張彪 閆長(zhǎng)燦

摘要

機(jī)載氣象雷達(dá)是檢測(cè)低空風(fēng)切變的有力工具，新一代的機(jī)載氣象雷達(dá)將采用相控陣體制?；谛麦w制的機(jī)載氣象雷達(dá)，本文在考慮了地面回波的情況下，對(duì)低空風(fēng)切變場(chǎng)的回波信號(hào)進(jìn)行了仿真，作為后續(xù)低空風(fēng)切變檢測(cè)技術(shù)的研究基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】機(jī)載氣象雷達(dá) 低空風(fēng)切變 相控陣

1 引言

低空風(fēng)切變具有發(fā)生突然、時(shí)間短、尺度小、強(qiáng)度大和不易檢測(cè)等特點(diǎn)，當(dāng)飛機(jī)起飛和著陸而進(jìn)入到強(qiáng)低空風(fēng)切變區(qū)域時(shí)，會(huì)遭遇逆風(fēng)到順風(fēng)的急劇變化，導(dǎo)致升力迅速減小乃至飛機(jī)高度迅速降低，這種情況下就極易發(fā)生飛行事故。

機(jī)載氣象雷達(dá)是實(shí)現(xiàn)低空風(fēng)切變檢測(cè)的重要手段，美國(guó)國(guó)家大氣研究中心NCAR表示，美國(guó)正在研制的下一代機(jī)載氣象雷達(dá)采用相控陣體制，并陸續(xù)發(fā)表了關(guān)于相控陣機(jī)載氣象雷達(dá)的可行性分析、工作波段分析等研究報(bào)告。機(jī)載氣象雷達(dá)在檢測(cè)低空風(fēng)切變時(shí)工作在前視狀態(tài)，本文提出了一種機(jī)載前視陣狀態(tài)下低空風(fēng)切變場(chǎng)的回波信號(hào)仿真方法。

2 信號(hào)模型

在機(jī)載平臺(tái)上沿航向垂直方向均勻放置N元線陣，接收回波信號(hào)包括地雜波、低空風(fēng)切變信號(hào)和噪聲，假設(shè)雜波無(wú)起伏無(wú)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(shí)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(jié)果

仿真條件：飛機(jī)速度為75m/s，飛行高度為600m，機(jī)載氣象雷達(dá)工作波長(zhǎng)為0.05m，脈沖重復(fù)頻率為7kHz，最小可分辨距離150m，相干處理脈沖數(shù)為64，天線陣為8元線陣，陣元間距為半波長(zhǎng)，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(fēng)切變場(chǎng)分布于飛機(jī)前方8.5-16.5km處，信噪比5dB，雜噪比20dB。

根據(jù)本文提出的相控陣體制下，低空風(fēng)切變場(chǎng)的仿真信號(hào)空時(shí)二維譜分布如圖2所示。

機(jī)載前視陣的地雜波空時(shí)二維譜呈現(xiàn)橢圓形分布，低空風(fēng)切變信號(hào)的空時(shí)二維譜表現(xiàn)為主瓣波束空間錐角方向上的一條“窄帶”。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)相控陣體制的機(jī)載氣象雷達(dá)，載考慮了地面回波的條件下，對(duì)低空風(fēng)切變場(chǎng)的回波進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果可作為后續(xù)低空風(fēng)切變檢測(cè)技術(shù)的研究基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] Barber S，Paramore S，and Woodel 1 D L.Airborne weather radar system and radar display [P] · USA，US71 0991 3B1， 2006-09 -19.

[2] Loew E， Salazar J，Tsai P. Tsai， et al.. Architecture overview and system performance of the airborne phased array radar （APAR） for atmospheric research [R].Report of National Center for Atmospheric Research， Colorado： NCAR，2013.

[3] Salazar L， Loew E，Tsai P， et a 1.. Design and development of a 2-D electronically scanned dual-polarization line-replaceable unit （LRU） for airborne phased array radar for atmospheric research [C]. Proceedings of 36th Conference on Radar Meteorology， Colora do， 2013： 16-20.

[4] Vivekanandan， J.，W.C.Lee，E. Loew， J. L. Salazar， J. A. Moore， P. Tsai and V. Chandrasekar， 2013：Design Considerations for Developing Airborne Dual-Polarization Dual-Doppler Radar. 36th AMS Radar Conference， 16-20 September 2013， Breckenr idge， CO.