飞机结构与系统 AV专业 机务工程部人事培训处 气象雷达系统气象雷达系统 WXR WXR 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 气象雷达系统气象雷达系统 WXR WXR 气象雷达的组成 气象雷达的组成 气象雷达系统气象雷达系统 WXR 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 气象雷达系统气象雷达系统 WXR WXR 气象雷达系统气象雷达系统 WXR 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 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 气象雷达系统气象雷达系统 WXR WXR 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 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 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0 320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 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 波音机型 自动模式 选择的是 WX T 天气 颠簸 和 5 俯仰 而且雷达处在 A 自动 模式 VAR表示增益高于或低于CAL 校正 增益位置 波音机型 人工模式 选择的是WX T 天 气 颠簸 和 2 俯仰 雷达处在 M 人工 模式 没有显示任何增益信息说 明选定的是CAL增益 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 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 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 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 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 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 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 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 注 在10 000英尺以下 时 由于雷达波束 位置的原因 要得 到合适的地面图像 就要用人工操作模 式 人工模式下 需仔细调整天线俯 仰以。