一种机载气象雷达强降雨目标剖面探测方法和雷达设备与流程

本申请属于机载气象雷达，特别涉及一种机载气象雷达强降雨目标剖面探测方法和雷达设备。

背景技术：

1、机载气象雷达能穿透降雨气象目标，为飞行员提供航路前方的气象目标分布状况。民航领域的机载气象雷达基本通过向飞行员提供水平面内的目标分布，辅助飞行员决策航路中的飞行路线。

2、然而民航飞机的巡航高度通常在万米高空，而绝大多数通航飞机以及运输机等的使用高度多在数千米，该空域内的气象变换要显著得多，对于通航飞机等使用平台，其不仅需要机载气象雷达提供所在高度层的航线前方的气象分布状况，还需要其能提供前方降雨目标的估计高度。

3、因此，需要一种辅助飞行的飞机前方强降雨目标的剖面探测方法。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供了一种机载气象雷达强降雨目标剖面探测方法和雷达设备，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

2、一方面，本申请的技术方案是：一种机载气象雷达强降雨目标剖面探测方法，包括：

3、获取飞机实时位置数据、雷达当前探测量程r、雷达剖面探测的方向指向角α、雷达天线俯仰角及数字高程图，基于数字高程图得到飞机正下方的地形高度h；

4、根据雷达当前探测量程r确定剖面探测响应量程r’；

5、根据雷达天线俯仰角飞机实时位置数据、地形高度h计算雷达波束中心高度hcenter，得到雷达波束中心高度曲线，根据雷达波束中心高度曲线获取不同雷达天线俯仰角时指定距离下的高度，从而得到雷达天线俯仰角范围β；

6、根据剖面探测范围方向指向角α、雷达天线俯仰角范围β及雷达扫描方式确定雷达扫描器的扫描策略，进而通过雷达扫描器获得强降雨目标的垂直剖面回波数据；

7、对强降雨目标的垂直剖面回波数据进行信号处理形成剖面探测数据，将剖面探测数据进行插值处理和送显后得到强降雨目标的剖面探测画面。

8、在本申请可选实施方式中，所述飞机实时位置数据包括飞机实时位置坐标和组合飞行高度，所述组合飞行高度包括无线电高度和绝对气压高度。

9、在本申请可选实施方式中，所述方向指向角α根据飞行员输入的指定剖面探测方位指向角确定。

10、在本申请可选实施方式中，根据雷达当前探测量程r确定剖面探测响应量程r’包括：

11、确定雷达的探测量程档位，所述探测量程档位包括40km、80km、160km；

12、若所述当前探测量程r≥160km时，则剖面探测响应量程r’＝160km；

13、若所述当前探测量程r≤40km时，则剖面探测响应量程r’＝40km；

14、若所述当前探测量程40km＜r＜160km，则剖面探测响应量程r’＝r。

15、在本申请可选实施方式中，计算所述雷达波束中心高度hcenter的方法为：

16、

17、式中，re为地球半径，h为飞行高度，为雷达天线俯仰角，nr为步进值，r(nr)为步进值对应的雷达当前探测量程。

18、在本申请可选实施方式中，当飞行高度小于预定值时，采用无线电高度进行雷达波束中心高度的计算，当飞行高度大于预定值时，采用绝对气压高度进行雷达波束中心高度的计算。

19、在本申请可选实施方式中，根据雷达波束中心高度曲线获取不同雷达天线俯仰角时指定距离处的高度，从而得到雷达天线俯仰角范围的过程包括：

20、若当前探测量程r≤160km时，根据雷达波束中心高度曲线计算在指定距离处高度小于高度h1的最大俯仰角βmax和指定距离处高度大于高度h2的最小俯仰角βmin；

21、若当前探测量程r＞160km时，根据雷达波束中心高度曲线计算在指定距离处高度小于高度h3的最大俯仰角βmax和指定距离处高度大于高度h4的最小俯仰角βmin。

