[發明專利]一種機載風切變儀及風切變探測方法

有效

• 申請號: 201710514160.1
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN107831492B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 王葉;李杰
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S13/95
• 分類號: G01S13/95
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔;徐曉鷺

1.一種機載風切變儀，其特征在于，包括機載雷達設備，風切變數據處理系統和風切變預警輸出顯示系統；

所述機載雷達設備用于檢測風切變數據，并將其發送給風切變數據處理系統，將接收到的數據發送至風切變數據處理系統，所述風切變數據處理系統將所述數據經計算得到風切變強度信息；

所述風切變預警輸出顯示系統與風切變數據處理系統相連，用于顯示風切變強度信息；

風切變數據處理系統中的多普勒雷達通過測量相繼返回的脈沖對之間的位相差來確定目標物的徑向速度；

多普勒雷達發射脈沖的工作頻率為f₀，每個脈沖發射時的初始位相均為λ為波長，

第一個脈沖遇到距離為r₁的目標，返回到雷達的回波位相為：

一個脈沖重復周期PRT之后，第二個脈沖發出，當第二個脈沖遇到上述目標物時，該目標物距雷達的距離為r₂＝r₁+Δr，則該目標物對于第二個脈沖的回波到達雷達時的位相為：

于是，相繼返回的兩個脈沖之間的位相差為：

最終得到的目標物沿雷達波束徑向速度的表達式：其中脈沖重復頻率PRF＝1/PRT；其中，PRT為脈沖重復周期；

根據風場信息，提取并輸出風切變信息；

所述機載雷達設備為多普勒雷達，包括雷達天線、收發開關、信號發射系統、實時信號接收系統，所述雷達天線安裝在機頭，波束指向載機正前方；所述收發開關與信號發射系統、實時信號接收系統以及雷達天線連接，用于在不同的工作模式下將信號發射系統或者實時信號接收系統接入工作電路中；

所述信號發射系統與雷達天線連接，用于在設定的時間間隔內產生高頻脈沖，通過雷達天線發射出去。

2.根據權利要求1所述的一種機載風切變儀，其特征在于，所述風切變預警輸出顯示系統安裝在飛機座艙內，當風切變強度超出中度時發出警報。

3.根據權利要求2所述的一種機載風切變儀，其特征在于，當所述信號發射系統工作時，雷達天線收發開關把信號發射系統和雷達天線之間的電路接通，使信號發射系統輸出的信號送往雷達天線，向空間輻射高頻脈沖，并且把接收機與天線之間的電路切斷。

4.根據權利要求2所述的一種機載風切變儀，其特征在于，當所述實時信號接收系統工作時，所述收發開關把實時信號接收系統與雷達天線之間的電路接通，切斷信號發射系統與雷達天線之間的電路，保證回波信號只進入實時信號接收系統而不進入信號發射系統。

5.一種機載風切變探測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一，實時采集雷達數據，計算風場信息；

步驟二，根據所述風場信息，提取并輸出風切變信息；

步驟三，將所述風切變信息通過輸出顯示系統顯示出來；

所述步驟二具體為：

步驟2.1，根據多普勒效應確定氣流沿雷達波束方向的速度分量；

步驟2.2，根據回波信號往返時間確定回波位置；

所述步驟2.1具體為：

風切變數據處理系統中的多普勒雷達通過測量相繼返回的脈沖對之間的位相差來確定目標物的徑向速度；

多普勒雷達發射脈沖的工作頻率為f₀，每個脈沖發射時的初始位相均為λ為波長，

第一個脈沖遇到距離為r₁的目標，返回到雷達的回波位相為：

一個脈沖重復周期PRT之后，第二個脈沖發出，當第二個脈沖遇到上述目標物時，該目標物距雷達的距離為r₂＝r₁+Δr，則該目標物對于第二個脈沖的回波到達雷達時的位相為：

于是，相繼返回的兩個脈沖之間的位相差為：

最終得到的目標物沿雷達波束徑向速度的表達式：其中脈沖重復頻率PRF＝1/PRT；其中，PRT為脈沖重復周期。

6.根據權利要求5 所述的一種風切變探測方法，其特征在于，所述步驟2.2具體為：

氣象目標距雷達的直線距離L，是由電磁波的傳播速度C和雷達發射脈沖與回波脈沖之間的時間間隔Δt確定，即