机载气象雷达
第十八章_气象雷达
机载气象雷达
机载气象雷达可以探测航路上的雷雨、湍流、冰雹等恶劣天气区域，辅助飞行 员沿安全路径避绕各种危险区域。 特点：
体积小，重量轻，构成简单（普通雷达由六部分组成，机载雷达由四部分组成：收发 组、天线组、显示器、控制盒）
探测范围为航路前方及左右扇形区域（通常可达320n mile 即592km），显示气象 目标的平面分布图像及相对于飞机的方位。 降水率的彩色雷达色调： 红色－大雨区； 黄色－中雨区； 绿色－小雨区； 黑色－微雨或无雨区。 紫色（或品红、降红色）－与降雨区相伴的湍流区【有些雷达用白色表示湍流区】。 除可探测航路危险气象区域外，也可用于观察飞机前下方地形等障碍物，用作雷达导 航信标。
机载雷达的基本工作方式
准备（STBY）方式 开机后的过渡状态，准备状态约持续70s，此时显示器上显示“WAIT”等待字样。 自检（TEST）方式 是对雷达性能的快速全面检查。在地面或空中均可进行。性能正常时显示器显示出规 则的彩色自检图；有故障时显示故障组件通告信息。 气象（WX）方式 按下wx键，降水率不同的区域在屏幕上用不同色彩显现。注：机载气象雷达无法探测 不降雨的云区。 湍流（TURB）方式 按下此键，屏幕上显示出湍流区的紫色（或品红）图像，其它雨区的红、黄、绿色图 像不显示。 轮廓（CYC）方式 此时屏幕显示空中气象目标的平面分布图。红色降雨区按每秒一次（半秒消失）的间 隔闪烁提醒飞行员注意。此时黄色盒绿色图像仍与气象方式一样稳定显示。 地图（MAP）方式 显示器以不同颜色显示飞机前下方扇形区域中的地形。可帮助飞行员判明当前地理位 置和飞机实际航向。
目前所用雷达均为彩色显示，根据目标物的反射率，将不同强度 的回波分为若干色调。如我国的714系列天气雷达将反射率因数 从0到75dBZ分为从深蓝到深红15种颜色。
机载气象雷达的应用
机载气象雷达的应用作者：赵宝俊来源：《科学与财富》2016年第02期雷达通过间歇性地向空中发射电磁脉冲，然后接收被气象目标散射的回波，从而探测远方气象目标的空间位置和特性。
收发组的电路组成有：发射机、接收处理、收发转换、电源、监控、天线稳定放大电路。
从结构上飞雷达天线有两部分：用于控制天线运动的天线底座部分和用于辐射和接收雷达信号的天线部分.在飞机飞行过程中，雷达系统通过扫掠天线向前方及其两侧扇区辐射功力强大的雷达脉冲信号，同时接收由雷雨区等含水气象目标所产生的雷达回波。
通过雷达接收机和显示器中回波信号的处理，最后以明亮的目标图像的形式在显示器上表现出来，飞行员以观察图形直接了解飞机前方数百里天气气象情况，选择安全的航路。
一、气象雷达的分类测云雷达。
是用来探测未形成降水的云层高度、厚度以及云内物理特性的雷达。
其常用的波长为1.25厘米或0.86厘米。
工作原理和测雨雷达相同，主要用来探测云高地的高度。
如空中有多层云时，还可以测出每层的高度。
测云雷达只能探测云比较少的高层云和中层云。
对于含水量较大的低层云，如积雨云、冰雹等，测云雷达的波束难以穿透，因而只能用测雨雷达探测。
测雨雷达。
又称天气雷达，是利用雨滴、冰晶体、雪花等对电磁波的散射从而来反馈大气中的降水或云的浓度、分布、移动和演变，了解天气系统的结构和特征。
测雨雷达能探测台风、局部地区强风暴、冰雹、暴雨和强对流云体等，并能监视天气的变化。
测风雷达。
用来探测高空不同大气层的水平风向、风速以及气压、温度、湿度等气象要素。
测风雷达的探测方式一般都是利用跟踪挂在气球上的反射靶或应答器，不断对气球进行定位。
