机载气象雷达天线控制系统

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机载气象雷达天线控制系统

作者：方智觅

来源：《科技视界》2015年第34期

【摘要】机载气象雷达天线控制系统是机载气象雷达的重要组成部分，用来控制天线的

运动，是飞机进行气象目标和地形探测的前提。机载气象雷达天线控制系统是自动控制技术在雷达中具体应用的产物，它涉及多方面的技术知识。

【关键词】天线控制；步进电机；光电脉冲发生器

随着航空技术的不断发展，人们对飞机的要求也越来越高，这促进了雷达技术的不断发展。机载气象雷达是雷达的一种，民用机载气象雷达的应用与发展则为飞行的安全性提供了可靠的保障。目前，具有风切变预警功能的机载气象雷达在民航飞机上的重要作用不可低估，已成为民航飞机必不可或缺的重要电子设备。机载气象雷达除了可以探测航路上的危险气象区域外，还可以用于观察地形并实现其他一些功能。现代机载气象雷达可实现的功能有以下几个方面：

（1）探测航路前方扇形区域中的降雨区、冰雹区等气象区域；

（2）探测夹带着雨粒的湍流区域；

（3）观察飞机前下方的地形；

（4）发现航路上的山峰等障碍物；

（5）显示由其他系统输入的文字或图形信息；

（6）用作雷达导航信标。

气象雷达天线是一种方向性很强的X波段微波天线。气象雷达发射机与接收机通过收发

转换开关通过天线实现雷达信号的辐射与回波信号的接收。在发射脉冲持续期内，气象雷达天线将发射机所产生的射频脉冲信号会聚成能量高度集中的雷达波束辐射到空中，在脉冲间隙期内（接收期内），目标所形成的反射回波由天线接收，输送给雷达接收机。

为了探测飞机前方广阔的扇形区域中的气象目标或观测飞机前方广阔的扇形区域中的气象目标或观测飞机前下方的地形，天线在辐射和接收雷达信号的同时，进行着往返的方位扫掠运动。与此同时，天线还必须根据飞机俯仰姿态和倾斜姿态的实时变化，自动地进行相对于飞机机身平面的俯仰修正运动，以保持天线扫掠平面的稳定。此外，还可在一定范围内对天线进行俯仰调节。为了实现雷达系统对天线运动及姿态的控制，天线组中除了用以辐射雷达信号的天

自动控制原理-雷达天线伺服控制系统

自动控制理论课程设计 设计题目雷达天线伺服控制系统 姓名 学号 专业 班级 指导教师 设计时间

目录 第一章绪论 (1) 1.1课题背景及意义 (1) 1.2课题研究的目的 (1) 1.3课题研究的主要内容 (2) 第二章系统的总体设计 (3) 2.1系统的组成图 (3) 2.2控制系统的结构图 (3) 2.3系统的简化方框图及简单计算 (4) 2.4系统的动态分析 (6) 第三章系统的根轨迹和伯德图 (7) 3.1系统的根轨迹图及分析 (7) 3.2系统的Bode图及分析 (8) 第四章校正设计 (10) 4.2校正后的根轨迹图及分析 (12) 4.2校正后的Bode图及分析 (13) 第五章总结 (15) 参考文献 (16)

第一章绪论 1.1课题背景及意义 雷达天线伺服控制系统是用来控制天线，使之准确地自动跟踪空中目标的方向，也就是要使目标总是处于天线轴线的方向上的，用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统，又称随动系统，主要解决位置跟随系统的控制问题。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度，加速度的反馈控制系统，并要求具有足够的控制精度。其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入地位移（或转角）。伺服系统的结构组成和其他形式反馈控制系统没有原则上的区别，它是由若干元件和部件组成的并具有功率放大作用的一种自动控制系统。 雷达天线伺服控制系统，可以准确确定障碍物的位置。利用雷达天线伺服控制系统可以探测飞机、舰艇、导弹以及其他军事目标，信息处理、数字处理,收集、综合地面运动目标和固定目标的情报及图像，还可以探测低空飞行的威胁，为用户提供包含面广的威胁画面。对空搜索、边搜索边测距、空地测距、自动检测；除了军事用途外，雷达在交通运输上可以用来为飞机、船只导航；在天文学上可以用来研究星体；在气象上可以用来探测台风，雷雨，乌云等等。雷达天线伺服控制系统的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标，且不受雾、云和雨的阻挡，具有全天候、全天时的特点，并有一定的穿透能力。然而雷达天线伺服控制系统在洪水监测、海冰监测、土壤湿度调查、森林资源清查、地质调查等方面显示了很好的应用潜力。 1.2课题研究的目的 雷达天线伺服控制系统的设计目的是通过采取各种控制策略，快速，准确，稳定，可靠地跟踪目标，使天线伺服系统的天线座驾的机械轴随控制指令运动，并能使天线的电轴始终对准目标，完成各项任务，并确保天线伺服系统安全，可靠，长期，稳定地工作。利用电磁波探测目标的电子设备，发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。而在我们设计的伺服控制系统中，天线的转动要求

