機載氣象雷達人工調節故障分析

柳昌齡

摘 要：氣象是飛行安全的一個至關重要的因素，惡劣天氣也是飛機失事遇難的重要原因。機載氣象雷達作為一種頗為有效的氣象探測設備，對飛機的安全運行有著不可低估的作用。由于我國的地面氣象服務還未能覆蓋飛行的整個過程，因此必須使用機載氣象雷達等航空電子設備，為飛行員提供實時的氣象信息，讓他們能避開各種危險區域，安全、準確、舒適地把旅客和貨物送往目的地。因此正確使用機載氣象探測設備，受到各飛機運營單位的重視。

關鍵詞：含水量 反射體 地球曲面 地面雜波

中圖分類號：V243.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）02（c）-0024-02

目前裝備飛機的最新氣象雷達除了能探測雷雨等氣象區域外，還實現了對風切變、湍流的有效探測，這些功能可提高飛機在各種氣象條件下的飛行安全性。但大多數通航飛機使用的氣象雷達天線俯仰調節依然配備了人工調節的功能。這種傳統的手動調節，具有以下特點：（1）可以進行純雨量探測；（2）需要人為調節天線（波束）高低，搜索掃描雷雨的反射體。

1 機載氣象雷達的組成及工作原理

氣象雷達的基本原理與其他類型的雷達是相同的，都是利用物體對高頻電磁波的反射效應來探測目標的。機載氣象雷達主要用于探測航路上的降水，也就是空氣中的小水滴。定性地說，物體只能反射波長與自身幾何尺寸相近或者更小的電磁波，所以氣象雷達的工作頻率都很高。渦輪飛機飛行高度高，航程遠，隨時掌握飛機前方航路上的氣象條件對于飛行安全來說是至關重要的。而通過對空中的雷雨區、暴雨區、冰雹、湍流、風切變等惡劣氣象進行探測，可以大大提高飛機的飛行安全。

不同型號的氣象雷達所包含的組件可能不同，他們在各型飛機上的配置也有多種形式。但是氣象雷達的基本組件卻大致相同，包括雷達收發機（Transceiver，XCVR）、雷達信號采集控制盒（Controller，CONT）、天線運動驅動機構（ANTENNA DRIVE）、天線支架、收發天線（ANTENNA）波導管（WAVEGUIDE）以及氣象信息顯示器（IND）等。較為先進的氣象雷達將收發機、控制盒、驅動機構、天線以及波導管集成為一個天線收發機機構，省去了波導管的傳輸，減少了信號失真，降低了維護難度。

收發機是氣象雷達的核心部件，用以生成X波段的脈沖射頻信號，通過天線發射出去，同時將天線接收到的反射標信號進行放大、濾波等一系列處理，最后將回波輸往終端顯示設備。當氣象雷達探測到風切變時，向機組發送視覺或者音頻警告。

2 機載氣象雷達的功能介紹

機載氣象雷達主要實現以下7個功能。

（1）掃描探測夾帶水滴的湍流區域。

（2）掃描探測前方航路上扇形區域內的氣象目標，例如冰雹、降水、雷雨等。

（3）探測飛機飛行航路上可能引起撞機的障礙物，例如：高聳的山峰、摩天大樓等。

（4）查探機頭前下方的地形狀況，例如：丘陵、河流、平原、城市建筑群等。

（5）雷達導航信標的作用。

（6）顯示由其他系統輸入的文字或圖形信息。

（7）風切變的探測。

3 氣象雷達手動調節問題分析

機載氣象雷達在工作原理上相對簡單，但在實際使用與維護中卻相對復雜得多。在使用上，氣象雷達需要根據實際情況不斷進行量程、俯仰、增益上的合理調整，才可獲得精確的氣象目標信息。

3.1 氣象雷達顯影不強，不清晰，不準確，回波弱

由于雷達只能探測到氣象目標中的降水，因此對于含水量低的大氣環境，氣象雷達對降雨的探測并不準確，雷達探測顯影不強大多是由于大氣或雷雨含水量不高。

（1）雷雨不同高度層的含水率不同，其中只有下2/3部分含有水分，其頂部（冰晶成分）雷達不能觀測到，因此不同的附仰角度所得到的圖像也不同，含水層反射率最高，回波最強。若發現氣象雷達顯影不強，可以進行天線俯仰調節，將波束調節到雷雨的含水反射體部分進行觀測（見圖1）。

（2）在空氣干燥的地區，如我國北方，大氣中水分含量低，雷達的反射率也較低，在這些區域飛行應適當調高增益來進行補償進行適當補償。

（3）氣象雷達無法探測到沒有形成對流運動、含水率極低的云團。在雷雨形成初期，氣流強烈并伴隨閃電，但因含水率低，雷達回波可能較弱，需人工補償雷達增益，探測閃電活動。

3.2 遠距離看不到雷雨，只有近距離（40海里以內）才能看到

（1）距離較遠時無法觀察到雷雨，可能是由于地球曲面對遠距目標探測產生影響。這時可以嘗試調整雷達顯示的距離圈，將距離設置到80海里或以上再進行觀測。同時可以增加飛行高度，減小地球曲面的影響，同時還能有效避免地面反射波。

（2）根據所設的距離圈，正常情況下采用掃地雜波毛邊的原理進行俯仰設置（見圖2）及調節俯仰，保持顯示器外緣距離圈有一薄層地波。這適于10 000 FT高度以上或平飛的飛機。

3.3 地面雜波過多

地面目標對雷達的掃描波束也會進行反射，在飛行使用中如果天線角度設置過低，會引入過多地面雜波。這時需要進行天線的俯仰調節，按照掃毛邊方式進行俯仰設置，避免地面反射雜波影響氣象探測。

4 結語

民用機載氣象雷達發展至今，由于采用了性能先進的雷達探測技術、信號處理技術及計算機自動模擬技術，其動態范圍、探測距離、靈敏度及可靠性都得到很大程度的提高。同時，在采用了路程衰減補償（PAC）、地面雜波抑制（GCS）等自能化功能后，對飛行員操控要求也大大降低。但面對復雜多變的氣象環境，再先進的技術也需要以飛行員的正確操作作為基礎。因此雷達天線的人工調節方法需要我們的飛行員和機務人員正確掌握，這樣才能讓我們在面對極端天氣時做出正確判斷，避免災難的發生。

參考文獻

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