机载气象雷达人工调节故障分析

柳昌龄

摘 要：气象是飞行安全的一个至关重要的因素，恶劣天气也是飞机失事遇难的重要原因。机载气象雷达作為一种颇为有效的气象探测设备，对飞机的安全运行有着不可低估的作用。由于我国的地面气象服务还未能覆盖飞行的整个过程，因此必须使用机载气象雷达等航空电子设备，为飞行员提供实时的气象信息，让他们能避开各种危险区域，安全、准确、舒适地把旅客和货物送往目的地。因此正确使用机载气象探测设备，受到各飞机运营单位的重视。

关键词：含水量 反射体 地球曲面 地面杂波

中图分类号：V243.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）02（c）-0024-02

目前装备飞机的最新气象雷达除了能探测雷雨等气象区域外，还实现了对风切变、湍流的有效探测，这些功能可提高飞机在各种气象条件下的飞行安全性。但大多数通航飞机使用的气象雷达天线俯仰调节依然配备了人工调节的功能。这种传统的手动调节，具有以下特点：（1）可以进行纯雨量探测；（2）需要人为调节天线（波束）高低，搜索扫描雷雨的反射体。

1 机载气象雷达的组成及工作原理

气象雷达的基本原理与其他类型的雷达是相同的，都是利用物体对高频电磁波的反射效应来探测目标的。机载气象雷达主要用于探测航路上的降水，也就是空气中的小水滴。定性地说，物体只能反射波长与自身几何尺寸相近或者更小的电磁波，所以气象雷达的工作频率都很高。涡轮飞机飞行高度高，航程远，随时掌握飞机前方航路上的气象条件对于飞行安全来说是至关重要的。而通过对空中的雷雨区、暴雨区、冰雹、湍流、风切变等恶劣气象进行探测，可以大大提高飞机的飞行安全。

不同型号的气象雷达所包含的组件可能不同，他们在各型飞机上的配置也有多种形式。但是气象雷达的基本组件却大致相同，包括雷达收发机（Transceiver，XCVR）、雷达信号采集控制盒（Controller，CONT）、天线运动驱动机构（ANTENNA DRIVE）、天线支架、收发天线（ANTENNA）波导管（WAVEGUIDE）以及气象信息显示器（IND）等。较为先进的气象雷达将收发机、控制盒、驱动机构、天线以及波导管集成为一个天线收发机机构，省去了波导管的传输，减少了信号失真，降低了维护难度。

收发机是气象雷达的核心部件，用以生成X波段的脉冲射频信号，通过天线发射出去，同时将天线接收到的反射标信号进行放大、滤波等一系列处理，最后将回波输往终端显示设备。当气象雷达探测到风切变时，向机组发送视觉或者音频警告。

2 机载气象雷达的功能介绍

机载气象雷达主要实现以下7个功能。

（1）扫描探测夹带水滴的湍流区域。

（2）扫描探测前方航路上扇形区域内的气象目标，例如冰雹、降水、雷雨等。

（3）探测飞机飞行航路上可能引起撞机的障碍物，例如：高耸的山峰、摩天大楼等。

（4）查探机头前下方的地形状况，例如：丘陵、河流、平原、城市建筑群等。

（5）雷达导航信标的作用。

（6）显示由其他系统输入的文字或图形信息。

（7）风切变的探测。

3 气象雷达手动调节问题分析

机载气象雷达在工作原理上相对简单，但在实际使用与维护中却相对复杂得多。在使用上，气象雷达需要根据实际情况不断进行量程、俯仰、增益上的合理调整，才可获得精确的气象目标信息。

3.1 气象雷达显影不强，不清晰，不准确，回波弱

由于雷达只能探测到气象目标中的降水，因此对于含水量低的大气环境，气象雷达对降雨的探测并不准确，雷达探测显影不强大多是由于大气或雷雨含水量不高。

（1）雷雨不同高度层的含水率不同，其中只有下2/3部分含有水分，其顶部（冰晶成分）雷达不能观测到，因此不同的附仰角度所得到的图像也不同，含水层反射率最高，回波最强。若发现气象雷达显影不强，可以进行天线俯仰调节，将波束调节到雷雨的含水反射体部分进行观测（见图1）。

（2）在空气干燥的地区，如我国北方，大气中水分含量低，雷达的反射率也较低，在这些区域飞行应适当调高增益来进行补偿进行适当补偿。

（3）气象雷达无法探测到没有形成对流运动、含水率极低的云团。在雷雨形成初期，气流强烈并伴随闪电，但因含水率低，雷达回波可能较弱，需人工补偿雷达增益，探测闪电活动。

3.2 远距离看不到雷雨，只有近距离（40海里以内）才能看到

（1）距离较远时无法观察到雷雨，可能是由于地球曲面对远距目标探测产生影响。这时可以尝试调整雷达显示的距离圈，将距离设置到80海里或以上再进行观测。同时可以增加飞行高度，减小地球曲面的影响，同时还能有效避免地面反射波。

（2）根据所设的距离圈，正常情况下采用扫地杂波毛边的原理进行俯仰设置（见图2）及调节俯仰，保持显示器外缘距离圈有一薄层地波。这适于10 000 FT高度以上或平飞的飞机。

3.3 地面杂波过多

地面目标对雷达的扫描波束也会进行反射，在飞行使用中如果天线角度设置过低，会引入过多地面杂波。这时需要进行天线的俯仰调节，按照扫毛边方式进行俯仰设置，避免地面反射杂波影响气象探测。

4 结语

民用机载气象雷达发展至今，由于采用了性能先进的雷达探测技术、信号处理技术及计算机自动模拟技术，其动态范围、探测距离、灵敏度及可靠性都得到很大程度的提高。同时，在采用了路程衰减补偿（PAC）、地面杂波抑制（GCS）等自能化功能后，对飞行员操控要求也大大降低。但面对复杂多变的气象环境，再先进的技术也需要以飞行员的正确操作作为基础。因此雷达天线的人工调节方法需要我们的飞行员和机务人员正确掌握，这样才能让我们在面对极端天气时做出正确判断，避免灾难的发生。

参考文献

[1] 蒋庆全.民用机载气象雷达发展评述[J].电子科学技术评论，2004（4）：39-46.

[2] 陈婷.CESSNA525机载气象雷达原理及维护分析[J].硅谷，2014（13）：80.

[3] 齐荣林.机载气象雷达的原理及常见故障分析[J].科技视界，2016（17）：109-110.