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。中间部分由过度冷却的水和冰晶组成，由于冰晶是不良的雷达波反射体，所以这部分的反射率开始减小了。雷雨的上部完全由冰晶组成，所以在雷达上几乎不可见。另外，正在形成的雷雨在其上部可能会形成拱形的紊流波，如图2-1所示：

PID雷达天线控制系统

自动控制理论课程设计报告 研究课题PID雷达天线控制系统 学院 专业班级 姓名 学号 年月

PID雷达天线控制系统 摘要： 这篇文章是把PID调节器运用于雷达位置伺服系统，使其跟踪能力和迅速反应能力得到改善。采用校正数字PID 控制器作为控制器，通过Matlab 仿真对校正 PID 控制雷达天线系统响应曲线进行分析，结果表明，基于校正 PID 控制的雷达天线系统响应时间短，满足了雷达天线对控制性能的要求。 关键词：PID 控制；雷达天线系统。 PID radar antenna control system Abstract: This article is to put PID adjustor into the radar servo system, and improve the tracking ability and rapid response ability.we choose the digital PID controller as controller.Through the simulation of Matlab to design of the calibration PID control radarantenna system and analyse the radar antenna system calibration PID response curve. Results show that based on the calibration of the PID control system of the radarantenna short response time meet the radar antenna to control performance requirements. Key words: P ID adjustor ; Radar antenna system. 1.引言： 在自动控制系统中，要提高系统的静态精度，增大放大倍数，但系统增大放大倍数后，由于系统中惯性的影响，容易使系统发生振荡，因此，提高放大倍数，减小静态误差和提高系统稳定性便成了一对主要矛盾。为了解决这个矛盾，使用比例（P）,积分（I），微分(D)（即所谓的(PID)调节器），以此作为自动控制系统的校正工具。比例调节的显著特点就是有差调节。如果采用比例调节，则在负荷扰动下的调节过程结束后，被测量不可能与设定值准确相等，它们之间一定有残差。积分调节的特点是无差调节，但采用积分调节时其调节过程比较缓慢，表现在振荡频率较低。PID调节器有P,I,D三种调节的优点，在系统中，比例（P）调节器的作用是按控制偏差的大小，迅速输出一个信号（电压），这个过程便是偏差大，调节作用大，偏差小，调节作用也小，积分（I）调节器的作用，不是迅速改变调节作用，而是根据偏差的大小逐渐地改变，偏差大的，调节作用变化速度快，偏差小的调节作用速度满，只有当偏差消除时，才停止改变调节作用，偏差不消除，调节作用总是在不断改变，微分（D）调节器的作用则是一有偏差出现，马上快速地，大幅度地改变调节作用，然后使调节作用逐渐见效，这就是所谓的超调，目的是使偏差快些消除。总而言之，P的作用是将偏差迅速传递到输出端；I的作用是缓慢消除偏差；D的作用是快速消除偏差。

雷达天线伺服控制系统要点

概述 用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。又称随动系统。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。它是由若干元件和部件组成的并具有功率放大作用的一种自动控制系统。位置随动系统的输入和输出信号都是位置量，且指令位置是随机变化的，并要求输出位置能够朝着减小直至消除位置偏差的方向，及时准确地跟随指令位置的变化。位置指令与被控量可以是直线位移或角位移。随着工程技术的发展，出现了各种类型的位置随动系统。由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机，使伺服系统实现了直接驱动，革除或减小了齿隙和弹性变形等非线性因素，并成功应用在雷达天线。伺服系统的精度主要决定于所用的测量元件的精度。此外，也可采取附加措施来提高系统的精度，采用这种方案的伺服系统称为精测粗测系统或双通道系统。通过减速器与转轴啮合的测角线路称精读数通道，直接取自转轴的测角线路称粗读数通道。因此可根据这个特征将它划分为两个类型，一类是模拟式随动系统，另一类是数字式随动系统。本设计——雷达天线伺服控制系统实际上就是随动系统在雷达天线上的应用。系统的原理图如图1-1所示。