根据气球单位时间内的位移，就能定出不同大气层水平风向和风速。
在气球上同时挂有探空仪，遥测高空的气压、温度和湿度。
圆极化雷达。
一般的气象雷达发射的是水平极化波或垂直极化波，而圆极化雷达发射的是圆极化波。
雷达发射圆极化波时，球形雨滴的回波将是向相反方向旋转的圆极化波，而非球形大粒子（如冰雹）对圆极化波会引起退极化作用，利用非球形冰雹的退极化性质的回波特征，圆极化雷达可用来识别风暴中有无冰雹存在。
飞机气象雷达原理及故障维护分析
飞机气象雷达原理及故障维护分析摘要：本文主要介绍了飞机气象雷达的工作原理，讨论了雷达图像显示不正确、雷达图像目标失真、雷达不扫描、雷达散热、环境对雷达的影响等问题的排除方法，以期为从事该项维护工作的机务工作人员提供思路和方法。
关键词：气象雷达；原理；故障1气象雷达的工作原理机载气象雷达根据电磁波反射原理确定目标的位置。
物体反射电磁波的能力与物体的性质、大小和电磁波的频率直接相关。
目标物体的导电性越高，反射面越大，回波强度越大。
当目标物体的几何尺寸和波长相差较大时，反射能量会减弱。
如果可以将目标物体的反射面直径与雷达波的波长进行比较，则反射能量也会显著增加。
目前用于气象探测的雷达工作频率一般在200MHz~10000MHz之间。
气象雷达的工作原理包括距离测定、方位测定、降水探测、湍流检测和风切变检测。
1.1距离测定气象雷达的主要任务是测量目标物体与地面之间的距离。
气象雷达发射的电磁波以光速在空气中传播，经测量后可接收到目标回波信号，接收到回波信号与发射脉冲之间的时间间隔为t，被测目标与飞机之间的距离可以计算为L=ct/2，其中c为光速。
目标物体的距离分辨率主要由脉冲宽度决定。
如果要提高对近程目标的识别能力，就必须使用较窄的脉冲宽度。
1.2方位测定目标物体的方位角主要通过测量雷达天线波束轴的瞬时方位角来确定。
雷达天线形成的波束呈圆锥形，宽度较窄。
当雷达天线指向特定的方位角时，雷达只能接收到该方位角内物体产生的目标回波，雷达设备将接收到的回波信号传输到显示器上，显示器显示实际的方位角。
雷达的方位角分辨率主要取决于天线水平面上波束宽度，波束宽度越窄，分辨率越高。
1.3降水探测气象雷达是监测天气状况的主要工具，因此对降水的探测是气象雷达监测的重要组成部分。
雨、雹、雪等材料都是导电性水材料。
气象雷达可以探测到雨滴或相对潮湿的冰雹，但不能探测到云、雾、干冰雹等物质。
含水材料可以吸收雷达发射的射频脉冲能量，部分能量会丢失，其余能量会被反射回来。
A320飞机气象雷达的使用故障分析及排故
A320飞机气象雷达的使用故障分析及排故摘要：本文在分析气象雷达系统故障前首先到图书馆进行了资料调研，获得了大量关于气象雷达系统及故障分析的文献资料，结合空客A320手册和某航空公司运营的故障报告数据等重要资料。
总结各类文献资料完成绪论，介绍飞机气象雷达构成及显示原理，然后根据故障数据统计分析了气象雷达系统的故障情况并提出了排故方法和维护措施。
关键词：飞机气象雷达；使用故障；排除一、气象雷达系统分析气象雷达在雷达里面是一个重要的分支，经过长时间的研发已被广泛应用在了天气预报、农业等多种不同的领域。
在民航界气象雷达也同样受到了高度的重视及应用，目前的机载气象雷达不仅可以探测雷雨等天气情况，还能够探测到低空风切变等危险情况，可以为飞机的飞行做好预警工作，因此机载气象雷达系统成为了民航飞机飞行安全中不可或缺的一个重要的机载系统。
先进的民用飞机上一般都装有气象雷达,通常都将其安装在飞机的机头部位，气象雷达系统主要包括收发机、控制装置、天线驱动、天线、显示器和波导装置，还设有收发机和雷达波导开关，使其可以通过雷达系统的控制面板选择开关的置左或置右，用来选择其相对应的系统进行工作。
