1、概述介紹rockwell collions wxr-2100型多掃描氣象雷達在氣象信息的處理和提煉方法上有革命性的突破，多掃描氣象雷達是一種全自動雷達，它可以在不需要飛行員輸入掃描角度和進行增益設置的情況下， 不管在什么時候，不管飛機的姿態如何，對所有范圍內重要的氣象信息進行無雜波的顯示。 當多掃描氣象雷達工作在自動模式的時候，每個飛行員將會獲得一般只有有經驗的雷達操作員才能獲得的氣象信息，而飛行員只需進行簡單的標準化航空公司飛行員培訓。多掃描氣象雷達有效的減少了飛行員的工作負擔，并增強了天氣的探測能力，增加了機組及旅客的安全性。多掃描雷達工作的關鍵在于雷達對雷雨底部反射部分的探測，然后通過先

2、進的數字信號處理技術對地面雜波進行抑制。為了對短、中、長距離范圍內的氣象進行更好的探測，多掃描氣象雷達也集成了多雷達掃描功能，對掃描角度進行預設。因此，在不同的飛行階段，不同的探測距離， 它的氣象探測結果都十分出色。真 320 海里探測和qverflight protection功能是多掃描氣象雷達眾多新特征中的兩個。多掃描氣象雷達因為使用先進的運算法則來消除地面雜波，這使它能夠跨越雷達視野的限制，為飛行員提供真正意義上的320 海里氣象資料。overflight protection功能使機組人員能夠躲開雷雨頂部滲透，這是如今導致飛機顛簸的主要原因之一。 overflight protect

3、ion功能將那些對飛機造成威脅的任何雷雨信息保持在雷達顯示屏上，直到它不在對飛機造成威脅為止。系統描述重要的運行特點全自動工作 ：多掃描氣象雷達設計工作在全自動模式，飛行員只需輸入探測范圍，而不需要輸入掃描角度和進行增益設置。理想的無雜波顯示：rockwell collions 第三代地面雜波抑制算法能減少約98%的地面雜波，這使它能理想的無雜波顯示有威脅的氣象信息。在不同探測范圍和飛行高度情況下良好的氣象探測能力：多掃描氣象雷達將從不同掃描角度獲得的氣象數據儲存在存儲器中，當飛行員選擇了所要求的顯示范圍，不同角度的掃描信息將會從存儲器中取出并一起顯示。通過多角度的掃描，可以獲得近距離和遠距離

4、的氣象信息，這使得不管飛機的姿態如何，不管何種探測范圍，顯示屏上所呈現的都是一幅最優化的氣象圖。決策氣象 ：多掃描氣象雷達能夠提供真正意義上的320 海里決策氣象信息。gain plus：gain plus 包括以下功能：傳統的加減增益控制： 多掃描氣象雷達允許機組人員在人工或自動工作模式的時候進行增加或減小增益。基于溫度的增益控制：在高海拔的巡航高度，由于低的雷雨雷達反射率，將會基于溫度對雷雨增益進行補償。路徑衰減補償和警報（pac alert ） ：對距飛機80 海里范圍內的干擾性氣象造成的衰減進行補償，當補償超過限制，一個黃色的pac alert 桿將顯示以提醒飛行員注意雷達陰影區。ov

5、erflight protection ： overflight protection功能減少了在高海拔巡航高度時疏漏雷雨頂部滲漏的可能性。 多掃描氣象雷達向下掃描波束的信息和它的信息存儲能力將發揮作用，可以防止在飛機完全穿越有威脅的雷雨區之前，雷雨區圖象在顯示屏上消失。海洋氣候反射率補償：多掃描氣象雷達能對海洋雷雨反射率的減小進行增益補償，以便在飛機飛越海洋時提供更精準的氣象信息。全面的低高度氣象：在低高度時， 多角度掃描的應用使雷達能夠通過對飛機飛行路徑的掃描來防止闖入拱形雷雨紊流區，能探測出飛機下方正在行成的雷雨，并能看到更大范圍內的氣象情況。風切變探測 ：在起飛和著陸階段，自動的風切變

6、探測能力將起作用。地圖 ：地圖模式能夠探測出主要的地理特征，如城市，湖面，海岸線等。全范圍全模式下的同步顯示更新：在自動模式下，機長和副駕駛的顯示更新是同步進行的，即使他們選擇了不同的顯示距離和不同的工作模式。工作原理雷雨的反射率了解多掃描氣象雷達如何工作的關鍵在于了解雷雨的反射率。一般來說， 雷雨的反射率被劃分成三個部分（見圖3 1） 。圖 31 雷雨反射級別雷雨的下三分之一由于溫度在冰點之上，所以全部由小雨滴組成，這部分是雷雨中對雷達波能量反射最強的部分。中間部分由過度冷卻的水和冰晶組成，由于冰晶是不良的雷達波反射體，所以這部分的反射率開始減小了。雷雨的上部完全由冰晶組成，所以在雷達上幾乎