1 雷达天线伺服控制系统结构及工作原理 图1-1 雷达天线伺服控制系统原理图 系统的结构组成 从图1-1可以看出本系统是一个电位器式位置随动系统，用来实现雷达天线的跟踪控制，由以下几个部分组成：位置检测器、电压比较放大器、可逆功率放大器、执行机构。以上四部分是该系统的基本组成，在所采用的具体元件或装置上，可采用不同的位置检测器，直流或交流伺服机构等等。 现在对系统的组成进行分析： 1、受控对象：雷达天线 2、被控量：角位置m θ。 3、干扰：主要是负载变化（f 及L T ）。 4、给定值：指令转角*m θ。 5、传感器：由电位器测量m θ、*m θ，并转化为U 、*U 。 6、比较计算：两电位器按电桥连接，完成减法运算*U U e -=（偏差）。 7、控制器：放大器，比例控制。 8、执行器：直流电动机及减速箱。

多普勒天气雷达原理与业务应用思考题

1 多普勒天气雷达主要由几个部分构成？每个部分的主要功能是什么？ 答：主要由雷达数据采集子系统（RDA ），雷达产品生成子系统（RPG ），主用户终端子系统（PUP ）三部分构成。RDA 的主要功能是：产生和发射射频脉冲，接收目标物对这些脉冲的散射能量，并通过数字化形成基本数据。RPG 的主要功能是：由宽带通讯线路从RDA 接收数字化的基本数据，对其进行处理和生成各种产品，并将产品通过窄带通讯线路传给用户，是控制整个雷达系统的指令中心。PUP 的主要功能是：获取、存储和显示产品，预报员主要通过这一界面获取所需要的雷达产品，并将它们以适当的形式显示在监视器上。 2 多普勒天气雷达的应用领域主要有哪些？ 答：一、对龙卷、冰雹、雷雨大风、暴洪等多种强对流天气进行监测和预警；二、利用单部或多部雷达实现对某个区域或者全国的降水监测；三、进行较大范围的降水定量估测； 四、获取降水和降水云体的风场信息，得到垂直风廓线；五、改善高分辨率数值预报模式的初值场。 3 我国新一代天气雷达主要采用的体扫模式有哪些？ 答：主要有以下三个体扫模式：VCP11——规定5分钟内对14个具体仰角的扫描，主要对强对流天气进行监测；VCP21——规定6分钟内对9个具体仰角的扫描，主要对降水天气进行监测；VCP31——规定10分钟内对5个具体仰角的扫描（使用长脉冲），主要对无降水的天气进行监测。 4 天气雷达有哪些固有的局限性？ 答：一、波束中心的高度随距离的增加而增加；二、波束宽度随距离的增加而展宽；三、静锥区的存在。 5 给出雷达气象方程的表达式，并解释其中各项的意义。 答： P t 为雷达发射功率(峰值功率)； G 为天线增益；h 为脉冲长度； 、 ：天线在水平方向和垂直方向的波束宽度； r 为降水目标到雷达的距离； ：波长； m ：复折射指数； Z 雷达反射率因子。 6 给出反射率因子在瑞利散射条件下的理论表达式，并说明其意义。 答：∑= 单位体积6i D z ，反射率因子指在单位体积内所有粒子的直径的六次方的总和，与波长无 关。 7 给出后向散射截面的定义式及其物理意义。 答： 定义：设有一个理想的散射体，其截面面积为?，它能全部接收射到其 上的电磁波能量，并全部均匀的向四周散射，若该理想散射体返回雷达天线处的电磁波能流密度，恰好等于同距离上实际散射体返回雷达天线的电磁波能流密度，Z R C Z m m r h G p p t r ?=?+-=2 2222223212ln 1024λθ?πθ?λi S s R S 24πσ=