机载气象雷达系统一般在飞机飞行过程中不断的实时探测飞机前方航路上的危险气象区域和地面障碍物的平面显示图像信息，并且将气象数据连续迅速地用不同的颜色表示降水的密度和地形情况来反馈到驾驶员气象雷达导航显示器上，新型的气象雷达还具有探测紊流和风切变的功能，用来让驾驶员选择安全可靠的航线，可以绕开危险的区域从而保证飞机的飞行安全。
在气象雷达系统其天线扫描的区域范围内，可以探测和定位到不同类型的大气扰动和风切变的情况。
气象雷达系统随着降雨量比率变化而变化的颜色显示外界天气干扰的强度。
用不同的颜色显示将大气扰动在导航显示器上用来提示机组人员:大气扰动根据其降雨量的多少颜色分别为黑、绿、黄、红;其中洋红则代表着紊流区域在降水区域的40海里以内。
A320系列飞机气象雷达系统
A320系列飞机气象雷达系统介绍及机组操作建议概述：机载气象雷达系统（WXR）用于在飞行中实时地探测飞机前方航路上的危险气象区域，以选择安全的航路，保障飞行的舒适和安全。
机载气象雷达系统可以探测飞机前方的降水、湍流情况，也可以探测飞机前下方的地形情况。
在显示器上用不同的颜色来表示降水的密度和地形情况。
新型的气象雷达系统还具有预测风切变（PWS）功能，可以探测飞机前方风切变情况，使飞机在起飞、着陆阶段更安全。
本文主要针对我公司A320系列飞机机载气象雷达系统的组成、工作原理、显示特点及我公司A320系列飞机气象雷达的种类和机组操作建议进行了介绍。
一、机载气象雷达系统的组成机载气象雷达系统的基本组成由：雷达收发机、雷达天线、显示器、控制面板和波导系统等，如图1-1所示：雷达收发机：用来产生发射射频脉冲信号和接收并处理射频回波信号，提供气象、湍流和地形等显示数据，探测风切变事件并向机组发送警告和告诫信息。
雷达天线：用来产生高3.6°、宽3.4°的波束并接收回波信号。
天线的稳定性受惯性基准组件（IRU）的俯仰和横滚数据控制。
显示器：对于A319/A320/A321飞机来说，气象雷达数据都显示在ND上。
控制面板：用于选择气象雷达的工作方式，控制天线的俯仰角度和稳定性，对接收机灵敏度进行控制。
波导系统：波导管作为收发机和天线之间射频信号桥梁通道。
二、气象雷达对目标的探测机载气象雷达主要用来探测飞机前方航路上的气象目标和其他目标的存在以及分布状况，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显示器上。
它是利用电磁波经天线辐射后遇到障碍物被反射回来的原理，目标的导电系数越高，反射面越大，则回波越强。
要清楚气象雷达如何工作的关键在于了解雷雨的反射率。
一般来说，雷雨的反射率被划分成三个部分：雷雨的下三分之一由于温度在冰点之上，所以全部由小雨滴组成，这部分是雷雨中对雷达波能量反射最强的部分。
飞机气象雷达常见故障分析
飞机气象雷达常见故障分析摘要：飞机气象雷达通常用于大气预测,是一种主动式的微波大气遥感设备,主要为中小尺度天气系统进行预报和警戒，是飞机对大气自主监测的重要手段,在对突发性、灾害性的气象环境监测、预报和警报中具有极为重要的作用。
本文概括了民航飞机气象雷达运行显示故障,并分析提出了有针对性的排除方法,仅供参考借鉴。
关键词：机载气象雷达、天线、收发机、波导管、电磁波载气象雷达机载气象雷达系统可以探测飞机前方的降水、湍流情况，也可以探测飞机前下方的地形情况。
在显示器上用不同的颜色来表示降水的密度和地形情况。