7、不可見。另外，正在形成的雷雨在其上部可能會形成拱形的紊流波。圖 32 顯示的是一個真實的雷雨。圖 33 顯示的是隨著掃描俯仰角度的增加相應得到它的一些雷達圖。 在實際的人工操作中，通常是在能觀察到最多的雷雨反射回波的角度和接收到最少地面雜波的角度之間選擇一個折衷的掃描角度。圖 32 雷雨圖 33 雷雨和在不同掃描俯仰角度時它相應的雷達圖理想的雷達波束了解了雷雨的反射率和掃描角度對它的影響，我們可以設想一下探測天氣的理想雷達波束的特性。 理想的雷達波束能夠直接探測到飛機下方區域，探測出正在形成的雷雨，并且波束能沿地球表面的曲率延伸到雷達波傳播的最遠距離（圖3 4） 。這樣，理想的雷達波束能在任何

8、時候顯示出飛機到320 海里外所有的重要氣象信息。圖 34 理想的雷達波束多掃描對理想雷達波的仿效多掃描雷達通過獲取來自不同掃描角度的信息并將其合并進整個氣象圖中來仿效出理想的雷達波束。 rockwell collions的專利地面雜波抑制算法被用來消除地面雜波，這使得飛行機組人員能看到0320海里范圍內所有的重要氣象目標，而不受地面雜波的干擾 （圖 35） 。圖 35 多掃描雷達對理想波束的模擬多掃描雷達的工作程序圖 36 顯示多掃描雷達的工作程序。兩個不同掃描角度的掃描數據被采集，并對飛機前方不同區域的回波信息進行優化。一般來說， 多掃描氣象雷達通過自動調整波束的掃描角度和增益，上部掃描波

9、束探測的是中間區域的氣象信息，而下部波束探測的是較近和較遠距離的氣象信息（圖37） 。這些信息被存在一個臨時的數據庫中，當機長或副駕駛選擇了一個距離，計算機就回取出相應部分的數據信息，并對其進行合并和雜波抑制。這樣沒，不管機組選擇了哪個距離，都能得到最優的氣象圖。圖 36 多掃描雷達工作程序圖 37 多掃描雷達上下波束的掃描更新速度除風切變模式外， 多掃描氣象雷達在其它所以模式下完整的進行一次數據處理的總時間是8秒，而在風切變模式下，多掃描和風切變總的處理周期為11.2 秒。因此，在一個數據處理周期內，所觀察到的天氣情況不會發生明顯的改變，改變的只是天氣和飛機的相對位置關系。為此，多掃描氣象雷

10、達通過調整（圖38）和旋轉（圖39）所存儲的數據圖片來補償飛機的運動。這樣， collions 多掃描氣象雷達在除風切變以外的所以工作模式下每4 秒對雷達顯示進行一次更新，而在風切變模式下的更新速度為5.5 秒。這種工作方式的一個值得注意的地方在于雷達天線的掃描不再與顯示器的掃描相關聯，這使得它可以在不妨礙對飛行員進行氣象顯示的情況下，讓天線自由地完成多掃描功能。圖 38 多掃描雷達對飛機運動進行的圖像更新圖 39 多掃描雷達對航向改變進行的圖像更新自動增益多掃描氣象雷達工作在自動模式時，它能根據大氣溫度曲線使用不同的增益，以此來對不同時間， 地理位置， 海拔高度的影響進行補償，從而在所有飛行

11、階段都能得到最優化的氣象目標回波圖。增益的調整適應了飛機的飛行環境，并在多數情況下提供了最優化的氣象圖。總結因為多掃描氣象雷達通過角度的設置對飛機前方的氣象目標進行探測，并能在有地面雜波的掃描角度所得的回波信息中篩選出重要的氣象信息，所以它能基本無雜波的顯示0320 海里范圍內對飛機有影響的所有氣象信息（圖310） 。而且它的整個工作過程是全自動的，這使得飛行員只需關注對惡劣天氣的躲避，而不用操心氣象目標的探測和分析。多掃描氣象雷達用產生大量地面雜波的掃描角度來探測雷雨的反射部分，圖 3 10 顯示在地面雜波抑制關閉狀態下的雷達圖，氣象目標都被大量的地面雜波所遮蔽了。圖 310 多掃描雷達在地

