航空雷达讲义

Multiscan 雷达概述
1.2 雷暴对雷 达波的反射 性
• 理解雷暴的反射特性是理 解MultiScan雷达工作原理的 关键。一般来讲，雷暴按其对 雷达波的反射率高低可分为三 个部分(图1.1)。结冰高度以下 全部由水组成，是雷暴中能最 有效地反射雷达能量的部分。 雷暴中间部分由过冷的水和冰 晶组成。由于冰晶是不良的雷 达能量反射体，所以这部分对 雷达波的反射率开始减小。雷 暴的顶部全部由冰晶组成，雷 达几乎探测不到。此外，发展 中的雷暴在其可见部分以上还 有一个颠簸弧形波。
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气象雷达系统(WXR)
气象雷达的组成：
气象雷达系统(WXR)
• 柯林斯WXR-2100 MultiScan雷达为天气信息的处 理和提炼提供了一种革命性的方法。MultiScan是 一种完全自动化的雷达，可以在所有时间、所有 飞机高度显示所有距离内全部的重要天气，不需 飞行员进行俯仰或增益设定，同时还不会显示杂 波。当MultiScan雷达工作在自动模式时，每位飞 行员都能掌握目前只有最具经验的雷达操作员才 能掌握的天气信息，这样飞行员的培训要求就可 进行简化和标准化。MultiScan雷达大大减轻了飞 行员的工作负荷，同时增强了天气的探测能力， 提高了乘客和机组的安全。
MultiScan 雷达的操作
• MultiScan 雷达的操作(自动)
• 当一开始选择了自动模式时，雷达将完成沿着飞机飞行航迹的 第一次扫描， 这是为了保证飞行正前方的天气能够马上显示给机组。 第二次扫描则调低俯仰，这样可能会看到明显的地面杂波。天线第二 次扫描时地面杂波抑制算法开始起作用，而且将在第五次扫描开始时 (16秒)完全初始化。初始化过程完成后，机组就能看到优化的天气图 像，对选定的各种距离范围都有最少的地面杂波。此外， OverFlightTM功能也将全面介入，以防止对飞机构成威胁的 雷暴在 雷达波束下面被漏过。
Multiscan 雷达概述
• MultiScan 具有下视能力， 从地面杂波中检出雷暴的 反射部分。图中画面是地 面杂波抑制功能关闭时的 雷达显示。天气图像被地 面杂波所淹没。 • 当打开GCS(地面杂波抑 制)功能时，在单一的无杂 波画面中可以看到所有重 要天气(本例中，距离是从 飞机前一直到160海里)。 更重要的是，雷达不必在 消除地面杂波和获取最佳 天气回波两者之间进行俯 仰的折衷了
MultiScan 雷达的操作
2、 WX+T(天气加颠簸模式)
• WX+T(天气加颠簸模式)可以在显示天气目标的同时将颠簸信息叠加在 显示画面上。对于所有选定的距离范围，颠簸显 示都是40海里以内，在画面 上显示为紫红色。MultiScan处于自动设定时，这种WX+T模式提供无地面 杂波的图像，可以迅速、准确地了解危险天气。
Multiscan 雷达概述
» 海洋雷暴相关性：MultiScan能够对海洋雷暴反射率的降低自动进 行补偿，在飞机跨海飞行时提供更加精确的气象显示 » - 综合低高度天气：在低高度上运用多俯仰可使雷达沿着飞行航迹 扫描，避免雷暴穹隆区的威胁，而且能对飞机下面发展中的雷暴进 行扫描，并观察更大范围内的天气。 » - 风切变探测：在起飞和着陆阶段具有风切变自动前视探测功能。 » - 地图：地图模式可以探测重要的地理特性，如城市、湖泊及海岸 线等。 » - 功能分区控制（波音飞机)：该功能使机长和副驾驶能对距离、增 益及工作模式独立进行控制。在人工模式时，还能实现独立的俯仰 控制。 - 所有距离/模式组合中同时显示更新：即使机长和副驾驶选择 了不同的距离和模式，但是在自动工作模式时，两个显示器仍 同时刷新。
MultiScan 雷达的操作
MultiScan 雷达的操作
更远距离的低高度天气及防飞越雷暴穹隆区 • 在低高度时，MultiScan雷达利用工作在不同俯仰的 多波束，加上其地面杂波抑制功能，能够防止飞越雷暴穹 隆区，同时还可以看到更远距离的天气。飞机在爬升时， 上波束负责探测航迹上的天气，防止飞越雷暴穹隆区，同 时下波束采用比常规俯仰更低的俯仰设定来探测中、近距 离的天气。
