基于機載前視陣的低空風切變場回波仿真方法

張彪 閆長燦

摘要

機載氣象雷達是檢測低空風切變的有力工具，新一代的機載氣象雷達將采用相控陣體制。基于新體制的機載氣象雷達，本文在考慮了地面回波的情況下，對低空風切變場的回波信號進行了仿真，作為后續低空風切變檢測技術的研究基礎。

【關鍵詞】機載氣象雷達 低空風切變 相控陣

1 引言

低空風切變具有發生突然、時間短、尺度小、強度大和不易檢測等特點，當飛機起飛和著陸而進入到強低空風切變區域時，會遭遇逆風到順風的急劇變化，導致升力迅速減小乃至飛機高度迅速降低，這種情況下就極易發生飛行事故。

機載氣象雷達是實現低空風切變檢測的重要手段，美國國家大氣研究中心NCAR表示，美國正在研制的下一代機載氣象雷達采用相控陣體制，并陸續發表了關于相控陣機載氣象雷達的可行性分析、工作波段分析等研究報告。機載氣象雷達在檢測低空風切變時工作在前視狀態，本文提出了一種機載前視陣狀態下低空風切變場的回波信號仿真方法。

2 信號模型

在機載平臺上沿航向垂直方向均勻放置N元線陣，接收回波信號包括地雜波、低空風切變信號和噪聲，假設雜波無起伏無模糊，噪聲為加性高斯白噪聲。

如圖1所示，地面散射單元水平方位角和俯仰角表示為0和ψ，則雜波單元空間角頻率和時間角頻率可分別表示為ωs，l（θ，ψ）和ωt，l（θ，ψ），且有

3 仿真結果

仿真條件：飛機速度為75m/s，飛行高度為600m，機載氣象雷達工作波長為0.05m，脈沖重復頻率為7kHz，最小可分辨距離150m，相干處理脈沖數為64，天線陣為8元線陣，陣元間距為半波長，主瓣波束水平方位角為60°，俯仰角為0°，歸一化多普勒譜寬σf=0.05，低空風切變場分布于飛機前方8.5-16.5km處，信噪比5dB，雜噪比20dB。

根據本文提出的相控陣體制下，低空風切變場的仿真信號空時二維譜分布如圖2所示。

機載前視陣的地雜波空時二維譜呈現橢圓形分布，低空風切變信號的空時二維譜表現為主瓣波束空間錐角方向上的一條“窄帶”。

4 結束語

本文針對相控陣體制的機載氣象雷達，載考慮了地面回波的條件下，對低空風切變場的回波進行了仿真，仿真結果可作為后續低空風切變檢測技術的研究基礎。

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