12、面雜波抑制（gcs）功能關閉時的顯示圖 311 演示的是在地面雜波抑制功能起作用時的雷達圖（從0 到 160 海里范圍）。完全無地面雜波的干擾， 只有那些重要的氣象目標是可見的。值得注意的是雷達的掃描角度不在需要在減小地面回波的角度和能觀察到最好氣象目標回波的角度中折衷了。圖 311 多掃描雷達在地面雜波抑制（gcs）功能打開時的顯示多掃描氣象雷達的控制面板空客的多掃描氣象雷達的控制面板是一個雙系統、單功能的控制面板。“雙系統”是由于雷達系統可能包含有一套或兩套發射/接收機，這是由飛機的構型決定的。“單功能”意味著在模式、增益及掃描角度設置方面，機長和副駕駛都是相同的。圖 41 空客飛機的雙系

13、統、單功能的控制面板顯示指示空客的顯示指示自動工作是空客飛機的標準工作模式，因此，當自動多掃描功能被選擇后，efis 上是沒有指示的。在人工模式下，man 將在 efis 上顯示在掃描俯仰角度代碼的旁邊。圖 4 5 上面一幅圖顯示在自動模式下工作的狀態。因為負1.5 度俯仰角代碼前沒有指示。man gain的顯示是由于它的增益是某個位置的增益，而不是cal （經過校準的）增益。下面那幅圖顯示在人工模式下工作的狀態，因為man 顯示在正2 度俯仰角度代碼的前方。cal （經過校準的）增益被選擇了，因為man gain指示沒有出現。注意：當氣象雷達在auto（自動）模式出現故障時， 顯示掃描俯仰角

14、度的區域會顯示a-15 、 a-15.5或者 a-16 的指示，并伴隨有相應的故障信息顯示（如：wxr sys 或 autotilt fail） 。將雷達轉換到man （人工）模式并按照雷達的標準操作程序進行操作。圖 45 空客自動和人工工作模式指示如果自動功能故障， （氣象情況）在機組人員來取消自動功能以前，將無氣象情況顯示，并有 no autotilt顯示（圖46） 。圖 46 空客自動功能故障指示俯仰角度指示不管是波音還是空客的飛機，在自動工作模式，efis 上顯示的掃描俯仰角度是上下波束角度的平均值。例如，在起飛階段，上下掃描波束的角度相差4 度，下面的波束角度為3 度，而上面的波束角

15、度為7 度，所顯示的掃描角度為5 度。隨著飛機的爬升，兩波束間的角度差越來越小，當達到地面以上10000 英尺或更高時，上下波束角度差會維持在2 度左右。注意：由于 efis 顯示系統的tilt 指示為整數，所以在機長和副駕駛的nav display （導航顯示）上顯示的tilt 值可能會有區別，這是由于顯示系統的舍入差別造成的。多掃描雷達自動工作模式多掃描氣象雷達被設計成全自動工作模式，只要選擇了自動功能和所要求的探測范圍，自動模式開始工作。 一旦進入自動模式，雷達回調整掃描角度和增益，以便在任何距離和飛行條件下都能提供最優的氣象圖。常規控制電源（開 /關）空客：當sys（系統）開關被選到1

16、 或 2，雷達就上電了。當sys 開關打到off 位時，系統斷電。注意：對空客飛機來說，不管飛機的構型是單收發機還是雙收發機，都用一個雙系統控制面板。對單收發機來說，sys 開關的 2 位置是無效的。圖 410 空客的控制面板自動工作模式（on/off ）空客： 當 multiscan man/auto開關打到auto 位時，機長和副駕駛位都會工作在自動模式 （圖 411） 。當 multiscan man/auto開關打到man 位時，機長和副駕駛位都會工作在人工模式，具體的控制操作會在人工操作部分描述。圖 411 空客 multiscan man/auto（人工 /自動模式）控制自動模式剛

17、開始被選擇時，雷達會首先對飛機的飛行路線進行一次掃描。這將確保飛行機組人員能馬上看到飛機前方的氣象情況。然后雷達會以一個相對低的掃描角度進行一次第二次掃描。地面雜波抑制算法會從第二次掃描開始發揮作用，并在第十五次掃描開始之前（16秒）完成全部的初始化程序。當初始化程序完成的時候，飛行機組人員將會收到一幅殘留有最少地面雜波的全范圍氣象圖。另外，overflight 保護功能將會銜接，以防對飛機有威脅的雷雨在雷達圖上消失。圖 413 多掃描氣象雷達的初始化程序注意：多掃描氣象雷達有“coast ”特性，它允許飛行員暫時將雷達切換到人工（man ）模式，然后又回到自動（auto ）模式。如果飛行員將

