民航安全保障領(lǐng)域氣象雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用簡述

常躍華 鄭道龍 梁鑫星

摘 要：氣象雷達(dá)在現(xiàn)階段的民航領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，有效的提高了民航飛行的安全性、穩(wěn)定性，在一定程度上減少了民航領(lǐng)域的潛在風(fēng)險。本文闡述了民航安全保障領(lǐng)域氣象雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用概況，簡單的分析在民航領(lǐng)域中國的一些氣象雷達(dá)的技術(shù)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：民用航空；安全保障；氣象雷達(dá)

氣象雷達(dá)是雷達(dá)領(lǐng)域中的一個重要的組成部分，在發(fā)展的過程中逐漸的被應(yīng)用在天氣預(yù)報、農(nóng)業(yè)、能源以及交通等多個領(lǐng)域之中。在民航的發(fā)展過程中，要想有效的保障航線的安全性，就要充分的應(yīng)用雷達(dá)，對于低空風(fēng)切變、湍流等危險現(xiàn)象也可有效的探測，為民航的安全航行做好保障。

1 氣象雷達(dá)風(fēng)切變探測

風(fēng)切變就是指在航空運(yùn)行過程中出現(xiàn)的小尺度或風(fēng)速突然改變的一種現(xiàn)象，在航行的過程中風(fēng)速的突然改變會給飛機(jī)的剪切帶來一定影響，造成飛機(jī)出現(xiàn)舉升力異常變化的狀況，會導(dǎo)致飛機(jī)機(jī)體受到損壞，嚴(yán)重的甚至?xí)斐娠w機(jī)的失事事故，在風(fēng)切變中600m以下的現(xiàn)象屬于低空風(fēng)切變（LAWS），這在航空領(lǐng)域中被認(rèn)為造成飛機(jī)事故的“無形殺手”，在現(xiàn)階段的民航領(lǐng)域中為了有效的對風(fēng)切變進(jìn)行檢測和規(guī)避，就要在民航機(jī)場安裝針對風(fēng)切變探測設(shè)備，主要由風(fēng)廓線儀、低空風(fēng)切變預(yù)警系統(tǒng)（LLWAS）、機(jī)場終端多普勒雷達(dá)系統(tǒng)、測風(fēng)激光雷達(dá)和集成業(yè)務(wù)化風(fēng)切變警報系統(tǒng).在風(fēng)切變中主要有微波雷達(dá)風(fēng)切變探測以及激光雷達(dá)風(fēng)切變探測，在民航的實(shí)際雷達(dá)探測過程中，低雜波很容易對飛機(jī)造成干擾，多普勒氣象雷達(dá)可以有效的控制地雜波干擾、克服雨衰減以及檢測低反射率的風(fēng)切變信號微弱的技術(shù)難點(diǎn)，對此要采取有脈沖對法、快速傅里葉變化法、自適應(yīng)濾波法以及頻譜模式分析法來探測分切變雷達(dá)信號的方法。