雷达天线控制系统的设计.doc

雷达天线控制系统设计 摘要 本课题研究的雷达天线控制系统要求具有定位和等速跟踪功能，定位控制要求精度高、响应快，等速跟踪控制要求转速平稳。早期的雷达天控系统大多采用模拟电路实现，如需调整控制参数时，就要更换控制器中一些元件，同时受环境温度、外界干扰及元件老化等因素的影响，调节器参数都会发生变化，从而影响控制性能。 一般的雷达天线的性能主要取决于其伺服系统的设计水平。伺服系统的设计包括结构设计和控制设计两部分，这两部分是相互影响紧密耦合的。一般所采用的设计方法是对结构系统和控制系统先分别设计，然后再根据要求进行调校，这往往会导致产品研制的周期长、成本高、性能差、结构笨重，不能保证伺服系统总体的综合性能最优。针对雷达天线伺服系统设计中存在的结构设计与控制设计相分离的问题，提出一种结构与控制集成优化设计的模型，即采用手轮控制和电路自动化控制相结合的方式完成。 本文以雷达天线控制系统的研制为背景，设计了系统总体方案。雷达为机动型远程警戒雷达，天线在圆周360°方位中进行运转工作，在伺服系统中对天线的控制实现远程遥控和人工控制。工作中为了有效的消除云雨气象杂波的干扰，利用空间电磁场和目标的特性，在伺服系统中对云雨气象杂波的干扰实现线极化和原极化的转换控制。对于天线360°圆周运转状态，需要通过处理变换并把360°圆周运转的模拟方位信号转换为数字方位信号，同时为雷达各个分系统提供出方位数据；通过方位处理可实现雷达寻北，对方位数据进行自动教北。天线在架设时应进行升降俯仰控制，通过控制可安全操作升降俯仰。 关键词：雷达，天线，控制，精度，伺服

Radar antenna control system design Summary Research of radar antenna control system requires a positioning and velocity tracking, positioning control requires high precision and fast response, speed speed tracking control requirements, such as stable. Most of the early days of radar controlled systems used analog circuits, need to adjust control parameters, it is necessary to replace the controller components in and influenced by environmental factors such as temperature, outside interference and component aging effects, changes regulator parameters, thus affecting performance. General performance of radar antenna mainly depends on the level of its servo system design. Design of servo system design including design and control of two parts, interaction between these two parts are tightly coupled. General system design method is used to structure and control system design, respectively, and then adjusted according to the requirements, which often leads to long product development cycles, high cost, poor performance, structure of heavy, cannot ensure the overall performance of optimal servo system. For the radar antenna servo system design of structure and control design of phase separation problem, proposed a model of integrated optimization design of structure and control, using hand wheel completed the combination of control and automatic control circuit. With development of the radar antenna control system in the background of this article, designing the general scheme of the system. Radar-Mobile early warning radar, antennas work running in a circle of 360 ° azimuth, remote control for antenna servo system of control and manual control. In order to be effective in eliminating Cloud and rain weather clutter interference using spatial characteristics of electro-magnetic fields and the target, Cloud and rain in a servo system of weather clutter jamming transition control for linear polarization and the polarization. Aerial 360 °circle running condition, use the transform and simulation of running in a circle of 360 °azimuth direction of signal into a digital signal, while for the radar system with location data through North azimuth radar homing, on North azimuth data

319气象雷达的使用

飞行中 雷达使用 应当避免进入已知的颠簸并伴有积雨云区域。良好的雷达天线俯仰角度设置对于准确地判断和评估积雨云的垂直分布时非常关键的。通常增益应该在AUTO 位。不过，使用人工增益可帮助机组评估整体天气情况，特别时在大雨中，气象雷达图像已经饱和，使用人工增益是非常有效的，降低增益有助于机组识别降雨量最大的区域，通常这些区域与活动的积雨云团有关。使用人工增益后，应将其恢复至自动（AUTO）。以恢复最佳的雷达灵敏度。回波较弱不是机组低估积雨云的理由，因为只有积雨云的潮湿部分才能被探测到。必须尽早做出规避积雨云的决断，理想情况是在上风处20海里位置做水平避让。 气象雷达有两个主要功能： ? 气象探测功能 ? 地图功能 气象探测是主要的功能，雷达可以探测到降水的水滴。回波强度取决于水滴的大小、成分和数量（例如相同大小的水滴反射的回波强度是冰粒的五倍）。因此气象雷达不能探测到微小的水滴（比如云或雾）或者没有水滴（比如晴空颠簸）的气象情况。 地图成像模式是辅助功能，在此模式下，雷达比较发射信号和接收信号之间的差异。差异较大的容易绘图成像（比如山区或城市），差异较小的不易绘图成像（比如平静的海面或平坦的陆地）。飞行机组使用下面控制方法操纵雷达。

