《航空雷达讲义》PPT课件.ppt

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1、飞机结构与系统(AV专业)机务工程部人事培训处,气象雷达系统(WXR),概述：机载气象雷达系统（WXR)用于实时地探测飞机前方航路上的危险气象区域，也可探测飞机前下方的地形情况，并将所探测目标的轮廓、雷雨区的强度、方位和距离等显示在导航显示器上。供驾驶员避让，保障飞行的舒适和安全。现在的(WXR)都具有预测风切变功能。,气象雷达系统(WXR),气象雷达的组成：,气象雷达系统(WXR),柯林斯WXR-2100 MultiScan雷达为天气信息的处理和提炼提供了一种革命性的方法。MultiScan是一种完全自动化的雷达，可以在所有时间、所有飞机高度显示所有距离内全部的重要天气，不需飞行员进行俯仰或

2、增益设定，同时还不会显示杂波。当MultiScan雷达工作在自动模式时，每位飞行员都能掌握目前只有最具经验的雷达操作员才能掌握的天气信息，这样飞行员的培训要求就可进行简化和标准化。MultiScan雷达大大减轻了飞行员的工作负荷，同时增强了天气的探测能力，提高了乘客和机组的安全。,气象雷达系统(WXR),气象雷达系统(WXR),MultiScan雷达工作的关键是该雷达的下视能力，它可以透过地面杂波，直视雷暴底部的反射区，用先进的数字式信号处理技术消除杂波。它还能以预设的俯仰进行多重雷达扫描，以便探测远、中、短各种距离的天气，实现了在各个飞行阶段探测各种距离天气的超卓能力。真正的320海里天气探

3、测及OverFlightTM保护是MultiScan雷达多种独特功能中重要的两个功能。MultiScan雷达运用先进的地面杂波消除算法，可以侦测到雷达地平线，为飞行员提供320海里外的大局天气情况。OverFlightTM保护可使机组避免不小心穿越雷暴顶，当前遭遇颠簸气流大部分都是这种情况。OverFlightTM保护功能保证了威胁飞机的任何雷暴都被显示在雷达屏幕上，直至其不再构成对乘客和机组的威胁为止。,其先进功能包括：-全自动化操作：MultiScan具有全自动工作模式。飞行员只需选择所希望的距离，不需设定俯仰和增益。-基本无杂波显示：柯林斯的第三代地面杂波抑制算法可以消除大约98%的地面

4、杂波，使得对威胁天气的显示基本上摆脱了地面杂波的干扰。-全距离全高度优化天气探测：以变化的各种俯仰进行多重扫描后获得的天气信息被储存起来，当机组选择一定距离时，各种扫描所获得的信息就从存储器中提取出来显示在显示器上。由于运用多俯仰技术获得了远距离和近距离的天气信息，无论飞机高度如何，选择何种距离范围，显示器都会给出优化的天气图像。大局天气：MultiScan雷达能够提供320海里外的大局天气信息。,气象雷达系统(WXR),Multiscan 雷达概述拥有下列功能：按常规方式进行增益控制：MultiScan使机组能够在人工和自动工作模式下提高或降低增益根据温度改变增益：根据温度改变增益可以在高高

5、度巡航时对雷暴的低反射率进行补偿。路径衰减补偿及警告(PAC警告)：在距离飞机80海里的范围内，可以对由于天气干扰造成的衰减进行补偿。当超出补偿极限时，会显示一个黄色的PAC警告条，以提醒机组处在雷达阴影区内。+OverFlightTM保护：OverFlight保护功能降低了在高高度巡航时不小心穿越雷暴顶的可能性。MultiScan的低角度波束信息及记忆功能可保证对飞机构成威胁的雷暴在飞机飞过以前在雷达屏幕不消失。,Multiscan 雷达概述,海洋雷暴相关性：MultiScan能够对海洋雷暴反射率的降低自动进行补偿，在飞机跨海飞行时提供更加精确的气象显示-综合低高度天气：在低高度上运用多俯仰