新型的气象雷达系统还具有预测风切变(PWS)功能，可以探测飞机前方风切变情况，使飞机在起飞、着陆阶段更安全。
机载气象雷达系统不仅能够检测雷雨等天气状况，还能够探测低空风切变、湍流等危险目标，以提前做好预警工作，已成为民航飞行安全中不可或缺的一个重要机载系统。
气象雷达系统的主要部件为收发机、天线驱动组件、天线、波导系统、控制面板及显示器，设有两套收发机和一个雷达波导开关，通过雷达控制面板上选择开关的置左或置右，以选择相应的系统工作。
一、气象雷达的常见故障1、雷达不扫描的情况，多为天线组故障。
天线由电机和机械传动装置组成，故障多为电机损坏和卡阻等原因。
天线组发生障碍严重阻碍了雷达系统的运行。
天线组一共有两个通道，一个是俯仰；另一个是扫描，由它们共同进行平面内气象目标的探测。
俯仰通道是用来人工调节所用，可以应用于不同的工作方式；扫描通道主要是用于束波扫描。
天线的俯仰扫描通道均有测速电机为反馈信号源，以确保工作速度的稳定。
如果飞行过程中天线组中的扫描通道停止扫描，雷达天线将无法正常工作，雷达图像就不会在雷达显示器上面正常显示。
2、出现雷达显示器上没有目标显示的情况，一般首先都能想到是收发机的缘故。
要知道工作效率及脉冲功率是衡量收发机是否正常的标准，因此，一定先要对发射机电路部分进行详细的检查，不仅测量其工作效率，还要测试它的脉冲功率，除此之外，收发机故障跟磁控管震荡有着直接的联系。
《机载气象雷达》课件
军事应用
战场气象监测
在军事领域，机载气象雷达可用于战场气象监测，为军事行动提供实时、准确的 气象数据。
目标识别与定位
机载气象雷达还可以结合其他传感器，对地面目标进行识别和定位，为打击和作 战计划提供支持。
03
机载气象雷达的发展历程
早期发展
雷达技术的起源
雷达技术的起源可以追溯到20世纪初 ，当时主要用于军事侦察和目标跟踪 。
气象雷达的初步探索
机载气象雷达的萌芽
随着航空工业的发展，机载气象雷达 开始进入人们的视野，但技术尚不成 熟。
在早期，气象雷达主要用于气象观测 和天气预报，而并非用于航空领域。
现代技术进步
硬件设备的改进
现代机载气象雷达采用了更先进的雷达发射和接收系统，提高了 探测精度和范围。
软件算法的提升
通过不断优化软件算法，机载气象雷达能够更准确地识别和解析气 象目标。
数据保护
采取加密措施，防止雷达数据被非法获取和篡改 。
物理防护
对雷达硬件进行加固和保护，以应对极端天气和 机械冲击等安全威胁。
05
机载气象雷达的未来趋势
技术融合
雷达技术与通信技术融合
01
实现雷达数据的高速传输和实时共享，提高气象预报的准确性
和时效性。
雷达技术与人工智能技术融合
02
利用人工智能算法对雷达数据进行自动化处理和解析，提高气
工作原理
01
02
03
发射信号
机载气象雷达通过发射高 频电磁波信号，遇到目标 物（如降水区、云层等） 后反射回来。
接收反射信号
雷达接收器接收反射回来 的信号，并对其进行处理 。
数据分析
处理后的数据经过分析， 可以生成气象图像和相关 数据，供飞行员参考。
机载气象雷达
WXR-700X等雷达五级彩色方案
降雨的 强度越 大,雷 达回波 就越强
反射系数 图 像 等 级 颜色
Z1
黑
Z2
绿
Z3
黄
Z4
红
Z5
紫
湍流
紫
降雨率
（mm/h） （英寸/小时）
＜0.76
＜0.03
0.76～3.81 0.03～0.15
3.81～12.7 0.15～0.5
12.7～50.8 0.5～2.0
机载雷达的气象回避
1将气象工作方式作为基本的工作方 式,结合使用湍流方式.
