基于3D技术的机载气象雷达系统的使用及维护研究

闻东海 赵玉强 黄兴龙 张德昇

摘要：

气象雷达系统能够帮助飞行员提前预测前方的天气状况，有效避开前方的降雨区，同时帮助飞行员探测前下方的地形，对于飞行安全具有重要意义。因此，研究机载气象雷达的使用方法就变得非常重要。3D技术能以更形象的方式把相关的技术细节呈现出来，因此，研究基于3D技术的机载气象雷达的使用及维护具有重要意义。

关键词：

3D技术;雷达系统

中图分类号：

TP274

文献标识码：

A

文章编号：

1672-9129（2020）15-0069-01

1机载气象雷达功能简介

机载气象雷达的主要功用是探测飞机前方的气象情况，向机组提供充填有水分的气象形成物的平面位置显示图像，以便机组选择安全的航线避绕各种危险的气象区域。正是由于飞机能探测前方一定距离的危险天气，因此它能够使飞行员进行提前绕飞的操作。机载气象雷达的另一功能是观察飞机前下方一定范围内的大概的地形地貌。适当向下倾斜气象雷达的天线，可以提供主要的地形特征显示，例如：河流、面积较大的湖泊、海岸线等。该功能可以用来辅助导航。由于气象雷达的测量原理是依靠回波，如回波的强度太弱，则不能在显示屏上进行正确的显示，因此它对山峰、相遇飞机的探测能力和所显示的相应图像及位置的准确程度，均不能满足地形回避和防撞要求，因此，一般情况下飞行员不应把气象雷达的回波图像作为地形避让以及和空中飞机防撞的依据。

2机载气象雷达的使用

机载气象雷达系统主要由天线，收发机，控制盒，显示器组成。而现代飞机一般将气象信息的显示集成到EFIS中来显示，因此现代飞机不设专门的气象雷达显示器。气象模式（WX）为机载气象雷达最基本的工作模式。当需要探测前方的天气状况时，雷达工作于该模式时，需要将雷达控制盒上的工作模式旋转到WX位，此时，天线波束在飞机前方及其左右两侧的扇形区域内往复扫描。地图模式（MAP）可以反映飞机前下方地面的地形轮廓图象，雷达工作于该模式时，需要将雷达控制盒上的工作模式旋转到MAP位，呈现在荧光屏上的是飞机前下方地面的地表特征，诸如山峰、河流、湖泊、海岸线、大城市等的。这种模式应将雷达天线朝下调整一定角度。湍流探测模式（TURB），能用紫色或白色图象显示出前方危险的湍流区域。但很多控制盒不单独设TURB模式，而是设置了气象与湍流模式（WX/T），该模式需要将雷达控制盒上的工作模式旋转到WX/T位，能同时显示湍流区域和天气状况，由于飞行员不可能提前预测前方的危险到底是湍流还是雷雨等，因此最常用的模式为WX/T，可以把二者都测出来。

另外，增益一般调到AUTO位，有些没有AUTO位的控制盒可调到CAL位。而气象雷达的俯仰角度的选择需要按工作模式、飞行阶段、所选择的显示距离等因素进行调节。起飞前需要将天线上扬角度基本与飞机爬升角度一致。爬升时逐渐减少上扬角度。巡航时先要调好测试距离，然后上调天线使得地面杂波刚好在显示器的正下方。下降时要逐步上调仰角防止大量的地杂波显示。

3机载气象雷达的维护

在地面维护气象雷达时，应尽量使雷达工作于自检模式。在需要使雷达工作于发射模式时，应将天线俯仰旋钮调至上仰位置，以尽量避免天线波束照射近处地面目标。可以利用的BITE进行测试，具体测试安装手册步骤进行。但有些时有时无的故障不容易发现，可以进行加高压测试，让系统处于高压状态不少于半小时。

4基于3D技术的机载气象雷达的维护

传统的维护是基于工作人员经验以及技术手册来进行，规模较大的技术公司由于人员储备充足，没有任何问题。但是對一些中小技术公司和航空公司，由于成本的原因，更推荐使用一些新技术来加强维护实力。使用3D技术来进行机载气象雷达的维护是一个很好的应用实例。

基于3D技术的一个VR软件的开发过程包含了分析、设计、实现和测试等阶段，该软件开发过程的研究主要始于软件需求分析，经过软件设计、软件实现，终于软件测试。机载气象雷达所处环境是需要制作的，这样将会使得整个维修过程的模拟内容更具有真实性，也更加的吸引人。音源就像现实世界里的一个喇叭或者一个音响输出器一样，可以在场景中任意位置安装发声装置，它播放着音频片段AudioClip。发出的声音将输出到声音监听器audiolistener。在机房模拟时，对于声音的具体发出地感受并不明显，由于相机自带AudioListener组件，所以我们选择在相机上添加音源。因此在一个场景中，我们只要添加一个音源给相机携带的AudioListener组件，并导入相关音频文件，设置音频播放片段，这样就能实现创作，而对于听到的声音强弱和效果，则根据修改AudioListener组件下参数来决定。

本文简述一个使用3D技术建立维护软件的流程。在3DMAX、Maya等建模软件中，根据雷达系统各部件的实物的照片和尺寸完成相应的建模，再导入到Unity中进行编辑。如后续需要添加新的模型，则需要再次搜集数据，在建模软件中做好模型，再导入到Unity中进行编辑与设计。

收集整理日常各种维修工作中设备的摆设、流程顺序、所需要用到的各种工具、更换备用的零部件的外形和尺寸。根据这些收集的资料，制作相应的3D模型，导入到Unity软件中。在Unity软件中搭建出与现实一致的场景，设计出维修中的交互流程逻辑，最后通过穿戴的硬件设备完成交互操作。

参考文献：

[1]机载气象雷达的原理及常见故障分析[J].袁艳良.科技创新导报.2017（30）

[2]机载气象雷达天线控制系统[J].方智觅.科技视界.2015（34）