曾世杰

摘 要 飛機在空中飛行時會面對各種復(fù)雜的環(huán)境，包括雷雨等災(zāi)害天氣、風(fēng)切變、湍流和鳥類等危險事件，如果一旦遭遇其中一項問題就可能存在機毀人亡的風(fēng)險。所以做好空中安全飛行十分重要。雷達是在電磁波條件下對目標(biāo)物的距離和特征實施探測的一種無線電設(shè)備，可以實現(xiàn)對目標(biāo)物自身的屬性測定。雷達工作時雷達設(shè)備發(fā)射電磁波信號，當(dāng)指數(shù)不均勻的物質(zhì)被電磁波信號照射到，雷達信號就會形成反射回波，并傳輸?shù)嚼走_接收器里，雷達天線接收反射波后送到接收設(shè)備里面，并迅速分析處理，獲取該物體的某些信息，包含目標(biāo)物體的距離大小、方位情況、速度等信息。接下來文章將探討氣象雷達在飛行安全中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 氣象雷達 飛機 飛行安全

中圖分類號：TN959.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）01-0004-03

1 前言

飛機在空中飛行時會遇到雷雨等災(zāi)害天氣，還會遇到風(fēng)切變、湍流和鳥類等危險事件，嚴(yán)重影響了飛機的正常安全飛行。近年來隨著我國民航的快速發(fā)展，空中流量變得越來越大，當(dāng)前民用航空運輸業(yè)用“安全第一，經(jīng)濟至上”來總結(jié)運營宗旨[1]。對于空中出現(xiàn)的任何一點問題將會是致命的，因此做好空中安全飛行十分重要，雷達的應(yīng)用變得越來越重要。雷達領(lǐng)域中的一個重要分支就是氣象雷達，作為重要的大氣探測工具，在醫(yī)療、能源、建筑、旅游、國防、航天、航空、海洋、林業(yè)、交通、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域被廣泛采用。接下來將探討氣象雷達在飛行安全中的應(yīng)用。

2 氣象雷達的工作原理

雷達是在電磁波條件下對目標(biāo)物的距離和特征實施探測的一種無線電設(shè)備，可以實現(xiàn)對目標(biāo)物自身的屬性測定（如圖1所示氣象雷達的工作原理）。雷達工作時雷達設(shè)備發(fā)射電磁波信號，當(dāng)指數(shù)不均勻的物質(zhì)被電磁波信號照射到，雷達信號形成反射回波，并傳輸?shù)嚼走_接收器里，雷達天線接收反射波后送到接收設(shè)備里面，并迅速分析處理，獲取該物體的某些信息，包含目標(biāo)物體的距離大小、方位情況、速度等信息[2]。雷達領(lǐng)域中的一個重要分支就是氣象雷達，作為重要的大氣探測工具，在醫(yī)療、能源、建筑、旅游、國防、航天、航空、海洋、林業(yè)、交通、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域被廣泛采用[3]。

3 氣象雷達在飛行安全中的應(yīng)用

3.1 氣象雷達在空中鳥情的探測應(yīng)用

飛機在從起發(fā)階段到空中飛行的整個過程中速度達到幾百公里每小時，如此快的速度遇到任何障礙物都可以撞擊的粉碎，如果不能有效規(guī)避這些飛行障礙物，將會使得飛機的飛行安全受到極大威脅（如圖3所示飛機撞鳥示意圖）。控制的障礙物往往以鳥類、蝙蝠等飛行物為主，民航中常說的鳥擊就是指航空器起降或者飛行過程中與鳥類、蝙蝠等飛行物相撞的事件，是飛機飛行的最大威脅之一，鳥擊危害被定義成A類航空危害[4]。利用雷達識別鳥類目標(biāo)提升對鳥類活動情況的探測，構(gòu)建起一種探鳥雷達。為了有針對性地驅(qū)散和避開鳥群建立鳥擊預(yù)測模型，有效地降低鳥擊危害的頻率。同時鳥的大小直徑通常是幾厘米到幾十厘米，為得到鳥類目標(biāo)穩(wěn)定的 RCS 量值，探鳥雷達的工作波段應(yīng)是鳥類尺寸一樣的 S-Ka 波段[5]，這類特殊的雷達按照鳥類的各類體型反饋到飛行人員各種的波段模型，幫助飛機避開鳥群達到安全飛行。所以應(yīng)用雷達實現(xiàn)鳥類活動探測有一定的理論可行性。