6、可使雷达沿着飞行航迹扫描，避免雷暴穹隆区的威胁，而且能对飞机下面发展中的雷暴进行扫描，并观察更大范围内的天气。-风切变探测：在起飞和着陆阶段具有风切变自动前视探测功能。-地图：地图模式可以探测重要的地理特性，如城市、湖泊及海岸线等。-功能分区控制（波音飞机)：该功能使机长和副驾驶能对距离、增益及工作模式独立进行控制。在人工模式时，还能实现独立的俯仰控制。-所有距离/模式组合中同时显示更新：即使机长和副驾驶选择 了不同的距离和模式，但是在自动工作模式时，两个显示器仍 同时刷新。,Multiscan 雷达概述,1.2 雷暴对雷达波的反射性 理解雷暴的反射特性是理解MultiScan雷达工作原理的关

7、键。一般来讲，雷暴按其对雷达波的反射率高低可分为三个部分(图1.1)。结冰高度以下全部由水组成，是雷暴中能最有效地反射雷达能量的部分。雷暴中间部分由过冷的水和冰晶组成。由于冰晶是不良的雷达能量反射体，所以这部分对雷达波的反射率开始减小。雷暴的顶部全部由冰晶组成，雷达几乎探测不到。此外，发展中的雷暴在其可见部分以上还有一个颠簸弧形波。,Multiscan 雷达概述,图所示的是一个实际的雷暴及在雷达天线不同俯仰时的图像。在实际操作中，如果雷达在人工模式下，俯仰的确定常常要在寻找雷暴反射率最高的部分和减少地面杂波之间进行平衡,Multiscan 雷达概述,自动增益 MultiScan在自动工作模式时

8、根据大气温度变化规律使用不同的增益，以此补偿地理位置、一天中不同时刻，以及高度等各种变化，优化各飞行阶段的天气回波。对增益进行上述调整，可以最好地适应飞机的飞行环境，并针对主要条件提供最优化的天气图像最终结果由于MultiScan可以通过多种俯仰设定来探测飞机前方的天气，而且由于雷达具有下视能力，能从地面杂波中提取重要的天气，所以MultiScan能以无杂波的画面，显示0-320海里范围内影响飞机的所有重要天气。上述整个过程全部是自动化的，这样，机组就可以把精力放在天气规避上，而不是天气探测和图像分析上。,Multiscan 雷达概述,MultiScan 具有下视能力，从地面杂波中检出雷暴的反

9、射部分。图中画面是地面杂波抑制功能关闭时的雷达显示。天气图像被地面杂波所淹没。当打开GCS(地面杂波抑制)功能时，在单一的无杂波画面中可以看到所有重要天气(本例中，距离是从飞机前一直到160海里)。更重要的是，雷达不必在消除地面杂波和获取最佳天气回波两者之间进行俯仰的折衷了,MultiScan 雷达的操作,2.1.2 波音机型的控制面板波音机型拥有单套系统(依飞机构型有一套收发机)和双套系统(依飞机构型有两套收发机)控制面板。两种面板都是“功能分立”的，即机长和副驾驶独立控制模式、增益及俯仰(注：只有在人工模式时俯仰设定才起作用)。,MultiScan 雷达的操作,波音机型：自动模式：选择的是

10、WX+T(天气+颠簸)和+5俯仰，而且雷达处在“A”(自动)模式。VAR表示增益高于或低于CAL(校正)增益位置。,波音机型：人工模式：选择的是WX+T(天气+颠簸)和+2俯仰，雷达处在“M”(人工)模式。没有显示任何增益信息说明选定的是CAL增益。,MultiScan 雷达的操作,波音机型:MultiScan雷达的“AUTO”按钮(见图)可以在人工和自动模式之间转换。AUTO是一个锁闩式的按钮，当按下时，机长和副驾驶两人都处于MULTISCAN自动模式；当该按钮处于弹出位置时，两位飞行员都处于人工模。注：当选择自动模式时，机长和副驾驶都处于自动模式；当选择人工模式时，两人都将处于人工模式。不

