象雷達系統能夠幫助飛行員提前預測前方的天氣狀況，有效避開前方的降雨區，同時幫助飛行員探測前下方的地形，對于飛行安全具有重要意義。因此，研究機載氣象雷達的使用方法就變得非常重要。3D技術能以更形象的方式把相關的技術細節呈現出來，因此，研究基于3D技術的機載氣象雷達的使用及維護具有重要意義。

關鍵詞：

3D技術;雷達系統

中圖分類號：

TP274

文獻標識碼：

A

文章編號：

1672-9129（2020）15-0069-01

1機載氣象雷達功能簡介

機載氣象雷達的主要功用是探測飛機前方的氣象情況，向機組提供充填有水分的氣象形成物的平面位置顯示圖像，以便機組選擇安全的航線避繞各種危險的氣象區域。正是由于飛機能探測前方一定距離的危險天氣，因此它能夠使飛行員進行提前繞飛的操作。機載氣象雷達的另一功能是觀察飛機前下方一定范圍內的大概的地形地貌。適當向下傾斜氣象雷達的天線，可以提供主要的地形特征顯示，例如：河流、面積較大的湖泊、海岸線等。該功能可以用來輔助導航。由于氣象雷達的測量原理是依靠回波，如回波的強度太弱，則不能在顯示屏上進行正確的顯示，因此它對山峰、相遇飛機的探測能力和所顯示的相應圖像及位置的準確程度，均不能滿足地形回避和防撞要求，因此，一般情況下飛行員不應把氣象雷達的回波圖像作為地形避讓以及和空中飛機防撞的依據。

2機載氣象雷達的使用

機載氣象雷達系統主要由天線，收發機，控制盒，顯示器組成。而現代飛機一般將氣象信息的顯示集成到EFIS中來顯示，因此現代飛機不設專門的氣象雷達顯示器。氣象模式（WX）為機載氣象雷達最基本的工作模式。當需要探測前方的天氣狀況時，雷達工作于該模式時，需要將雷達控制盒上的工作模式旋轉到WX位，此時，天線波束在飛機前方及其左右兩側的扇形區域內往復掃描。地圖模式（MAP）可以反映飛機前下方地面的地形輪廓圖象，雷達工作于該模式時，需要將雷達控制盒上的工作模式旋轉到MAP位，呈現在熒光屏上的是飛機前下方地面的地表特征，諸如山峰、河流、湖泊、海岸線、大城市等的。這種模式應將雷達天線朝下調整一定角度。湍流探測模式（TURB），能用紫色或白色圖象顯示出前方危險的湍流區域。但很多控制盒不單獨設TURB模式，而是設置了氣象與湍流模式（WX/T），該模式需要將雷達控制盒上的工作模式旋轉到WX/T位，能同時顯示湍流區域和天氣狀況，由于飛行員不可能提前預測前方的危險到底是湍流還是雷雨等，因此最常用的模式為WX/T，可以把二者都測出來。

另外，增益一般調到AUTO位，有些沒有AUTO位的控制盒可調到CAL位。而氣象雷達的俯仰角度的選擇需要按工作模式、飛行階段、所選擇的顯示距離等因素進行調節。起飛前需要將天線上揚角度基本與飛機爬升角度一致。爬升時逐漸減少上揚角度。巡航時先要調好測試距離，然后上調天線使得地面雜波剛好在顯示器的正下方。下降時要逐步上調仰角防止大量的地雜波顯示。

3機載氣象雷達的維護

在地面維護氣象雷達時，應盡量使雷達工作于自檢模式。在需要使雷達工作于發射模式時，應將天線俯仰旋鈕調至上仰位置，以盡量避免天線波束照射近處地面目標?？梢岳玫腂ITE進行測試，具體測試安裝手冊步驟進行。但有些時有時無的故障不容易發現，可以進行加高壓測試，讓系統處于高壓狀態不少于半小時。

4基于3D技術的機載氣象雷達的維護

傳統的維護是基于工作人員經驗以及技術手冊來進行，規模較大的技術公司由于人員儲備充足，沒有任何問題。但是對一些中小技術公司和航空公司，由于成本的原因，更推薦使用一些新技術來加強維護實力。使用3D技術來進行機載氣象雷達的維護是一個很好的應用實例。

基于3D技術的一個VR軟件的開發過程包含了分析、設計、實現和測試等階段，該軟件開發過程的研究主要始于軟件需求分析，經過軟件設計、軟件實現，終于軟件測試。機載氣象雷達所處環境是需要制作的，這樣將會使得整個維修過程的模擬內容更具有真實性，也更加的吸引人。音源就像現實世界里的一個喇叭或者一個音響輸出器一樣，可以在場景中任意位置安裝發聲裝置，它播放著音頻片段AudioClip。發出的聲音將輸出到聲音監聽器audiolistener。在機房模擬時，對于聲音的具體發出地感受并不明顯，由于相機自帶AudioListener組件，所以我們選擇在相機上添加音源。因此在一個場景中，我們只要添加一個音源給相機攜帶的AudioListener組件，并導入相關音頻文件，設置音頻播放片段，這樣就能實現創作，而對于聽到的聲音強弱和效果，則根據修改AudioListener組件下參數來決定。

本文簡述一個使用3D技術建立維護軟件的流程。在3DMAX、Maya等建模軟件中，根據雷達系統各部件的實物的照片和尺寸完成相應的建模，再導入到Unity中進行編輯。如后續需要添加新的模型，則需要再次搜集數據，在建模軟件中做好模型，再導入到Unity中進行編輯與設計。

收集整理日常各種維修工作中設備的擺設、流程順序、所需要用到的各種工具、更換備用的零部件的外形和尺寸。根據這些收集的資料，制作相應的3D模型，導入到Unity軟件中。在Unity軟件中搭建出與現實一致的場景，設計出維修中的交互流程邏輯，最后通過穿戴的硬件設備完成交互操作。

參考文獻：

[1]機載氣象雷達的原理及常見故障分析[J].袁艷良.科技創新導報.2017（30）

[2]機載氣象雷達天線控制系統[J].方智覓.科技視界.2015（34）