天线仰角雷达天线和地平线之间的夹角就是天线仰角，与飞机的俯仰和坡度角无关。使用惯性基准系统（IRS）数据使天线稳定。 为了帮助避开危险气象条件，考虑到飞行阶段和ND的范围，合理设定天线仰角很重要。通常回波显示在ND的顶部即表示天线仰角适当。如果扫描范围过大，当雷达波扫描雷暴云泡的上部时，可能无法探测或低估雷暴云泡。这是由于在高高度，云泡中可能有冰，因此反射较弱。在飞行中选择自动能确保合适的仰角管理。 注意：在巡航中，MULTISCAN提供前方天气的大范围扫描，也就是显示位于和低于飞行轨迹的天气云团。在前方天气不明朗或显示出乎意料的天气时，为了判明情况，机组可以暂时使用人工天线俯仰调节以确认天气是否与飞行轨迹有潜在冲突。 增益 当MULTISCAN选择器设置到AUTO时，必须使用人工增益选择（+8）。 可以人工调谐增益以探测在ND上显示红色的云团的最强部分。如果缓慢地降低 增益，红色区域（3级回波）缓慢变成黄色区域（2级的回波），同时黄色区域变 成绿色区域（1级）。云团最后转为黄色的部分是最强区域。 然后，增益必须重新设置到+8。 模式 操作模式有WX，WX+T，TURB，MAP。 WX+T或TURB模式是用来探测湿颠簸区域，TURB模式探测在40海里内的湿颠 簸，并且不受增益的影响。TURB模式被用于区分颠簸和强降水。 GCS

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目录

1 雷达天线伺服控制系统简介 1.1 概述 用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。又称随动系统。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。它是由若干元件和部件组成的并具有功率放大作用的一种自动控制系统。位置随动系统的输入和输出信号都是位置量，且指令位置是随机变化的，并要求输出位置能够朝着减小直至消除位置偏差的方向，及时准确地跟随指令位置的变化。位置指令与被控量可以是直线位移或角位移。随着工程技术的发展，出现了各种类型的位置随动系统。由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机，使伺服系统实现了直接驱动，革除或减小了齿隙和弹性变形等非线性因素，并成功应用在雷达天线。伺服系统的精度主要决定于所用的测量元件的精度。此外，也可采取附加措施来提高系统的精度，采用这种方案的伺服系统称为精测粗测系统或双通道系统。通过减速器与转轴啮合的测角线路称精读数通道，直接取自转轴的测角线路称粗读数通道。因此可根据这个特征将它划分为两个类型，一类是模拟式随动系统，另一类是数字式随动系统。本设计——雷达天线伺服控制系统实际上就是随动系统在雷达天线上的应用。系统的原理图如图1-1所示。 图1-1 雷达天线伺服控制系统原理图

1.2 系统的组成 从图1-1可以看出本系统是一个电位器式位置随动系统，用来实现雷达天线的跟踪控制，由以下几个部分组成：位置检测器、电压比较放大器、可逆功率放大器、执行机构。以上四部分是该系统的基本组成，在所采用的具体元件或装置上，可采用不同的位置检测器，直流或交流伺服机构等等。 现在对系统的组成进行分析： 1、受控对象：工作机械（雷达天线）。 2、被控量：角位置m θ。 3、干扰：主要是负载变化（f 及L T ）。 4、给定值：指令转角*m θ。 5、传感器：由电位器测量m θ、*m θ，并转化为U 、*U 。 6、比较计算：两电位器按电桥连接，完成减法运算*U U e -=（偏差）。 7、控制器：放大器，比例控制。 8、执行器：直流电动机及减速箱。 1.3 工作原理 现在来分析该系统的工作原理。由图1-1可以看出，当两个电位器1RP 和2RP 的转轴位 置一样时，给定角*m θ与反馈角m θ相等，所以角差* m m m 0θθθ?=-=，电位器输出电压 *U U =，电压放大器的输出电压ct U 0=，可逆功率放大器的输出电压d U 0=，电动机的转 速n 0=，系统处于静止状态。当转动手轮，使给定角* m θ增大，m 0θ?>，则*U >U ，ct U 0>， d U 0>，电动机转速n >0，经减速器带动雷达天线转动，雷达天线通过机械机构带动电位 器2RP 的转轴，使m θ也增大。只要*m m θθ<，电动机就带动雷达天线超着缩小偏差的方向运动，只有当* m m θθ=，偏差角m 0θ?=，ct U 0=，d U 0=，系统才会停止运动而处在新的稳定状态。如果给定角* m θ减小，则系统运动方向将和上述情况相反