11、可能一人处在自动模式而另一人处在人工模式。,MultiScan 雷达的操作,MultiScan 雷达的操作(自动)当一开始选择了自动模式时，雷达将完成沿着飞机飞行航迹的第一次扫描，这是为了保证飞行正前方的天气能够马上显示给机组。第二次扫描则调低俯仰，这样可能会看到明显的地面杂波。天线第二次扫描时地面杂波抑制算法开始起作用，而且将在第五次扫描开始时(16秒)完全初始化。初始化过程完成后，机组就能看到优化的天气图像，对选定的各种距离范围都有最少的地面杂波。此外，OverFlightTM功能也将全面介入，以防止对飞机构成威胁的 雷暴在雷达波束下面被漏过。,自动功能初始化完成以前人工状态的雷达。,天线

12、第一次扫描，显示出威胁性的天气,MultiScan 雷达的操作,天线第二次扫描，初始化过程开始,天线第三次扫描，初始化过程进行当中,天线第四次扫描，初始化过程进行当中,天线第五次扫描，初始化过程完成,注：MutiScan具有“切换”功能(“coast”feature)，飞行员可以暂时从自动模式切换到人工模式。如果飞行员从自动切到人工，再返回到自动全过程的时间少于约38秒，则雷达会“记住”自动状态的设定而不需重新进行初始化,MultiScan 雷达的操作,地面杂波(On/OFF)MultiScan处于自动(AUTO)工作状态时，地面杂波抑制功能(GCS)也在启用状态。对波音机型来说，这都是默认功

13、能。有时飞行员出于导航的目的，想暂时超控地面杂波抑制功能，同时又不想切换到人工模式。,波音机型：如果想看地面回波，按下并保持住GC(地面杂波)钮。该按钮是个暂时切换钮，松开后会返回默认的GCS（地面杂波抑制）模式,MultiScan 雷达的操作,自动模式的天气探测特性在所有距离选择上优化天气图像由于MultiScan模仿了理想雷达波束，0-320海里的整个天气图像都储存在计算机中。而且由于采用计算机算法消除了地面杂波，所以不需在最佳天气图像和最少地面杂波之间去平衡，也不必再费力选取一个能兼顾两头的天线俯仰。飞行员只需选定距离范围，则该范围内的最佳天气图像就会显示在气象雷达屏幕上。下组图是10-

14、80海里雷达连续扫描得到的天气显示。,MultiScan 雷达的操作,MultiScan 雷达的操作,更远距离的低高度天气及防飞越雷暴穹隆区 在低高度时，MultiScan雷达利用工作在不同俯仰的多波束，加上其地面杂波抑制功能，能够防止飞越雷暴穹隆区，同时还可以看到更远距离的天气。飞机在爬升时，上波束负责探测航迹上的天气，防止飞越雷暴穹隆区，同时下波束采用比常规俯仰更低的俯仰设定来探测中、近距离的天气。,MultiScan 雷达的操作,工作模式,1、WX(天气模式)WX(天气)模式可以显示，除颠簸信息以外的天气目标。当MultiScan处于AUTO模式时，天气显示将提供无地面杂波的图像，可以迅

15、速、准确地了解危险天气。,选定了WX(天气)模式。显示的4种颜色(黑、绿、黄、红)代表不同的雷暴强度。注意GCS(地面杂波抑制)处于打开状态(MultiScan处于全自动模式)，天气显示基本上没有地面杂波。,MultiScan 雷达的操作,2、WX+T(天气加颠簸模式)WX+T(天气加颠簸模式)可以在显示天气目标的同时将颠簸信息叠加在显示画面上。对于所有选定的距离范围，颠簸显 示都是40海里以内，在画面上显示为紫红色。MultiScan处于自动设定时，这种WX+T模式提供无地面杂波的图像，可以迅速、准确地了解危险天气。,此画面显示的是距离设定为40海里时的天气和颠簸。共有五种颜色(黑、绿、黄、

16、红及紫红。紫红色表示的是颠簸。,此图显示的是中同样的颠簸，但这次的距离设定是80海里。记住，只有40海里内的颠簸能够显示，而且在任何距离范围内都可显示。,MultiScan 雷达的操作,3.地图(MAP)处于自动操作状态时，MAP模式可以显示包括地形和天气信息在内的所有雷达回波。接收机的灵敏度降低了10dB(一个颜色级)，以便反映出地形特征，而不是仅仅反映出天气特征。该模式可以辨识诸如山、海岸线、水体等地形特征。不显示颠簸信息。在MAP模式时PAC Alert(路径衰减修正警告)功能不起作用。,注：在10,000英尺以下时，由于雷达波束位置的原因，要得到合适的地面图像就要用人工操作模式。人工模