波音机型：自动模式：选择的是 波音机型：人工模式：选择的是WX+T(天 WX+T(天气+颠簸)和+5°俯仰， 气+������ 颠簸)和+2°俯仰，雷达处在 而且雷达处在“A”(自动)模式。 “M”(人工)模式。没有显示任何增益信 VAR表示增益高于或低于 息说明选定的是CAL增益。 CAL(校正)增益位置。
MultiScan 雷达的操作
»2.1.2 波音机型的控制面板
• 波音机型拥有单套系统(依飞机构型有一套收发机 ) 和双套系统(依飞机构型有两套收发机 )控制面板。 两种面板都是“功能分立”的，即机长和副驾驶独 立控制模式、增益及俯仰(注：只有在人工模式时俯 仰设定才起作用)。
MultiScan 雷达的操作
MultiScan 雷达的操作
地面杂波 (On/OFF)
• MultiScan处于自动(AUTO)工作状态时，地面杂波抑制功能(GCS)也 在启用状态。对波音机型来说，这都是默认功能。有时飞行员出于导 航的目的，想暂时超控地面杂波抑制功能，同时又不想切换到人工模 式。 波音机型：如果想看 地面回波，按下 并保持住GC(地面 杂波)钮。该按钮 是个暂时切换钮， 松开后会返回默 认的GCS（地面 杂波抑制）模式
自动功能初始化完成以前人工 状态的雷达。
天线第一次扫描，显示出 威胁性的天气
MultiScan 雷达的操作
天线第二次扫描，初始化过程开始
天线第三次扫描，初始化过程进行当中
天线第四次扫描，初始化过程进行当中 天线第五次扫描，初始化过程完成 注：MutiScan具有“切换”功能(“coast” feature)，飞行员可以暂时从自动模 式切换到人工模式。如果飞行员从自动切到人工，再返回到自动全过程的时 间少于约38秒，则雷达会“记住”自动状态的设定而不需重新进行初始化
飞机结构与系统 (AV专业)
机务工程部人事培训处
气象雷达系统(WXR)
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概述：机载气象雷达系统（WXR)用于实时
地探测飞机前方航路上的危险气象区域，也可探 测飞机前下方的地形情况，并将所探测目标的轮 廓、雷雨区的强度、方位和距离等显示在导航显 示器上。供驾驶员避让，保障飞行的舒适和安全。 • 现在的(WXR)都具有预测风切变功能。
Multiscan 雷达概述
• 图所示的是一 个实际的雷暴 及在雷达天线 不同俯仰时的 图像。在实际 操作中，如果 雷达在人工模 式下，俯仰的 确定常常要在 寻找雷暴反射 率最高的部分 和减少地面杂 波之间进行平 衡
Multiscan 雷达概述
»1.2.2自动增益
• MultiScan在自动工作模式时根据大气温度变化规律使用 不同的增益，以此补偿地理位置、一天中不同时刻，以及 高度等各种变化，优化各飞行阶段的天气回波。对增益进 行上述调整，可以最好地适应飞机的飞行环境，并针对主 要条件提供最优化的天气图像最终结果 • 由于MultiScan可以通过多种俯仰设定来探测飞机前方的 天气，而且由于雷达具有下视能力，能从地面杂波中提取 重要的天气，所以MultiScan能以无杂波的画面，显示0320海里范围内影响飞机的所有重要天气。上述整个过程 全部是自动化的，这样，机组就可以把精力放在天气规避 上，而不是天气探测和图像分析上。
MultiScan 雷达的操作
自动模式的天气探测特性
在所有距离选择上优化天气图像 • 由于MultiScan模仿了理想雷达波束，0-320海里的整个天 气图像都储存在计算机中。而且由于采用计算机算法消除 了地面杂波，所以不需在最佳天气图像和最少地面杂波之 间去平衡，也不必再费力选取一个能兼顾两头的天线俯仰。 飞行员只需选定距离范围，则该范围内的最佳天气图像就 会显示在气象雷达屏幕上。下组图是10-80海里雷达连续 扫描得到的天气显示。
• Multiscan 雷达概述