22、在本申请可选实施方式中，所述扫描策略适用于扫描方式为单行扫描和两行扫描的扫描过程，其中：

23、单行扫描时，雷达天线俯仰扫描角为固定值，雷达扫描器的俯仰电机提前方位指向角预定角度向上或向下扫描，俯仰向的最大扫描速度不小于该模式水平向的最大扫描速度；

24、两行扫描时，雷达天线俯仰扫描角为上波束角和下波束角，雷达扫描器的俯仰电机提前方位指向角预定角度向上或向下扫描，俯仰向的最大扫描速度不小于该模式水平向的最大扫描速度。

25、在本申请可选实施方式中，单行扫描时，提前的预定角度为

26、式中，γ1为从左向右扫描提前的角度，γ2从右向左提前的角度，wv为俯仰向的最大扫描速度，wh为水平向的最大扫描速度；

27、两行扫描时，提前的预定角度为

28、式中，γ3为从左向右提前的角度，γ4从右向左提前的角度，δ为两行扫描上下波束角的差值。

29、另一方面，本申请提供的技术方案是：一种雷达设备，该雷达包括处理装置，所述处理装置执行如上任一所述的机载气象雷达强降雨目标剖面探测方法。

30、本申请方法相比于现有技术来说，增加了剖面探测功能，可提供前方降雨目标的剖面视角，辅助飞行员粗略评估降雨目标的高度和尺度，结合实际使用习惯、飞行高度和地理信息，自动生成雷达俯仰电机的控制参数，在满足探测需求的最小俯仰角范围内探测，控制俯仰扫描所用时间的同时尽可能提供剖面信息。

技术特征：

1.一种机载气象雷达强降雨目标剖面探测方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的机载气象雷达强降雨目标剖面探测方法，其特征在于，所述飞机实时位置数据包括飞机实时位置坐标和组合飞行高度，所述组合飞行高度包括无线电高度和绝对气压高度。

3.如权利要求2所述的机载气象雷达强降雨目标剖面探测方法，其特征在于，所述方向指向角α根据飞行员输入的指定剖面探测方位指向角确定。

4.如权利要求3所述的机载气象雷达强降雨目标剖面探测方法，其特征在于，根据雷达当前探测量程r确定剖面探测响应量程r’包括：

5.如权利要求4所述的机载气象雷达强降雨目标剖面探测方法，其特征在于，计算所述雷达波束中心高度hcenter的方法为：

6.如权利要求5所述的机载气象雷达强降雨目标剖面探测方法，其特征在于，当飞行高度小于预定值时，采用无线电高度进行雷达波束中心高度的计算，当飞行高度大于预定值时，采用绝对气压高度进行雷达波束中心高度的计算。

7.如权利要求6所述的机载气象雷达强降雨目标剖面探测方法，其特征在于，根据雷达波束中心高度曲线获取不同雷达天线俯仰角时指定距离处的高度，从而得到雷达天线俯仰角范围的过程包括：

8.如权利要求7所述的机载气象雷达强降雨目标剖面探测方法，其特征在于，所述扫描策略适用于扫描方式为单行扫描和两行扫描的扫描过程，其中：

9.如权利要求8所述的机载气象雷达强降雨目标剖面探测方法，其特征在于，单行扫描时，提前的预定角度为

10.一种雷达设备，其特征在于，该雷达包括处理装置，所述处理装置执行如权利要求1至9任一所述的机载气象雷达强降雨目标剖面探测方法。

技术总结
本申请提供一种机载气象雷达强降雨目标剖面探测方法和雷达设备，属于雷达信号处理技术领域，该方法包括：获取飞机实时位置数据、雷达当前探测量程、方向指向角、雷达天线俯仰角及数字高程图，基于数字高程图得到飞机正下方的地形高度；根据雷达当前探测量程确定剖面探测响应量程；计算雷达波束中心高度得到雷达波束中心高度曲线，根据高度曲线获取不同雷达天线俯仰角时指定距离下的高度，从而得到雷达天线俯仰角范围；根据方向指向角、俯仰角范围及雷达扫描方式确定扫描器扫描策略，进而获得强降雨目标的垂直剖面回波数据；对垂直剖面回波数据进行信号处理形成剖面探测数据，将剖面探测数据进行插值处理和送显后得到强降雨目标的剖面探测画面。

技术研发人员：孟宏鹏,李志科,王冠华
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5