2应回避一切在屏幕上显现为红色和 紫色的区域.
3飞机不可进入雷暴云回波范围之内 的无回波区.
机载雷达的气象回避
4如果在两块雷暴云之间穿越时,两块雷暴 云回波之间的距离不应小于40 n mile.
5在巡航高度较高时,应经常下俯天线以保 持对低高度雷暴区的监视；在低高度飞 行时,则应经常上仰天线,以避免误入高层 雷暴区的下方.
二机载雷达的地形识别
1. 识别地形的基本原理 2. 地物与水面回波图象的特点 3. 发现航路上的山峰等障碍
气象雷达识别地形的本原理
地形的颜色表示
江、河、湖、海对雷达电波的反射能力 较差,其图像用代表水面的绿色或青色表 示；
一般陆地的反射能力稍强,以黄色模仿大 地的颜色；
大型城市中的工矿企业及大型桥梁含有 大量的金属结构,其反射能力较强,以红色 或紫色图像来表示
4机载气象雷达可用于观察飞机前 下方的地形,以及用作雷达导航信标 等.
运七100的PRIMUS－90型气象雷达由天线、 收发机、控制显示三件组成
收发机及天线位置图
机载气象雷达的屏幕
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（4）机载气象雷达可用于观察飞 机前下方的地形，以及用作雷达导 航信标等。
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运七100的PRIMUS－90型气象雷达由天线、 收发机、控制显示三件组成
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收发机及天线位置图
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机载气象雷达的屏幕
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7
二、机载气象雷达 的基本工作方式
1、准备方式(STBY):加温准备 2、自检方式(TEST)：雷达自检
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飞行中的注意事项
（1）机载气象雷达不能保证避开所 有危险天气区
（2）决不可把气象雷达的显示图像 作为地形回避和空中防撞的依据
（3）机载气象雷达是帮助飞行员避 开危险气象区域的，而不是用来帮 助穿过这些区域。
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飞行中的注意事项
（4）应避免因选用较短显示距离而 使飞机进入所谓的盲谷区域。
将天线略微下俯，可使波束照射到较 低高度上已融化的冰雹及大雨区，在 屏幕上产生强烈的红色图像。
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天线的俯仰调节
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雹云回波特征
在平显上表现为强度大 ，边缘分明 的块状回波。
强降雨区外缘的绿色区域有时出现 “U”形的无回波缺口、指状或钩状 回波以及外缘凸凹不平的图形，预 示着冰雹区域的存在。
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8
基本工作方式
3、气象方式(WX)： 4、湍流方式(TURB)：屏幕上将显示出湍流区
的紫色（或品红色）图像，其他雨区的红、 黄、绿色图像不显示。 气象与湍流探测方式(WX/T)：屏幕上除了显 示有大、中、小降雨区的红、黄、绿色图 像外，还用醒目的紫色图像显示出危险的 湍流区域。
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基本工作方式
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12
（一）对气象目标的探测
1. 对降水区的探测
2. 对湍流区的探测
3. 对冰雹区的探测
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13
对降水区的探测
不同性质的气象目标所产生的回波强度 决定于气象目标本身的性质，主要是气 象目标所含水滴的直径、数量、下降速 度、形态及气象区域的体积等。
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WXR-700X等雷达五级彩色方案
降雨的 强度越 大，雷 达回波 就越强
暴雨和湍流区
紫色或粉红色
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雷达显示
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雷达屏幕上的各种雨区
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湍流区域的颜色表示
湍流区域的图像是紫色的，也有 用品红色或白色图像来表示湍流 区的
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19
对湍流区的探测
雷暴云、 降雨区 和湍流 区的示 意图
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20
多普勒效应
机载气象雷达对湍流的探测，主要探 测湍流中的水滴对雷达波的反射，急 速多变运动的水滴，会使反射的回波 产生明显的多普勒效应，在雷达显示 器上形成一个偏离雷达发射频率且频 谱宽度较宽的多普勒频谱。气象雷达 正是通过这一特性来检测湍流的。
如只选用较小的显示距离，很难保证 有足够的时间和以较大的安全距离来 避开已邻近的恶劣天气区。
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40