美国气象部门实际使用气象雷达历史

美国气象部门实际使用气象雷达的历史 第一部分 新一代气象雷达出现之前时期 摘要 文章叙述美国军事和民用气象部门使用风暴监视雷达的历史。全文分两部分，本文是第一部分。有关雷达在气象学方面的研究已有很长历史而且很有成效。然而已有过详细介绍。所以本文和第二部分通过介绍最初两台多普勒气象雷达，重点论述实用雷达气象学自从第二次世界大战中形成以来的发展历史。本文介绍新一代气象雷达出现之前这一时期的历史。本文附录介绍全文涉及到的大多数雷达的主要技术特性，这都是作者曾掌握的。 1.前言 本文和第二部分叙述美国气象部门实际使用风暴监视雷达的历史。这是根据几位曾在不同时期参加或领导过实用气象雷达计划的人员的经验编写的。 使用雷达来进行气象观测是在二次大战时期对雷达技术进行广泛研究结果而发展的。对这些早期发展的历史以及雷达气象学研究方面的历史，希兹费尔特(Hitsfeld 1986)、阿特拉斯(Atlas 1990)、罗格(Rogers)与史密斯(Smith 1996)等人已进行详细论述。比尔格(Bilger)等人(1962)和比尔格(1981)总结了当时称作美国气象局所进行的气象雷达计划的历史和状况。本文对这些资料进行了修改和补充。本文还讨论了由目前气象业务部门所进行的蜒究工作。从这些研究线索已找到实用雷达气象学的实际使用途径或者已经给它带来了很大效益。这里我们主要集中在风暴探测雷达的应用历史，以便于实际应用，例如对强风暴的识别。 由于文章长度所限，除广泛使用着的单多普勒晴空风测量技术外，我们不讨论云层探测雷达，风廓线和大多数其它的应用。气象雷达在商业上的应用不在本文讨论范围内，乔金森(Jorgensen)和吉尔茨(Gerdes 1951年)举了一个很好的例子。 最初，各种雷达系统由于密级问题，限制了它们在军事气象部门的应用。后来由于它们价格太高和结构复杂，又限制了它们在政府部门、军事和民用气象部门中的实际应用。不过后来，由于有了气象雷达系统的远程显示系统，

机载气象雷达天线控制系统

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机场气象雷达

TDR 43-250 Weather Radar Brussels International Airport Weather Radar System Requirement: Provide low level wind shear detection for a major international airport. In addition, provide weather radar imagery and products for general meteorology and water management. Solution: A Radtec model TDR 43-250 C-band Klystron based weather radar system with a precision offset feed antenna, digital receiver, Sigmet RVP7 signal processor, Sigmet IRIS software and a network of workstations and radar display stations. The following photographs illustrate the system installation. Belgocontrol Antenna & Pedestal Being Setup For Factory Testing

Brussels International Airport Weather Radar System Radome, Antenna and support components prior to lifting into place.

机载气象雷达原理及维修特点分析

机载气象雷达的原理及常见故障分析 【摘要】雷达的种类繁多，用途各异。机载气象雷达的基本功用是探测航路上的雷暴雨、冰雹、湍流、风切变等恶劣气象区域。机载气象雷 达(WXR)的安全性直接影响整机系统和飞行的安全。机载气象雷达是机载导航系统的重要组成部分，是民航客机上的一种重要导航设备。气象 雷达出现故障极易造成飞机滑回、返航甚至坠毁等事故，因此必须加强对WXR 的维护。本论文通过对机载气象雷达（WXR-700）基本工作原理 的系统性总结，来全面地理解机载气象雷达相关知识，并对常见故障进行了总结、分析。【关键词】机载气象雷达；WXR-700；故障分析 【Abstract】There are many kinds of Radar,their uses are not the same.The basic function of airborne weather radar is to detect the route of thunderstorms, hail, wind shear, turbulence and other bad weather area.The safety of Airborne Weather Radar (WXR) directly affects the whole aircraft system and flight safety.Airborne Weather Radar is an important part of the airborne navigation system is an important navigation equipment of civil airplane. If there is something wrong with Weather Radar,it may easily cause aircraft sliding back,return airport even crashes and other accident,so we must enhance the maintenance of WXR. This article summarizes the working principle of WXR (WXR -700) briefly to understand the related knowledge of WXR,and analysis,summarizes the common faults. 【Key words】Airborne Weather Radar; WXR-700; Fault analysis

