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【气象雷达】多重扫描气象雷达的使用误区
&发表于& 13:23:25
冬春多雾天气刚刚过去，又到雷雨多发季节，每年的这个时间段，都是飞行员最为忙碌的时候，不光航班容易延误，有时甚至通宵达旦；且雷雨对飞行安全的影响众所周知。飞行员为了判断出安全的飞行航径，机载气象雷达是一种必不可少的工具。飞行部门在平时的训练中都会进行一些相关的培训，飞行员应该对气象雷达的特点和气象条件分析有基本的了解，故本文将着重就雷达使用的几个误区进行分析。一、机载气象雷达辐射太大，应该尽量避免长时间开启？首先从广义上来讲，凡是能量非经由传导或对流方式，而是直接穿越空间传达至它处的方式统称为辐射。自然界中的一切物体，只要温度在绝对温度零度以上，都以电磁波和粒子的形式时刻不停地向外传送热量。辐射本身是中性词，但某些物质的辐射可能会带来危害。而狭义上来讲，辐射可分为两种：1.高能量的游离辐射（通称放射线）如X射线、α、β、γ射线等。2.较低能量的游离辐射（通称电磁波）如微波炉、移动电话、电台、变电所、显象管等所发出的电磁波。X射线是电磁波的一种，是一种波长极短（纳米级别）的电磁辐射。它广泛应用于各个行业，如工程探测(如厚度测量、密度测量、缺陷探测等）、人体医学（如常规透视、血管造影、CT等）、在机场则用于安检部门（如行李检查机）。长期受X射线辐射必然对人体有伤害。前几代的气象雷达使用的是抛物线式天线和C带频率（MHz）。而新一代的雷达配有平直的天线，并使用X带频率（MHz），波长通常在2.4-3.75厘米之间。因此它跟X射线还不是一回事。笔者就职的南航湖南公司A320机队，就普遍装备的是使用X波段的罗克韦尔-柯林斯公司WXR2100(MULTISCAN-9330MHz)多重扫描雷达。但是前面讲了凡是能量直接穿越空间即称为辐射，且在飞行机组操作手册中明确规定：1.在控制组件上选择气象、气象/颠簸、地图方式前，需确认：—飞机中线两侧各35 度弧度内及天线运动距离5m 范围内无人。—飞机中线两侧正负90 度弧度5 米之内，飞机移动范围内没有大型金属障碍物，如吊架；2.着陆后将雷达和风切变预测系统关掉，避免辐射停机门周围的人。那么这类雷达的辐射状况如何呢？WXR2100（MULTISCAN）这款广泛装备于Airbus320系列和Boeing737NG系列飞机的机载气象雷达的辐射量，据柯林斯公司早期的一位工程师测定值为300μw/cm2——移去雷达罩，将测量设备置于雷达天线前方1.5英尺处。国家规定，在生活环境中，长时间暴露条件下，电磁辐射的功率密度不能超过40μw/cm2，否则将对人体产生有害影响——有趣的是微波炉的辐射国标为1000μw/cm2。以上数据说明，在机载雷达前方的辐射量是超标的，那么处在机载雷达后方一两米的驾驶舱中情况又如何呢？首先从雷达的性能上来讲，一部雷达的基本性能是由它的天线增益（Antenna Gain）决定的。天线增益概念通常被人误认为信号离开天线时信号被放大的倍数，其实不然。通俗的来讲，天线增益是指能量离开天线时的聚集度，天线最大辐射方向上的功率密度和天线各向均匀辐射能量时同一距离上功率密度的比值，即天线增益=聚焦密度/平均密度。天线增益是先进雷达的重要指标，它的数值越大，代表能量的发射越集中在一个方向上，从旁边溢出的能量（旁瓣）则越得到了有效的抑制。能量有效的被集中于雷达波主瓣，使得雷达额定功率可以更低。WXR2100的峰值功率为150瓦，作为参照，空客飞机上的VHF功率为25瓦，HF最大功率则为157瓦。增益（Gain）这个术语也常与雷达控制面板上的增益控制相混淆，增益控制的详细解释参看第三问。其次要说明的是：驾驶舱是增压舱，而机载雷达所处位置则是机头的非增压舱，两舱（其实还有电子舱与驾驶舱）之间有纳米涂层电磁隔离层板，防止干扰驾驶舱仪表显示。在2012年第72期的飞行员杂志中，曾有一位飞行同仁对737驾驶舱中的辐射量做过相关的测量。在驾驶舱中，电磁辐射最厉害的是风挡附近，成因竟然主要是无线电通讯，在VHF上发话时是雷达工作时的5倍多，但两者的辐射值都远低于标准限值。相比之下，生活中WIFI天线近旁和手机接通时的辐射却是超标的。二、多重扫描雷达自动功能模式很强大，还需要人工调节吗？