17、式下，需仔细调整天线俯仰以便能够很好地确认地面目标。不断改变俯仰，直到得到最佳的回波。,MultiScan 雷达的操作,4、按常规方式增减接收机灵敏度一般来说，气象雷达测量的是大气中水成分的反射率。当增益选择为CAL(校正)位置时：黑色表示反射率在零至极低之间；绿色表示反射率低；黄色表示中度的反射率；红色表示强和极强的反射率；紫红色表示有颠簸；,在增益设定为CAL(校正)时，颜色等级(黑、绿、黄和红)能够最精确地反映实际降雨程度及相应的雷暴威胁严重程度。CAL增益设定是正常操作模式时推荐的增益设定。图显示雷达增益设定为CAL。,MultiScan 雷达的操作,操作状态下，顺时针旋转增益旋钮能够

18、提高接收机灵敏度。顺时针旋到底时增益为MAX，这将所显示天气的颜色提高了大约一个半颜色级。这样，原来显示为黑色的天气将变成绿色或黄色，而原来为绿色的将变成黄色或红色，原来为黄色的将变成红色。,4、按常规方式增减接收机灵敏度,在自动操作状态下，逆时针旋转增益旋钮能够降低接收机灵敏度。逆时针旋到底时增益为MIN，这将所显示天气的颜色降低了大约一个半颜色级。这样，原来显示为红色的天气将变成黄色或绿色，而原来为黄色的将变成绿色或全部消失，原来为绿色将不再显示。,MultiScan 雷达的操作,注意，如果选择MIN增益时，雷暴显示仍为红色，就表明这个雷暴有极强的反射率，极有可能对飞机构成威胁。但是，雷达

19、工作在MIN增益状态的时间应该很短，目的是为了确定雷暴核心和反射极强的区域，然后应返回到校正位置。当增益设定为MIN时，有可能刚好跨过红色阈值的雷暴显示成绿色。使用MIN增益设定会增大不小心穿越雷暴的概率。,警告：当使用完低的增益设定后，永远要回到CAL设定位置。低于CAL的增益设定可能导致雷暴显示强度低于实际强度,4、按常规方式增减接收机灵敏度,MultiScan 雷达的操作,5、OverFlight(飞越)保护 当前这一代雷达在巡航高度上扫描雷暴反射部分时容易发生“过顶扫描”，而实际的雷暴顶还仍处在飞机航路上，因此不小心就可能穿越雷暴顶。图所示为雷达传统的人工操作模式下上述情况是如何发生的

20、。第一张图表示机组选择了80海里的探测距离，同时把天线俯仰调节到把地面杂波放到最外的距离圈。可以清楚地看到60海里处的两个雷暴环流(图中圆圈内)。,MultiScan 雷达的操作,第二张图选择的是40海里距离，雷暴环流则处在30海里处。注意，当飞机不断接近雷暴时，雷达波束不断变窄，并且不断抬高，照射在环流反射率较低的区域。最后，雷暴的强度不断降低，雷达回波表明这仅是个绿色的环流。,第三张图说明雷暴的湿顶(雷达顶)已经处在雷达波束之下，雷暴已经在雷达屏幕上完全消失，而实际情况却是，雷暴的实际(可视)顶就在飞机航路上。,MultiScan 雷达的操作,OverFlight保护功能的设计目的就是，在

21、高高度巡航时避免飞机航路上的雷暴在处于雷达波束下面时不被雷达显示出来。在更远的距离时，雷达的上波束以当今常规雷达一样的工作方式扫描雷暴的反射部分。随着飞机不断飞近雷暴，雷暴环流开始处在上波束的下面，这时MultiScan雷达开始利用6,000英尺下波束的信息保持对雷暴的监测。在飞机前面大约15海里的范围内，MultiScan将存储的数字化图像与最近一次扫描得到的信息进行比较，看哪个回波更强。如果对飞机构成威胁的雷暴环流处于雷达波束之下，MultiScan则显示存储的雷暴数字图像，这样就保证了任何危险雷暴都会留在雷达屏幕上，直到它们落到飞机航路后面为止。OverFlight保护功能在海拔22,0

