摘要：在雷达领域当中，气象雷达是很重要的一部分，多用于交通、气象以及农业等不同的领域当中。在民航飞机当中，气象雷达有着很重要的作用，它主要专用于大气探测，不仅可以对天气情况进行预报还可以探测出空风切变等一系列的危险因素，为中小尺度天气系统进行预报和警戒，进而有效保证民航飞机的顺利、安全航行。近几年随着电子行业的快速发展，气象雷达的性能也日益增强，探测功能也愈加广泛。本文主要分析了新型气象雷达的性能，进一步体现新型气象雷达探测性能的优越性。
关键词：民航飞机；气象雷达；优越性
一、前言
飞机气象雷达通常用于大气预测，是一种主动式的微波大气遥感设备，主要为中小尺度天气系统进行预报和警戒。气象雷达主要的探测范围是飞机正前方的地形、气象目标以及其他目标的存在情况和分布情况，并将探测目标的距离、雷雨强度、轮廓以及方位等信息都在显示器上面显示出来[1]。近几年我国的电子行业有了很大的发展，气象雷达的性能也日益增强，探测功能也愈加广泛。其基本工作原理是电磁波在遇到障碍物的时候回被反射回来。雷达发射机会在很短的脉冲持续期间内产生功率非常大的射频脉冲信号，再由天线将其汇聚成为圆锥形波束之后辐射到空中的某个方向[2]。接收和发射共用一个天线，收发是交替进行的。通常来讲，雷达发射X波段射频信号，降雨区还有其他的空中降水气象目标可以对这个波段信号产生一定的反射，并产生具备能量的回波信号，进而由雷达接收机所检测到。
二、新型飞机气象雷达
新型的飞机气象雷达是每组发射多个脉冲来探测前方的风切变和湍流。由于风切变和湍流相对于飞机在速度方面会有明显的变化，根据多普勒频移原理，这会使接收信号的频率相对发射信号的频率产生一定的偏移，进而利用接收回波信号频率变化来进一步探测风切变和湍流[3]。接收信号的频移有的是降水云团移动速度引起的，有的是飞机的速度引起的，而新型雷达可以将飞机速度所引起的频移过滤掉，进而只测量降水云团移动速度所引起的频移。
（一）新型飞机气象雷达探测湍流的原理
湍流会对飞机的安全运行产生很大的影响，在湍流区域，气流的运动速度及方向急速多变，当飞机遇到湍流区的时候，会使飞机受到很大的应力，不利于飞机的操纵，这很可能会使飞机的结构发生破坏。新型气象雷达可以有效检测出飞机前方的湍流区域，并将其及时提示给飞行员。湍流的目标主要表现为微粒，其速度的变化范围也很大，这会导致气象雷达的接收回波信号的频谱发生一定的变化，湍流越强则频谱就越宽[4,5]。气象雷达的湍流处理电路通常是由频谱的展宽程度来对湍流目标进行判断的。例如民用飞机警告门限值通常是5～6m/s，其中5m/s的门限值对应着中度或者轻度的湍流，这种湍流会使飞机舱内的食物和饮料溢出或者是对其产生一定的伤害。此外，气象雷达为了得到比较精确的回波频率偏移，通常会采集很多的回波取样信号，这时的湍流方式，脉冲重复频率会提高到几千赫兹。而收发机就是利用这个原理，发射很多的脉冲来处理每个降水信息脉冲，并提供由降水云团移动而产生的多普勒频移，进而产生相应的湍流数据。由于有着较高的脉冲复频率，湍流探测的最大作用距离大概是几十海里，这个距离门限可以恰好避免距离的不确定性，也就不会产生不必要的脉冲，使接收机发生饱和[6]。
（二）新型飞机气象雷达探测风切变的原理
风切变就是在一段较短的距离范围之内，空中风速或者风向发生急剧变化的现象，例如微流暴和巨流暴，这两种风切变都是由向下的气流所引起的。风切变会在很大的范围内发生，且会伴随狂风暴雨，有时会在较小的区域内发生，尤其是在接近地面高度时会对飞机的起飞和着陆产生很大影响[7]。其中巨流暴在水平方向上延伸可以超过4km，是一种较大的向下的气流，若其持续时间达到5～10min，其风速可达到20nmiles/h。微流暴相对巨流暴气流较小，其延伸不会超过4km，较强的微流暴风速可达150nmiles/h，其持续时间不会超过10min。风切变探测也是应用多普勒频移原理，当飞机遇到顶风时，产生正多普勒频移，顺风时则产生负多普勒频移，如果在一段较短的距离内探测到频移有政府变化，则可判断有风切变。飞机和风切变的距离是由气象雷达发射及和返回脉冲的时间差来确定的，所以气象雷达需要发射更多的脉冲来收集风切变数据。
三、总结
综上所述，新型气象雷达会有效提高飞机的飞行安全系数，使其更加舒适，还可以有效躲避起飞和着陆时的突发湍流及风切变等一系列的天气变化，有利于飞行员可以及时了解前方的危险气象区域，进而提前采取有效的措施来保证飞行的安全。此外，新型气象雷达还可以在起飞和着陆过程中使雷达收发机自动开启风切变探测功能，若在过程中探测到风切变就会及时向飞行员发送警告信息，有利于飞行员及时选择更加安全的航路，进而保障飞行舒适和安全。
参考文献:
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[3]孙卉芳.民用飞机气象雷达的多普勒湍流检测[C]//中国电子学会雷达专业委员会民用雷达系统技术信息交流会.1988.
[4]蔡良元,王清海,温磊,等.某飞机气象雷达天线罩雷电防护技术的研究[J].玻璃钢/复合材料,2010(5):66-70.
[5]刘小洋,黄贤英.机载气象雷达风切变下飞机着陆性能分析[J].计算机仿真,2014,31(7):45-48.
[6]李洪烈.气象雷达综合测试系统的设计与实现[J].飞机设计,2008(04):57-60.
[7]林植平,荣卫国.民用机载气象雷达的现状与展望[J].江苏航空,1998(2):3-4.
作者：陈柯 单位：中国国际航空公司西南分公司
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