2 氣象雷達(dá)湍流探測

在氣象雷達(dá)的探測領(lǐng)域中，湍流就是指在民航飛行過程中存在的微粒速度差異性較大的氣象目標(biāo)，這里所說的速度差異性就是指微粒速度的范圍頻譜，頻譜與湍流是成正比的，在民航領(lǐng)域中湍流對飛機(jī)的安全造成了極大的影響，首先就是大氣湍流探測，是由于大氣快速的、不規(guī)則的運(yùn)用引起的一種現(xiàn)象，最為常見的表現(xiàn)就是大氣氣流運(yùn)動過于迅速多變，且方向變化不穩(wěn)定。在早期的氣象雷達(dá)監(jiān)測過程中，并不能直接的對大氣湍流進(jìn)行檢測，一般都是通過對大氣湍流現(xiàn)象以及具體的降雨量、無規(guī)律的回波形狀以及急劇升降的雨梯度現(xiàn)象進(jìn)行有效的連接，通過這種間接判別的方法對大氣湍流進(jìn)行預(yù)測，但是在實(shí)際的過程中，存在很多的缺陷。在20世紀(jì)80年代中，多普勒技術(shù)在氣象雷達(dá)中被廣泛的應(yīng)用了起來，人們也就開始了多普勒湍流檢測，這是一種基于多普勒原理從頻域提取湍流目標(biāo)的具體信息的相參檢測技術(shù)，在實(shí)際的監(jiān)測過程中，雷達(dá)波束會在湍流區(qū)域形成雷達(dá)回波，在通過湍流自身急速多變的流動性特性，形成的偏離雷達(dá)發(fā)射頻率、頻譜寬度略寬的多普勒頻移。在探測的過程中我們往往會根據(jù)湍流區(qū)域中有無雨滴來判定湍流是屬于濕性湍流還是晴空湍流范疇，在現(xiàn)階段的氣象雷達(dá)探測過程中，多普勒氣象雷達(dá)只能監(jiān)測出濕性湍流，通過激光多普勒雷達(dá)技術(shù)對晴空湍流進(jìn)行探測。在現(xiàn)階段的發(fā)展過程中，國內(nèi)外學(xué)者通過大量的方法進(jìn)行研究，將雷達(dá)技術(shù)與衛(wèi)星資料進(jìn)行有效的結(jié)合，通過最為先進(jìn)的數(shù)值模式產(chǎn)品以及湍流數(shù)值模擬系統(tǒng)的研究，對于如何有效的進(jìn)行晴空湍流探測的預(yù)測是未來的主要發(fā)展.其次就是機(jī)尾流探測，就是指在飛機(jī)的飛行過程中，由于飛行器經(jīng)過后造成的空氣的不規(guī)則運(yùn)動，對后機(jī)造成的一種機(jī)身抖動、下沉、飛行狀態(tài)不穩(wěn)定的狀況，嚴(yán)重的會造成飛機(jī)的發(fā)動機(jī)停止現(xiàn)象，對飛機(jī)的安全飛行造成了一定的影響，在現(xiàn)階段的飛行管理過程中，為了有效的避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，民航的航空交通管理制定了相關(guān)的安全尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)，這在一定程度上降低了這種風(fēng)險的出現(xiàn)。

3 氣象雷達(dá)鳥情探測

在人類通過機(jī)器設(shè)備進(jìn)行空中飛行的發(fā)展過程中，就一直存在著鳥擊現(xiàn)象，所謂的鳥擊就是指在航空器在起飛或者降落的過程職工，出現(xiàn)的各種鳥類、蝙蝠以及其他飛行物體相撞的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象對于飛行安全造成了十分嚴(yán)重的威脅。

國際民用航空組織已經(jīng)把鳥擊災(zāi)害歸為A類航空災(zāi)難。所以在民航的雷達(dá)探測領(lǐng)域把鳥擊危害作為重點(diǎn)的雷達(dá)監(jiān)測對象。要充分的通過雷達(dá)對鳥類進(jìn)行識別，構(gòu)建一個完善的鳥擊預(yù)警模型，在飛機(jī)起飛和降落的過程中有針對的進(jìn)行驅(qū)散鳥群，也可以根據(jù)鳥群的規(guī)律有計劃的避開鳥群，在最大程度上保障飛行的安全性，有效的降低鳥擊的危害。目前已經(jīng)有著較為成熟的氣象雷達(dá)探鳥系統(tǒng)，其中以美國鳥擊危害咨詢系統(tǒng)（AHAS）最為突出，在雷達(dá)探鳥系統(tǒng)的研究過程中取得顯著的效果。氣象雷達(dá)探鳥系統(tǒng)在探測的過程中對十千米到六十千米的探測范圍進(jìn)行勘察，存在著成本高、信息更新較慢、操作較難的弊端，所以并不是十分的適合民航安全保障領(lǐng)域的鳥情探測，在現(xiàn)階段的民航安全保障領(lǐng)域中可以采用“機(jī)場雷達(dá)探鳥系統(tǒng)來進(jìn)行鳥情探測，通過對鳥類目標(biāo)進(jìn)行追蹤檢測，對背景差分、雜波抑制、量測信息提取、目標(biāo)跟蹤以及數(shù)據(jù)疊加的5個基本流程，有效的把鳥類信息從雷達(dá)圖像檢索出來，對民航安全保障領(lǐng)域提高自身的安全性能奠定了一定的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

在民航安全保障領(lǐng)域充分的運(yùn)用氣象雷達(dá)技術(shù)可以有效的保障民航航行過程中的安全性，可以有預(yù)測的對風(fēng)切變探測、湍流探測以及鳥情探測，提高了民航航行的穩(wěn)定性，有效的促進(jìn)了民航企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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（作者單位：中國民用航空飛行學(xué)院）