18、雷達從自動模式切換到人工模式后在38 秒內又回到了自動模式，雷達將會記住自動模式的設置，并不需要進行再次初始化。地面雜波（開/關）多掃描氣象雷達在自動模式下工作時，地面雜波抑制（gcs）功能處于激活狀態，對于空客和波音的飛機來說，這是默認的位置。有時， 機組成員可能會因為導航方面的原因希望暫時取消地面雜波抑制特性，這就需要進行手動操作。空客： 為了觀察到地面回波，需將 gcs 開關從 auto 位打到 off 位。這個開關是彈簧加力的，當放開時會自動回到auto 位。圖 414 空客 gcs（地面雜波抑制）控制掃描傾斜角度控制（在自動工作狀態時不起作用）多掃描氣象雷達在自動模式下工作時，俯仰傾

19、斜角度控制是不起作用的。在efis 上顯示的傾斜角度值為上下波束傾斜角度的平均值。圖 416 空客 tilt （掃描俯仰角度）控制雙系統選擇（針對裝備有兩套收發機的飛機）當飛機裝備有兩套收發機時，雙系統選擇允許機組人員選擇使用其中任意一套。空客：用 sys 開關機組人員可以選擇使用系統（左邊收發機） 或 2 系統（右邊收發機） 。sys開關的 off 位是給雷達系統斷電。圖 418 空客（單 /雙收發機構型）注意：對空客飛機來說，不管飛機的構型是單收發機還是雙收發機，都用一個雙系統控制面板。對單收發機來說，sys 開關的 2 位置是無效的。氣象探測在自動模式下工作時氣象探測的特性全范圍內的最優

20、氣象圖顯示因為多掃描氣象雷達模擬的時理想的雷達波束，從0320 海哩范圍內所有的氣象信息都被存儲在計算機的存儲器中。并且由于用計算機算法對地面雜波進行了濾除，所以掃描俯仰角的選擇上不需要在消除地面雜波的角度和最優氣象圖像的角度上進行折衷。飛行員只需簡單地選擇所要求的范圍，雷達顯示器上就會顯示出最優的氣象圖。圖 421 不同距離顯示的優化氣象圖大范圍低高度氣象喝弓形紊流保護多掃描氣象雷達在低海拔高度使用時，掃描波束設置成多個不同的角度，并會啟動地面雜波抑制功能。 以防止飛機受到雷雨弓形紊流的襲擊.同時使飛機能觀察到更遠距離的氣象狀況。上面的掃描波束在飛機的爬升過程中對飛機飛行路徑進行掃描,以防止

21、闖入弓形紊流。而下面波束由于角度地傳統地掃描俯仰角度更低。所以能探測到近距離和中距離地氣象(圖4-22)。圖 422 多掃描氣象雷達在低海波高度的工作320 海里決策氣象因為多掃描氣象雷達能選擇最佳的氣象掃描俯仰角，并用數字信號處理的方法對地面雜波進行了濾除，所以它能超越雷達視野(圖 4-75)自動提供遠達320 海哩的決策氣象圖。圖 4-24 顯示多掃描氣象雷達為了能夠探測到更遠距離的氣象情況使如何使用俯仰角度進行跨雷達視野的。圖 424 多掃描氣象雷達遠距離掃描的俯仰角度在圖 4 25 中，多掃描氣象雷達清楚的顯示了300 海里外的一個雷雨帶。160 海里外的那些雷雨帶只有在320 海里模式時才能夠看到。圖 425 多掃描氣象雷達320海里決策氣象顯示全范圍全模式下的同步顯示更新. 多掃描氣象雷達同步更新駕駛艙內所有的顯示器，即使副駕駛和機長選擇了不同的顯示范圍和不同的模式， 除風切變外的其它所有模式下顯示更新速度為4 秒。風切變模式下的更新速度為 5.5 秒。因此，氣象信息的更新是連續而快速的。工作模式wx( 氣象模式 ) wx( 氣象 )模式 (圖 4-26)能顯示不包括紊流信息的氣象目標.當多掃描氣象雷達工作在auto模式下時 ,氣象目標的顯示完全沒有地面雜波的干擾.因為能夠快速準確的分辨出有威脅的氣象目標。圖 426 空客 wx