引言：

现如今，航空航天事业发展势头迅猛，为人们日常出行提供充份的便利，促进社会经济持续发展。但与此同时，也对航空安全性和舒适性提出更高要求。尤其新形势下，国内外各种航空事故频繁发生，引起全社会高度重视，其中由气象灾害引发的事故占据较大比重。为了尽可能降低航空延误率、减少飞行事故的发生，需要充分借助航空气象雷达技术探测和预报气象状况。由此可见，在航空航天事业不断发展的同时，航空气象雷达技术也要充分做到与时俱进，才能为航空运输提供安全保障。

一、航空气象雷达探测主要原理

（一）气象回波原理

大气环境中的云、降水粒子以及其他介质，均能够引起电磁波折射现象，并且折射现象会随着介质的不同形状、不同相态产生不同变化。气象雷达在运行过程中，接收到的信号大多是回波功率相加的总和，径向分辨率也可以称之为“库”。为了确保不同波长的雷达，在探索相同目标过程中产生的结果具有可对比性，将反射率因子引入气象雷达中，其与粒子直径的六次方为正比关系。在粒子产生散射现象后，原本入射方向产生电磁波会不断减弱，为了避免受距离影响，导致相同强度前行状况产生参异，需要采取补偿措施对远处回波进行处理^[1]。

（二）径向速度原理

多普勒气象雷达是一种较为常见的航空雷达，其在运行过程中需要不断发射脉冲波，以此来探测气象状况，随着大气环境中云、降水粒子以及各种介质的不断移动，相继脉冲波散射的回波信号也会产生各种相位变化。如果将气象雷达和探测目标的距离设置为R，那么气象雷达发生目标与散射波运行之间的距离就是2R，通过相位对径向进行描述，可以呈现一个弧度。

（三）湍流探测原理

所谓湍流探测，就是只气象目标中的微粒速度存在较大变差，其运行原理与微粒速度统计标准有必然联系。由于降水粒子直径不尽相同，所以其降落速度也存在差异。气象雷达在探测降水粒子过程中径向速度有相应分布，通常降水粒子之间存在的直径差异越大，径向速度分布谱宽也就越大。而影响谱宽大小的原因有很多，其中包括天线转速、与雷达距离等方面。其中天线转速越快，谱宽越大，与雷达距离越长，距离库也就越大，谱宽也会相应增加^[2]。谱宽在气象雷达探测方面是一种重要的速度估计工具，一般谱宽值越大，速度估计结果就越不准。

二、航空气象雷达技术分析

（一）区域航路气象雷达技术

美国在航空气象雷达研究方面起步较早，NEXRAD是其研究出的一种气象雷达技术，该技术能够对降水和大气运动情况进行有效探测，并且具有较高的分辨率。WSR-88D是组成该雷达的关键结构，主要运行于S波段，波长为10cm，能够对降水情况和大气运动情况进行动态探测，并形成网格图像，有利于为气象学者预测和预报天气提供准确参考。WSR-88D工作模式可以分为两种：第一，在晴空模式下低速运行，并准确探测大气运动规律；第二，在高速模式下运行，对降水情况进行跟踪探测。随着科学技术不断进步，NEXRAD也逐渐向自动化趋势发展，其中WSR-88D的天线也得到了一定优化和完善，能够根据提前设定的体扫模式进行运动，其中每一种体扫模式都是一种标准指令^[3]，能够对天线速度、收发模式等进行科学控制。在雷达安装过程中，需要考虑安装位置和探测范围，确保探测范围之间有最大程度的重叠区域，如此即便是个别雷达失灵，也能够确保探测结果准确无误。在条件允许的情况下，还要合理选择雷达安装地址，为维护检修人员开展工作提供便利。

