基于机载前视阵的低空风切变场回波仿真方法

张彪 闫长灿

摘要

机载气象雷达是检测低空风切变的有力工具，新一代的机载气象雷达将采用相控阵体制。基于新体制的机载气象雷达，本文在考虑了地面回波的情况下，对低空风切变场的回波信号进行了仿真，作为后续低空风切变检测技术的研究基础。

【关键词】机载气象雷达 低空风切变 相控阵

1 引言

低空风切变具有发生突然、时间短、尺度小、强度大和不易检测等特点，当飞机起飞和着陆而进入到强低空风切变区域时，会遭遇逆风到顺风的急剧变化，导致升力迅速减小乃至飞机高度迅速降低，这种情况下就极易发生飞行事故。

机载气象雷达是实现低空风切变检测的重要手段，美国国家大气研究中心NCAR表示，美国正在研制的下一代机载气象雷达采用相控阵体制，并陆续发表了关于相控阵机载气象雷达的可行性分析、工作波段分析等研究报告。机载气象雷达在检测低空风切变时工作在前视状态，本文提出了一种机载前视阵状态下低空风切变场的回波信号仿真方法。

2 信号模型

在机载平台上沿航向垂直方向均匀放置N元线阵，接收回波信号包括地杂波、低空风切变信号和噪声，假设杂波无起伏无模糊，噪声为加性高斯白噪声。

如图1所示，地面散射单元水平方位角和俯仰角表示为0和ψ，则杂波单元空间角频率和时间角频率可分别表示为ωs，l（θ，ψ）和ωt，l（θ，ψ），且有

3 仿真結果

仿真条件：飞机速度为75m/s，飞行高度为600m，机载气象雷达工作波长为0.05m，脉冲重复频率为7kHz，最小可分辨距离150m，相干处理脉冲数为64，天线阵为8元线阵，阵元间距为半波长，主瓣波束水平方位角为60°，俯仰角为0°，归一化多普勒谱宽σf=0.05，低空风切变场分布于飞机前方8.5-16.5km处，信噪比5dB，杂噪比20dB。

根据本文提出的相控阵体制下，低空风切变场的仿真信号空时二维谱分布如图2所示。

机载前视阵的地杂波空时二维谱呈现椭圆形分布，低空风切变信号的空时二维谱表现为主瓣波束空间锥角方向上的一条“窄带”。

4 结束语

本文针对相控阵体制的机载气象雷达，载考虑了地面回波的条件下，对低空风切变场的回波进行了仿真，仿真结果可作为后续低空风切变检测技术的研究基础。

参考文献

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