22、00英尺以上起作用。,WXR的PWS功能是（无需开雷达电门）1、由无线电高度表在起飞和进近时提供高度信号来启动或禁止其功能；2、自动油门电门组件在起飞过程中启动PWS功能；3、起落架电门在进近时发送起落架放下信号启动PWS功能；如果探测到风切变威胁，它将发出提醒。提醒可能是警告或告诫。机组收到的提醒决定于以下条件：风切变相对于飞机航向的位置 距风切变的距离 飞机飞行阶段 一 起飞或进近风切变是在很短的距离范围内，风速或风向，或两者一起发生急剧变化，是一种大的向下的气流，特别是在地面的高度发生时，对飞机的起飞和着陆造成严重的威胁。雷达对风切变的探测是应用多普勒频移原理来实现的。在风切变工作时，雷

23、达天线只扫描120（60）。天线从右至左扫描期间处理气象信息，从左至右扫描期间处理风切变信息，而且只有在（30）之内的风切变目标才被显示出来。,MultiScan 雷达的操作,6、风切变探测,MultiScan 雷达的操作,6、风切变探测在2,300英尺以下，天气的扫描范围从180变成120*，这表明风切变探测系统已经开启。驾驶舱中的风切变警示功能在1,200英尺以下会显示。只要飞机高度在2,300英尺以下，满足风切变限定逻辑(即处于起飞和着陆环境)，风切变探测功能就永远开启，即使雷达处于关机状态。,MultiScan 雷达的操作,WXR2100雷达提供了60的风切变探测区域(飞机航向两测各3

24、0)且对波音5海里的探测距离。探测覆盖的区域在进近/复飞和起飞阶段时，会略微变化。,6、风切变探测,MultiScan 雷达的操作,7、俯仰控制 TILT(天线俯仰)控制功 能只有在雷达人工模式下才起作用。在人工模式时，机组可以调整天线俯仰，实现对天气和地面目标的最优化显示。当MultiScan处于自动模式时，天线的俯仰设定是自动管理的，这时TILT控制不起作用。俯仰控制是保证雷达在人工模式时有效工作的最重要的因素。多数情况下，机组都在努力寻找一个恰当的俯仰设定，在过多的地面杂波和过少的 天气信息之间 进行取舍。最佳俯仰依飞行阶段(即低空、中空和高空)的不同而不同。各飞行阶段推荐采用的俯仰设定

25、将在下面文字中讨论。,低空俯仰设定(10,000英尺以下)在10,000英尺高度以下时，推荐俯仰设定在+2至+7之间，+5是一个很好的折衷设定。飞行高度在10,000英尺以下时，机组有很多事情要做，如作检查单、与塔台联系进近/离场等等。这时将俯仰设为+5可减轻机组的工作负荷。+5的俯仰设定可以消除飞机周边地区的大部分地面杂波并探测到绝大部分天气信息。下文中要讲到的两个题目(“爬升”和“下降”)会谈到上述原则背后的原因，以及何时采用+2和+7的俯仰设定。,MultiScan 雷达的操作,中空时的俯仰设定(10,000 25,000英尺)在陆地上空中等高度飞行时，一般原则是将俯仰设定在使少量的地面

26、回波显示在屏幕外缘上。如果是水上飞行，则无论选择哪个探测距离，地面杂波都象图所示那样。如果水上飞行时地面杂波不足以确定适当的俯仰设定，则可根据不同高度的俯仰设定具体值。,MultiScan 雷达的操作,高空时的俯仰设定(25,000英尺以上)在高空，雷暴顶部对雷达来说几乎是不可见的。当外界空气低于-40C时，雷暴顶完全处于冻结状态(即完全由冰晶组成)，几乎不能反射雷达波的能量。这时就要大幅降低俯仰，保证雷达能探测到雷暴在更低高度上高反射率的部分。在陆地上空飞行时，在160海里距离内可以利用地面杂波来选择一个合适的俯仰。而对于更远距离的目标就必须采取特殊步骤。在160海里范围内时，调整俯仰，使最