（二）终端航空气象雷达技术

TDWR又称为终端多普雷达。该雷达主要由FAA主持，诞生于80世纪末、90世纪初，由林肯实验室研发而来。随着科技不断进步，终端多普勒雷达应用范围也越来越广泛，当前在美国45个机场均有用用，为提高航空运输安全性奠定了良好基础。TDWR与上文提到的WSR-88D有相似之处，均是抛物线状天线，并且都被圆顶所保护。在实际运行过程中没通过水平极化扫描，能够准确获得空间信息。与此同时，二者也存在一定差异性。具体来说：第一，TDWR在运行过程中，几乎不需要操作员介入；而WSR-88D则需要依赖于操作员。第二，TDWR在运行时需要使用6cm波段；而WSR-88D运行时需要使用10cm波段。并且前者为C波段，后者为S波段。S波段会对天线折叠速度和距离产生一定影响，C波段容易产生衰减现象。第三，波束宽度存在差异。TDWR的波束宽度为0.6°，WSR-88D的波束宽度为1°。第四，分辨率不同^[4]。二者相比较，TDWR分辨率更更高，一般在150-300m之间；WSR-88D的分辨率则在250-1000m之间。第五，烧哂胧据质量算法、折叠速度等存在差异。第六，扫描速度不同。TDWR扫描速度相对较快，主要采用仰角扫描方式，有利于为对流天气探测提供便利。第七，适用范围不同。TDWR适用于短距离气象分析，相对于WSR-88D而言，能够更加清晰的观察风暴结构特征。

（三）机载航空气象雷达技术

我国相对于发达国家而言，在航空气象雷达研究方面起步较晚。而美国作为科技第一大国，其研究内容则相对成熟，在机载气象雷达研究方面处于世界领先水平。从21世纪70-90年代之间，美国可言单位致力于研究该技术，并进行了大量试验，最终将机场地杂波抑制在机载航空气象雷达接收线性范围内，实现了动态探测基本目标。即便面对机场强地杂波的工况，也能够通过气象雷达准确探测到低空风切边等各种危险灾害的存在，同时将探测到的信息及时反馈给机组人员。现阶段，在科学技术不断进步下，国外民用机载气象雷达技术也在不断优化和完善，融合了红外技术、激光技术、多普勒技术、双极化技术等多种先进科学技术，有效提高了气象预测和预报的可靠性。但基于脉冲多普勒技术的机载气象雷达，依然是航空运输领域应用范围最广的设备。

当前，在机载气象雷达技术研究过程中，主要围绕ARINC公司和和RTCA公司制定的标准为主。在此基础上，机载气象雷达的各种标准，也为航空电子设备上生产、设计和制造提供了参考和借鉴，为新设备研发奠定良好基础，促进新设备不断向标准化、规范化趋势发展^[5]。另外，两个公司的标准对气象雷达的规格、电气接口、用途、探测范围等方面也作出了详细规定。

结束语：

综上所述，随着科学技术不断进步，我国航空事业发展规模也逐渐扩大，同时带动航空气象雷达技术进一步发展。但由于我国在技术研发方面起步较晚，目前仍然处于发展阶段。而美国作为科技第一大国，现如今已经具备了较为完善复杂的雷达网络，能够为飞机监视、公共气象、大气结构科研服务，同时运用于军事，为国土安全提供保障。我国需要积极借鉴国外成功研究经验，并在此基础上深入探索，进一步丰富航空气象雷达的功能性，同时融入空地数据链，确保气象探测和预测准确无误，为航空运输提供安全保障。

参考文献：

[1] 宋金泽. 航空气象雷达技术研究[J]. 中文信息,2017(6):12-13.

[2] 宰辰熹. 虚拟仪器技术在航空机载气象雷达测试系统中的应用[J]. 测控技术,2018,31(1):112-115,120.

[3] 王一鸣. 体绘制技术在气象雷达中的应用研究[J]. 中国科技投资,2021(23):169-170.

[4] 卢娜,张三爱. 虚拟仪器技术在航空机载气象雷达测试中的应用[J]. 科技创新导报,2017(2):7-8.

[5] 晓立. 霍尼韦尔Intu Vue^TM气象雷达荣膺"航空技术成就奖"[J]. 航空制造技术,2018(3):20.