3.2 氣象雷達實現(xiàn)大氣湍流的探測運用

大氣湍流在氣象學(xué)中被解釋成大氣做快速且不規(guī)則運動。不規(guī)則運動主要表現(xiàn)在氣流向四面大方運動而且速度非?？烨易兓獪y，湍流并不是伴隨大氣湍流與降雨量、無規(guī)律的回波形狀與快速升降的雨梯度出現(xiàn)（圖2所示氣象雷達探測大氣湍流）。飛機進入大氣湍流會造成飛機的飛行困難[6]。普通的氣象雷達只能借助大氣湍流與降雨量、無規(guī)律的回波形狀與快速升降的雨梯度等來識別大氣湍流，導(dǎo)致測量的結(jié)果并不能快速有效。隨著多普勒技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，在氣象雷達的探測過程中采用多普勒技術(shù)把湍流運動使用回波模型表現(xiàn)出來，雷達將湍流解釋為微粒運動速度不規(guī)則、速度偏差大的氣象活動，雷達在實現(xiàn)探測過程中把這種速度偏差具體成某一頻譜，那么探測湍流的變化就成為頻譜變化，監(jiān)控人員就能實現(xiàn)對頻譜寬度的實時監(jiān)控，以此確保飛機飛行安全。

3.3 氣象雷達實現(xiàn)風(fēng)切變的探測運用

飛機在空中飛行時，速度較快，風(fēng)向和風(fēng)速對飛機有著很大的影響，而飛速改變迅速，無法有效捉摸，通常國際航空與氣象界是按照實例，把在600米以下的風(fēng)切變定性為飛機起飛著陸過程的“ 無形殺手” 。風(fēng)切變是小尺度風(fēng)向或者風(fēng)速瞬間改變的航空現(xiàn)象，飛機在空中飛行時稍有差池就會造成機體損壞，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致飛機失事，嚴(yán)重降低了飛機的安全率。通過有效采用氣象雷達，建立低空風(fēng)切變的預(yù)警系統(tǒng)或者風(fēng)廓線儀、機場終端多普勒雷達系統(tǒng)、測風(fēng)激光雷達和集成業(yè)務(wù)化風(fēng)切變警報系統(tǒng)，對不同天氣狀況的風(fēng)切變進行觀測，提前避開風(fēng)切變，提高飛行安全性。

3.4 氣象雷達實現(xiàn)飛機尾流的探測運用

飛機尾流是飛機在飛行過程中出現(xiàn)的一類不規(guī)則的飛行運動，是跟隨在飛機之后的兩個反向旋轉(zhuǎn)的圓錐式渦旋氣團，也可以說飛機尾流就是大氣湍流的一種形式。飛機尾流會造成飛機發(fā)生下沉、抖動等情況，嚴(yán)重的還會造成發(fā)動機停止或飛行狀態(tài)的發(fā)生改變。利用氣象雷達對飛機尾流進行有效檢測，獲得風(fēng)場的具體探測數(shù)據(jù)，把探測到的數(shù)據(jù)進行收集，包括收集的大氣環(huán)境溫度、風(fēng)場信息、濕度等氣象數(shù)據(jù)，再借助有關(guān)的計算機系統(tǒng)生成對應(yīng)的飛機尾流變化模型，從模型的變化表現(xiàn)認識具體尾流現(xiàn)象，以此達到在飛機實際飛行過程中尾流變化的監(jiān)測。

參考文獻：

[1] 米日吉麗·米吉提，帕提曼·阿布都艾尼.新一代天氣雷達產(chǎn)品在強對流天氣臨近預(yù)報中的應(yīng)用分析[J].科研，2017（05）：162.

[2] 蔣磊，馮徑，王錦洲，沈曄.面向氣象雷達數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧髅襟w流量控制研究[J].南京師大學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2014（01）：81-86.

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[5] 陳昊，王晗，黃鵬良，張東明，王志誠.微信平臺實現(xiàn)氣象雷達實時監(jiān)控功能的設(shè)計[J].信息化研究，2020（02）：64-68.

[6] 邢志川，李淑華.機載相控陣?yán)走_戰(zhàn)術(shù)性能飛行檢驗的相關(guān)理論[J].艦船電子工程，2015（07）：4-7.

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