“多重扫描气象雷达是一种全自动雷达，它可以在不需要飞行员输入扫描角度和进行增益设置的情况下，不管在什么时候，不管飞机的姿态如何，对所有范围内的重要的气象信息进行无杂波的显示。当多扫描气象雷达工作在自动模式的时候，每个飞行员将会获得一般只有有经验的雷达操作员才能获得的气象信息”，这句话看起来更像是一部机载气象雷达的广告，果真的是这样吗？全自动工作模式固然强大，飞行员对系统的理解和对天气的分析就更为重要了。首先要说明的是，在自动工作模式下，飞行机组仍然可以利用以下几个特征来使用/操作雷达：1.导航显示的距离选择（RANGE）。在人工模式下，如果天线倾角设置到沿着飞机的爬升航径（+4°—+7°），天气探测实际上被限制在了20-30海里；而在自动模式下，雷达本身的多波束扫描特性，80海里内的危险天气都可以显示出来；多重扫描雷达能够根据高度的不同自动调整天线角度，并有效抑制地面回波，因而它能够超越地平线的限制自动提供远至320海里的天气。有了这样的特性，使得飞行员可以少走“弯路”，可以在远距离外就可针对天气进行评估和战略分析；更可以防止进入死胡同（Blind Alley“盲径”效应），提高安全系数。2.增益调节。任何时候都可以通过人工调节增益来改变气象图形在ND上的显示，气象图形的颜色级别随着增益调节而改变，可以帮助飞行员对天气系统主体进行识别。3.雷达模式：天气（WX），天气+颠簸（WX+T）。颠簸区预测是多普勒气象雷达的独有功能，它是通过测量天气系统中水滴的移动来标示出颠簸区，可以在最远40海里距离处探测到“湿”颠簸。毕竟雷达作为一部降水探测器，不光是用来躲避雷击危险区的，也可以防止进入强降水区和严重颠簸区（强对流天气附近），防止发动机熄火以及颠簸伤人等不安全状况的发生。多重扫描雷达的自动模式如此强大，而人工模式更是对此的一种有力的补充。人工模式的基本作用如下：1.在天气情况良好时，或不是特别明显的情况下，可以调整人工天线倾角向下直到显示地面回波，以检查雷达是否正确工作。2.在靠近天气时（40-60海里），可以通过人工调节天线倾角，更好地分析天气情况。通常飞行员会利用人工调节天线来判断天气的“湿顶”高度。基本公式为1海里*1度天线倾角相当于100ft（此公式也常用于非精密进近的高度修正）。举例来说：如飞机飞行高度15000英尺，现在距离天气40NM，通过调整天线倾角，在1.5°仰角时天气显示完全消失，则可得出“湿顶”比飞机高6000英尺（40×1.5×100），加上飞机高度可计算得出“湿顶”高度为2<span style="max-width
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VOR／ADF电门是一个三位置肘节电门，电门可以选择在显示器上显示VOR或ADF航向点。所有模式在导航显示（ND）上显示这些航向点，但PIAN（计划）模式除外。模式控制选择在ND上显示的模式。模式控制是由模式选择器和中央电门组成，模式选择器是一个四位置电门，包括：APP（进近）、 VOR、MAP（地图）、PLN（计划），中央电门可以显示扩展的或集中的VOR，APP和MAP模式。量程选择器是一个八位置电选择器。选择器控制在MAP和PLAN模式中显示的量程。该选择器也控制气象雷达的量程和所有模式下的TCAS侵入符号的量程。交通电门可在显示器上显示TCAS信息。气象雷达电门接通气象雷达并以扩展模式和集中地图模式显示气象雷达数据。气象雷达不在计划模式下显示。地形电门可以在ND上显示加强的近地警告系统显示。地图电门可以在地图模式下显示其他的地图信息。包括：STA（关于导航设备不在航路上）、WPT（航路点不在航路上）、APRT（机场不在航路上）、DATA（有关航路点的高度和ETA）、 POS（有关位置比较信息）3、主飞行显示（PFD）显示区包括：空速指示、姿态指示、高度指示、航向指示和垂直速度指示。4、空速指示空速指示显示大气数据惯性基准系统（ADIRS）空速，和来自飞机系统的与空速有关的信息。速度尺在一个移动的座标尺上显示ADIRU计算的空速。以数字读数方式显示当前空速。数字读数框指在速度尺上的值的位置，当空速低于30节时，显示30节。空速不一致信息：如果机长和副驾驶的空速不一致超过5节，或更大，在速度尺的底部显示EAS不一致信息。该信息为琥珀色。
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