天气雷达天线伺服控制系统研究

第27卷 第4期2010年12月河 北 省 科 学 院 学 报Jo urnal o f the H ebei A cademy o f Sciences V o l.27N o.4Dec.2010 收稿日期:2010-08-30 作者简介:乔建江(1974-),男,硕士,工程师,主要从事天线伺服控制系统的设计与研究. 文章编号:1001-9383(2010)04-0038-05 天气雷达天线伺服控制系统研究 乔建江 (中国电子科技集团公司第54所,河北石家庄 050081) 摘要:介绍了某天气雷达天线伺服控制系统的设计,提出了解决伺服带宽的方法:伺服系统环路设计中采 用凹口滤波器技术、串联滞后补偿网络、加速度负反馈技术和复合控制技术来抑制伺服系统结构谐振频率进而提高伺服系统带宽;采用Bang Bang 控制技术加快系统快速性,较好的解决了伺服控制系统设计中系统快速性和系统稳定性的问题;实际应用表明,该天线伺服控制系统设计方案是合理的成功的。关键词:凹口滤波器;Bang Bang 控制;复合控制;加速度负反馈中图分类号:T N820.3 文献标识码:A The research on weather radar antenna servo control system QIAO Jian jian g (T he 54th Resear ch Institud e of CET C ,Shij iaz huang H ebei 050081,China) Abstract:The desig n for one kind of w eather r adar antenna servo contr ol sy stem w as presented.And som e so lutions for the servo bandw idth are provided here:Notch filer technique,Serial lag com pensa to ry netw o rk,Acceleration Negativ e Feedback and Compound Contr ol w ere adopted in loop cir cuit de sign to restrain the m achinery reso nance of servo control system and then improv e the servo sy stem bandw idth.T he Bang Bang control w as applied here to improve the dynam ic perform ance.This kind of design solv ed the pro blems for system speediness and stability.In practical applicatio ns,this design w as also prov ed to be r easo nable and successful. Keywords:Notch filer;Bang Bang Control com pound control;Acceleratio n negative feedback 0 引言 一般的高精度天线伺服控制系统要求有定位和等速跟踪功能,定位控制精度高,响应快,等速跟踪平稳。而在我们设计的伺服控制系统中,天线的转动要求伺服控制系统快速无超调进行大角度调转、定位精度高,而且伺服系统要具有多种快速扫描方式:水平扫描、垂直扫描以及快速定位等。这些都将对伺服系统的环路设计提出更高的要求。本文主要就是对该天线伺服控制系统环路中的几个关键部分方案进行探讨和分析。 1 伺服带宽分析 伺服带宽是天线伺服控制系统中很重要的一项指标,它反映了天线跟随目标的能力。对于大型天线伺服系统来说,伺服带宽及其稳定裕度主要受天线座结构谐振频率及其阻尼系数所制约。可见,提高天线座结构谐振频率和阻尼系数就能提高伺服系统的带宽及其稳定裕度。 天线座的结构谐振频率计算公式[1]为: f L = 12 K J (1)

20140410155620_课件B737NG气象雷达

浅谈B737NG气象雷达使用 一、一般介绍 我们公司执管的B737NG机型装有一套机载气象雷达，其基本组件为收发组、显示器、天线、控制面板。包括一部天线，一部收发机，一个或两个雷达控制盒（正副驾驶可以分别控制）。 收发机主要用于发射无线电脉冲，处理无线电回波，探测风切变并向机组发送警告和警戒信息，提供气象雷达数据显示，记录和显示故障状态及检测结果，在显示组件上生成图形。因为信号在传输过程中有衰减，所以在内部有补偿电路，保证远距离的气象目标和近距离目标在显示器上有同样的强度显示（如果目标条件相同）。 气象雷达系统可以提供气象条件、颠簸区域、风切变、地形图显示、地面杂波抑制、TFR（转换）等显示方式。雷达还具有穿透补偿功能，可以穿过降雨，更精确的看到降雨后面的风暴。此外，它也可以提供预测风切变的音响警告。 气象雷达数据显示在导航显示屏上，只有在扩展进近、扩展VOR、中央MAP、扩展MAP模式显示气象雷达数据或地形数据和风切变警告。如果EFIS控制面板上的TERR（地形）被选定或有来自EGPWS（增强型近地警告系统）的地形注意/地形越障警告时，EGPWS地形数据显示在导航显示屏上；如果TERR未被选定，且没有EGPWS警告，则只有气象雷达数据显示在导航显示屏上。当多种警告存在时，近地警告系统将自动确定警告呼叫的优先级，使