拥有下列功能： »按常规方式进行增益控制：MultiScan使机组 能够在人工和自动工作模式下提高或降低增益 »根据温度改变增益：根据温度改变增益可以在 高高度巡航时对雷暴的低反射率进行补偿。 »路径衰减补偿及警告(PAC警告)：在距离飞机 80海里的范围内，可以对由于天气干扰造成的 衰减进行补偿。当超出补偿极限时，会显示一 个黄色的PAC警告条，以提醒机组处在雷达阴 影区内。 • + OverFlightTM保护：OverFlight保护功能降低 了在高高度巡航时不小心穿越雷暴顶的可能性。MultiScan 的低角度波束信息及记忆功能可保证对飞机构成威胁的雷暴 在飞机飞过以前在雷达屏幕不消失。
气象雷达系统(WXR)
气象雷达系统(WXR)
MultiScan雷达工作的关键是该雷达的下视能力，它可以透过地 面杂波，直视雷暴底部的反射区，用先进的数字式信号处理技术 消除杂波。它还能以预设的俯仰进行多重雷达扫描，以便探测远 、中、短各种距离的天气，实现了在各个飞行阶段探测各种距离 天气的超卓能力。 真正的320海里天气探测及OverFlightTM保护是MultiScan雷达 多种独特功能中重要的两个功能。MultiScan雷达运用先进的地 面杂波消除算法，可以侦测到雷达地平线，为飞行员提供320海 里外的大局天气情况。OverFlightTM保护可使机组避免不小心穿 越雷暴顶，当前遭遇颠簸气流大部分都是这种情况。 OverFlightTM保护功能保证了威胁飞机的任何雷暴都被显示在雷 达屏幕上，直至其不再构成对乘客和机组的威胁为止。
MultiScan 雷达的操作
• 波音机型: MultiScan雷达的“AUTO”按钮(见图)可以在
人工和自动模式之间转换。AUTO是一个锁闩式的按钮， 当按下时，机长和副驾驶两人都处于MULTISCAN自动模 式；当该按钮处于弹出位置时，两位飞行员都处于人工模。 注：当选择自动模式时，机长和副驾驶都处于自动模式； 当选择人工模式时，两人都将处于人工模式。不可能一人 处在自动模式而另一人处在人工模式。
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气象雷达系统(WXR)
»其先进功能包括：
» - 全自动化操作：MultiScan具有全自动工作模式。 飞行员只需选择所希望的距离，不需设定俯仰和增 益。 » - 基本无杂波显示：柯林斯的第三代地面杂波抑制 算法可以消除大约98%的地面杂波，使得对威胁天 气的显示基本上摆脱了地面杂波的干扰。 » - 全距离全高度优化天气探测：以变化的各种俯仰 进行多重扫描后获得的天气信息被储存起来，当机 组选择一定距离时，各种扫描所获得的信息就从存 储器中提取出来显示在显示器上。由于运用多俯仰 技术获得了远距离和近距离的天气信息，无论飞机 高度如何，选择何种距离范围，显示器都会给出优 化的天气图像。大局天气：MultiScan雷达能够提 供320海里外的大局天气信息。
MultiScan 雷达的操作 • 工作模式
1 、WX(天气模式)
WX(天气)模式可以显示，除颠簸信息以外的天气目标。当 MultiScan处于AUTO模式时，天气显示将提供无地面杂波的 图像，可以迅速、准确地了解危险天气。 选定了WX(天气)模 式。显示的4种颜 色(黑、绿、黄、红) 代表不同的雷暴强 度。注意GCS(地 面杂波抑制)处于打 开状态(MultiScan 处于全自动模式)， 天气显示基本上没 有地面杂波。
此画面显示的是距离设定为40 海里时的天气和颠簸。共有五种颜 色(黑、绿、黄、红及紫红。紫红 色表示的是颠簸。
此图显示的是中同样的颠簸，但这次 的距离设定是80海里。记住，只有40海 里内的颠簸能够显示，而且在任何距离范 围内都可显示。
MultiScan 雷达的操作
• 3.地图(MAP)
• 处于自动操作状态时，MAP模式可以显示包括地形和天气信息在内的所有雷 达回波。接收机的灵敏度降低了10dB(一个颜色级)，以便反映出地形特征， 而不是仅仅反映出天气特征。该模式可以辨识诸如山、海岸线、水体等地形 特征。不显示颠簸信息。在MAP模式时PAC Alert(路径衰减修正警告)功能不 起作用。