27、外距离圈处出现一些地面杂波，保持这种状态就能保证天线总是指向雷暴的反射部分，而雷暴的这一部分总是出现在所选距离范围的外缘。,要注意的是，尽管对雷暴的过顶扫描现象可能会出现在中、低空，但这个问题在高空巡航时会成为一个重大威胁。许多飞行员在高空巡航时都根据80海里的探测距离来选择俯仰设定，但该设定最适合50-80海里范围的天气回波，而重大天气有可能出现在0-50海里范围内。因此，发生过顶扫描，继而不小心在雷暴顶上飞过就成为一个重大隐患。50海里内的目标可能会发生过顶扫描，不显示在雷达屏幕上，它们能引起严重颠簸。为了探测50海里内的目标，需要设定更低的俯仰，但这样雷达可能会漏掉远距离的雷暴，而且在陆

28、地上空飞行的话还会导致更多的地面杂波。,MultiScan 雷达的操作,过顶扫描保护 飞行员采用的技巧方法1：当采用80海里探测范围时，判断哪些雷暴构成威胁、哪些不构成威胁的一个方法是，使用40海里距离圈(显示屏的中间)作为决策点。如果在40海里处雷暴还处在雷达波束范围内(即在显示屏上呈现颜色)，则应被视为一个潜在威胁。然而，对于距离飞机40海里以内并在显示屏上消失的雷暴单体，就应有意识的跟踪和避免。,MultiScan 雷达的操作,方法2：对装有功能分力控制面板的飞机来说，可以采用另一种方法来降低发生过顶扫描的危险。做法是，一位飞行员使用80海里(或更高)探测距离，并将俯仰设定到将地面杂波置

29、于最外距离圈处；同时另一位飞行员使用40海里探测距离，并将俯仰设定到将杂波置于40海里显示画面的外侧距离圈处。当没有地面杂波时，采用海洋上空飞行时推荐的高空俯仰设定值。这时80海里距离可用于帮助准备必要时改变航向，而40海里距离则用于防止过顶扫描及由此引起的飞越雷暴顶。,MultiScan 雷达的操作,方法3：每经过一段时间就选择一次40海里距离，同时调整俯仰，使一些地面杂波显示在最外的距离圈，这也是防止过顶扫描的一种方法。在这个范围内观察有潜在威胁的目标，然后切换到80海里距离，调高俯仰，让地面杂波还是处在最外距离圈处。继续调整距离和俯仰直至用到所期望的距离。每经一段时间就重复一次上述步骤，

30、直到距离飞机40海里范围内需要确雷暴位置时为止。,MultiScan 雷达的操作,方法4：另一种探测潜在颠簸威胁的方法是把最大增益和俯仰控制结合起来。将俯仰设定为零，增益设为最大，这样雷达或许可以探测到在雷暴顶部形成的冰晶(图2.50a)。如果发现飞机前方有任何天气出现(图2.50b)，则将俯仰调低(图2.50c)，看看天气回波是否增强。如果是(图2.50d)，则基本上可以说，飞机正在接近雷暴顶。,MultiScan 雷达的操作,雷暴高度估计(仅对雷达顶)雷暴的雷达顶或湿顶的高度可以通过提高俯仰、直至雷暴在屏幕上消失的方法来估计。其高度等于飞机飞行高度+(天线俯仰 x 距离 x 100)。在图中，天线俯仰一直升高到2雷暴才从雷达屏幕上消失。雷暴在飞机前方25海里处，飞机飞行高度为30,000英尺。于是，雷暴的湿顶估计为35,000英尺。应注意，雷暴在垂直方向上可以发展得很高，相应的颠簸可能出现在雷暴湿顶以上的高度。,MultiScan 雷达的操作,总的来说，一个经验丰富的飞行员会有意识地将不同俯仰和不同增益设定下得到的天气图像拼成一幅完整的天气图像。以不同的俯仰来扫描可使飞行员看到不同距离的天气，而改变增益设定可以改变接收机的灵敏度，从而根据飞机所在高度的雷暴的不同反射特性进行最优化探测。,MultiScan 雷达的操作,谢谢 各位领导！,