[發明專利]高保真機載前視氣象雷達低空風切變信號仿真方法

有效

• 申請號: 201010252705.4
• 申請日: 2010-08-13
• 公開（公告）號: CN101950017A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 吳仁彪;范懿;孟志超;蘇志剛;盧曉光
• 申請（專利權）人: 中國民航大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 朱瑜

技術領域

本發明屬于雷達回波信號仿真技術領域，特別是涉及一種高保真機載前視氣象雷達低空風切變信號仿真方法。

背景技術

目前，低空風切變是航空器在起飛和著陸階段公認的對飛行安全危害最大的天氣現象，民航飛機對低空風切變等氣象目標的探測需要依靠機載前視氣象雷達，可以說它是民航飛機的“雙眼”。由于低空風切變具有危險性大、持續時間短且不易探測的特點，其實際數據較難獲取，只能通過高保真仿真來得到。

對于氣象目標回波信號的仿真大多基于統計模型，根據目標的在時間上的相關性進行仿真。但是，低空風切變是一種復雜的天氣過程，除在時間上具有相關性外在空間上也是相關的。迄今，沒有有關文獻對風切變的相關性有準確的描述。因此，采用統計模型的方法不適用于機載前視氣象雷達低空風切變回波信號的仿真。

低空風切變信號的仿真依賴于所采用的低空風切變的風場模型。目前，低空風切變風場建模方法主要有三種：第一類模型是以實際測量數據為依據建立的模型，這類模型不足以反映低空風切變的本質特征及動態發展過程；第二類模型是工程化的簡化模型，一般僅能反映出風切變的速度特性，并不能體現出其全部特點，因此不能真實地反映低空風切變雷達回波信號的特點；第三類模型是美國NASA建立的TASS(Terminal?Area?Simulation?System)模型，因為這種模型所涉及的技術復雜，對系統要求較高，需要大型計算機進行求解，不適合作為實時仿真的低空風切變的工程化模型。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種高保真機載前視氣象雷達低空風切變信號仿真方法。

本發明的目的是提供一種高保真機載前視氣象雷達低空風切變信號仿真方法，能夠更準確地反映出低空風切變風場特點，能真實地反映出機載前視氣象雷達對低空風切變目標的回波特征。

本發明是基于風場仿真軟件所建立的真實的風切變風場模型，在此基礎上高保真地實現機載氣象雷達風切變回波信號的仿真。仿真包括以下幾個步驟：

(1)基于流體力學和小尺度氣象學理論，利用風場仿真軟件建立風切變的風場模型，得到用于回波仿真的風切變風場的速度分布與密度分布。

(2)根據仿真風場的密度信息計算風切變風場的反射率因子。

(3)初始化仿真場景；設置飛機參數、雷達參數、飛機與風場的相對位置以及由風場仿真軟件所生成的風場信息等參數。

(4)確定當前掃描方位內所有散射微粒與飛機的距離R、相對速度v_r等信息。

(5)計算風場各散射微粒的回波信號幅度與相位信息。由雷達方程可知，回波信號的幅度可以表示為：

Ai=0.93PtG2π2Ze64λ2Ri4]]>

其中，A_i表示第i個散射微粒的幅度與相位，P_t為雷達功率，G表示天線增益，Z_e為反射率因子，λ為發射信號波長，R_i表示飛機與微粒間的距離。

回波信號的相位可以表示為：

其中，λ為發射信號波長。由于R_i＝R₀-v_rt，R₀是微粒與飛機間的初始距離，v_r是微粒與飛機間的徑向速度。因此，在回波信號的相位中包含了微粒的速度信息。

(6)對所有散射微粒的回波進行疊加

形成一個掃描方位的回波信號。其中，n₀為噪聲，可由雷達接收機的噪聲門限所確定。