第 34 卷20 12 年 4 月 第4 期 现 代 雷 达 Moder n R adar V o1． 34 N o． 4 A pr ．20 12 ·仿真技术 · 中 图 分 类 号 ： P2 28． 4 机载气 象雷达风切变信 号仿真 文 献 标 志 码： A 文 章 编 号 ： 1 0 0 4— 7 8 5 9(2 01 2)0 4— 0 07 4— 05 吴仁彪 ， 孟志超 ， 范 懿 ， 苏志刚 ， 卢晓光 ， 黄敬雄 ( 1．中国民航大学 智能信号与 图像处理天津市重点实验室， 天津 300300) (2．深圳大学 ATR 国防科技重点实验室智能信息处理研究室， 深圳 518060) 摘要： 风切变是引起空难事故的重要原因之一。具有风切变探测能力的机载前视气象雷达对于保障航空安全非常重要。 由于风切变现象具有危害大、 持续时间短且不易探测的特点， 使实际数据较难获取。因此， 风切变回波信号仿真对风切变 检测技术的研究和验证具有重要意义。文中对风切变雷达回波信号的仿真提出了一个新思路： 首先， 通过使用风场仿真 软件生成一个较为真实的风切变风场， 然后 ， 根据雷达参数高保真地对风切变雷达回波信号进行仿真。
通过仿真结果与 风切变结构特征的对比， 表明仿真过程合理， 仿真数据有效。 关键词： 机载气象雷达； 风切变； 风场仿真； 雷达回波仿真 W in d S hear Signal Simu lation of th e A i rborne W eath er R ad ar W U R en— biao ，ME NG Zhi． chao ， F A N Y i ， SU Zhi ． gang ， L U X iao． guang ， HUA NG J ing． xiong ( 1．Tianjin Key Lab for Advanced Signal Processing， CAUC ， Tianjin 300300 ， China) ( 2．Intelligent Information Institute of ATR Lab， Shenzhen University ， Shenzhen 5 1 8060，China) A bstr act ： W i nd shear i s one of the most i mportant factors causing air acci dents．It can be detected by airborne forward— l ook ing weather radar，which is key equipment for safegua r ding air transpor t ation．With great danger and shor t duration，the real radar data of wind shear is dif f i cult to acquire ．So the echo simulation of the wind shear is impor t ant to the re search of the wind shea r detec— tion．In the paper ，a new idea for si mul ating the echo signal of wi nd shea r is proposed．Fi rstl y ，a hi gh— f i del ity wind shea r f i eld i s produced from the wind shear model w ith wind f i el d si mul ation softwa r e ．T hen it i s used to gener ate the ti me ser i es data of r ada r by simulating radar operation．F inally the analysis o f the simulation resuhs demonstrates that the simulation is reasonable． K ey wor ds ：airbor n e weather radar ；wi nd shea r ；w ind f i eld simulation ；rada r echo si mul ation 0 引 言 航空运输业是在大气中完成 的， 大气的千变万化 直接影响到航空运输的安全 、 正点及效益。
据统计 ， 全 球约有 1／ 4 ～1／ 3 的飞行事故 皆与天气有关 ( 微暴 、 风 切变 、 湍流等) ， 其 中低空风切变是航空器在起飞和着 陆阶段公认 的对飞行安全危害最大的天气现象。机载 气象雷达具有气象探测 ( 降雨和风暴等气象 区、 湍流、 低空风切变) 、 气象回避等功能， 它的应用极大地提高 了气象预报的实时性和准确性 ， 已成为 民航飞机必不 可少的重要电子设备， 可以说它是 民航飞机的” 双 眼” 。迄今 ， 大型客机和运输机 皆无 一例外地装上 了 气象雷达。但是 ， 气象雷达 的关键技术主要掌握在美 国等航空发达国家。 风切变通常是指在 4 km 范 围内， 风速变化达到 1 0 m／ s以上 的大气现象 。 风切变严重影 响飞机 的飞 基金项目： 国家 自然科学基金(61071194) ， 中国民航大学科研 启动基金(08QD03S) 通信作者： 吴仁彪 Email ： rbwu@ vip． 163． tom 收稿 日期 ： 2012-01-12 修订 日期 ： 2012-03-28 ．- - - ——74． ---— — 行安全 ， 特别是高度低 于 600 nl 的低空风切变是威胁 飞机起飞与降落安全的主要 因素。
当飞机进入风切变 风场后 ， 受到下沉气流的影响， 造成飞机失速 ， 由于这 过程持续时间极短 ， 飞行员往往来不及做出反应而 引发空难事故。除危险性大， 风切变还具有持续时间 短 、 不易探测等特点 ， 使 实际数据较难获取 。因此 ， 迫 切需要能够反映其特征的仿真数据来支持风切变检测 技术 的研究。 计算机对气象雷达进行控制， 对探测数据进行 自 动处理⋯ 。 目前 ， 气象 目标 回波信号的仿真大多基于 统计模型， 根据风场在时间上的相关性进行仿真。但 是 ， 风切变是一种复杂的天气过程 ， 除在时间维具有相 关性外在空间上也是相关 的， 迄今还没有相关文献对 风切变的相关性有准确的描述。因此， 采用统计模型 的方法不适用风切变回波信号的仿真。 风切变回波信号的仿真主要是围绕风切变风场的 模型进行 的， 模型的建模方法主要有 3 种 J ： 1) 以机场的气象雷达网和塔台组成的监测网实 际测量数据为依据建立 的模型 ， 如美国的联合机场天 气 研究 ( JAWS) 计划等。 这类模 型的特点是数据真实 一
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