高一级警告出现在导航显示屏上，警告声音优先顺序如下：风切变（GPWS）、预测风切变（PWS）、GPWS 警告、TCAS 警告。 B737NG机型气象雷达使用的天线是平板式天线，其可生成高3.6度，宽3.4度的波束。天线稳定范围正负40度，扫描范围正负90度，天线稳定性是由收发机从大气数据惯性基准组件获得俯仰和横滚数据来控制的。 气象雷达系统控制面板包括左右EFIS控制面板、气象雷达控制面板。控制面板向收发机提供发射模式、仰角控制、增益控制、开/关气象雷达等功能。自动模式的控制面板，左右可以分别控制显示，这并不是说就存在两部天线和收发机，而是采用了分时扫描显示的办法。模式选择器有以下位置：TEST---开始收发机自检并在导航显示屏上显示检测结果；WX---收发机在导航显示屏上显示气象数据；WX/TRUB（WX-T）---收发机在导航显示屏上显示气象和颠簸数据；MAP---收发机在导航显示屏上显示地形特征；GC---地面杂波抑制，按下后无抑制功能，松开后自动恢复；TFR---转换显示，例如按下左边的TFR 把右边的模式，俯仰，增益转到左边ND 显示；仰角控制调节天线仰角在正负15度。增益控制调节收发机回波增益，在自动位，增益由收发机设定到校准水平。 气象雷达系统选择正常工作方式时只能有一个警戒信息显示在导航显示屏上，同时有多个警戒信息时，只有最高优先级的信息被显示。可能显示的提醒信息和显示有：WEAK：校准故

最新1多普勒天气雷达原理与应用汇总

1多普勒天气雷达原 理与应用

第六部分 多普勒天气雷达原理与应用（周长青） 我国新一代天气雷达原理；天气雷达图像识别；对流风暴的雷达回波特征；新一代天气雷达产品 第一章 我国新一代天气雷达原理 一、了解新一代天气雷达的三个组成部分和功能 新一代天气雷达系统由三个主要部分构成：雷达数据采集子系统（RDA ）、雷达产品生成子系统（RPG ）、主用户处理器（PUP ）。 二、了解电磁波的散射、衰减、折射 散射：当电磁波束在大气中传播，遇到空气分子、大气气溶胶、云滴和雨滴等悬浮粒子时，入射电磁波会从这些粒子上向四面八方传播开来，这种现象称为散射。 衰减：电磁波能量沿传播路径减弱的现象称为衰减，造成衰减的物理原因是当电磁波投射到气体分子或云雨粒子时，一部分能量被散射，另一部分能量被吸收而转变为热能或其他形式的能量。 折射：电磁波在真空中是沿直线传播的，而在大气中由于折射率分布的不均匀性 （密度不同、介质不同），使电磁波传播路径发生弯曲的现象，称为折射。 2 /3730/776.0T e T P N +=波束直线传播 波束向上弯曲波束向下弯曲000=>

雷达波长，K 表示与复折射指数有关的系数，C 为常数，之决定于雷达参数和降水相态。 四、了解距离折叠 最大不模糊距离：最大不模糊距离是指一个发射脉冲在下一个发射脉冲发出前能向前走并返回雷达的最长距离，Rmax=0.5c/PRF, c 为光速，PRF 为脉冲重复频率。 距离折叠是指雷达对雷达回波位置的一种辨认错误。当距离折叠发生时，雷达所显示的回波位置的方位角是正确的，但距离是错误的（但是可预计它的正确位置）。当目标位于最大不模糊距离（Rmax ）以外时，会发生距离折叠。换句话说，当目标物位于Rmax 之外时，雷达却把目标物显示在Rmax 以内的某个位置，我们称之为‘距离折叠’。 五、理解雷达探测原理。 反射率因子Z 值的大小，反映了气象目标内部降水粒子的尺度和数密度，反射率越大，说明单位体积中，降水粒子的尺度大或数量多，亦即反映了气象目标强度大。 反射率因子（回波强度）： ?=dD D D N Z 6)( 3 60/1m mm Z = 即反射率因子为单位体积内中降水粒子直径6次方的总和。 意义：一般Z 值与雨强I 有以下关系： 层状云降水 Z=200I1.6 地形雨 Z=31I1.71 雷阵雨 Z=486I1.37 新一代天气雷达取值 Z=300I1.4 六、了解雷达资料准确的局限性、资料误差和资料的代表性 由于雷达在探测降水粒子时，以大气符合标准大气情况为假定，与实际大气存在 一定的差别，使雷达资料的准确度具有一定的局限性，且由于雷达本身性能差异及探测方法的固有局限，对探测目标存在距离折叠及速度模糊现象，对距离模糊和速度模糊的处理等，均增大了雷达资料的误差。虽然如此，由于径向速度是从多个脉冲对得到的径向速度的平均值，为平均径向速度，雷达反射率因子通过对沿径向上的四个取样体积平均得到的，其径向分辨率相当于四个取样体积的长度，这也使雷达探测的资料具有一定的代表性。 第二章 天气雷达图像识别 一、掌握多普勒效应 多普勒效应为，当接收者或接受器与能量源处于相对运动状态时，能量到达接受者或接收器时频率的变化。多普勒频率，是由于降水粒子等目标的径向运动引起的雷