气象盲谷示意图
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地面通电的注意事项
• 1、前方有人，不能接通雷达。
• 2、飞机在加油或有其他飞机在加油时， 不能接通雷达。
• 不应在机库中或在机头朝着近距离内的 建筑物、大型金属反射面的情况下使气 象雷达工作于发射方式，以免回波过强 而损坏气象雷达接收机。
平静水面产生的回波很弱，往往不能形 成明亮的图像
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水域的图像与风力和风向
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34
发现航路上的山峰等空中障碍
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机载雷达的气象回避
（1）将气象工作方式作为基本的工 作方式，结合使用湍流方式。
（2）应回避一切在屏幕上显现为红 色和紫色的区域。
（3）飞机不可进入雷暴云回波范围 之内的无回波区。
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机载雷达的气象回避
（4）如果在两块雷暴云之间穿越时，两 块雷暴云回波之间的距离不应小于40 n mile。
（5）在巡航高度较高时，应经常下俯天 线以保持对低高度雷暴区的监视；在低 高度飞行时，则应经常上仰天线，以避 免误入高层雷暴区的下方。
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五、使用机载气象雷达的 注意事项
1. 飞行中的注意事项 2. 地面通电的注意事项
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对湍流区的探测
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22
湍流区的显示
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对冰雹区域的探测
湿冰雹反射雷达波的能力是很强 的，在屏幕上形成红色信号。
没有包裹水层的干冰雹对雷达波 的反射能力很差，不容易被机载 雷达所探测。
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天线的俯仰调节
当飞机在较高的高度层上飞行时，在 天线俯仰旋钮置于0°的情况下，波 束所照射到的巡航高度层中的干性冰 雹区域一般不会形成很强的雷达回波。
第二节 机载气象雷达
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1
机载气象雷达
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2
一、机载气象雷达的特点
（1）机载气象雷达的体积小、重 量轻
（2）机载气象雷达探测的是航路 前方及左右扇形区域内的天气，并 能显示出气象目标的平面分布图像 及它们相对于飞机的方位。
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3
机载气象雷达的特点
（3）彩色气象雷达用象征性的颜 色来表示降雨率不同的区域。大雨 区的图像为红色，中雨区的图像为 黄色，小雨区用绿色图像来表示
5、轮廓工作方式(CYC)：工作情况与 气象方式基本相同，屏幕上的红色图 像将会按每秒一次的间隔闪烁──半 秒显现半秒消失 6、地图方式(MAP):
显示出飞机前下方扇形区域中的地 形。
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运七-100气象雷达控制键
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三、机载气象雷达 对目标的探测
（一）对气象目标的探测
（二）机载气象雷达的地形识别
反射系数 图 像 等 级 颜色
Z1
黑
Z2
绿
Z3
黄
Z4
红
Z5
紫
湍流
紫
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降雨率
（mm/h） （英寸/小时）
＜0.76
＜0.03
0.76～3.81 0.03～0.15
3.81～12.7 0.15～0.5
12.7～50.8 0.5～2.0
＞50.8
＞2.0
15
彩色方案
无雨区黑色
小雨区绿色
中雨区黄色
大雨图像
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（二）机载雷达的地形识别
1. 识别地形的基本原理 2. 地物与水面回波图象的特点 3. 发现航路上的山峰等障碍
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气象雷达识别地形的基本原理
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地形的颜色表示
江、河、湖、海对雷达电波的反射能力 较差，其图像用代表水面的绿色或青色 表示；
一般陆地的反射能力稍强，以黄色模仿 大地的颜色；
大型城市中的工矿企业及大型桥梁含有 大量的金属结构，其反射能力较强，以 红色或紫色图像来表示
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31
地图显示
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地物与水面回波图像的特点
平坦的大地所产生的回波很弱，一般不 能形成显示图像
丘陵、山地由于具有起伏不平的反射表 面，能够形成回波图像
大型工矿企业和城市，回波图像比较鲜 明，能够形成红色，甚至紫色的图像