张 强, 肖 刚, 蓝屹群

(1. 上海交通大学航空航天学院, 上海 200240; 2. 上海民航职业技术学院航空维修系, 上海 200232)

0 引 言

机载气象雷达(简称为WXR)作为飞机环境监视系统的子系统,通过探测飞行航路前方一定扇形区域内的天气情况,可以在恶劣气象条件下保障飞机和机上人员的安全。其中,气象湍流是影响飞机飞行安全的重要因素之一,严重的湍流不仅会使飞机颠簸,影响飞机结构安全,更会影响机上人员的安全。2017年6月18日凌晨,从法国巴黎飞往中国昆明的东航MU774航班在飞行途中突遇强烈湍流,持续10多分钟,造成28人受伤,其中4人重伤。为了避免这样的安全事故发生,需要通过WXR进行有效的湍流探测或预警。

湍流是在一定时间和空间范围内风速的随机波动,波动的幅度越大,雷达回波信号多普勒谱宽越宽,湍流强度越大。引发湍流的原因有很多,包括气压变化、雷暴、急流等,甚至在晴朗的天空也会出现湍流。其中,夹杂着雨滴的为湿性湍流,不夹杂着雨滴的为晴空湍流,目前多数的湍流检测算法只能对湿性湍流进行有效的探测,而无法有效探测晴空湍流[1-3]。

通过确定的物理原理来探测湍流的方法称为非参数化方法[4-5]。文献[6]通过脉冲对(pulse-pair,PP)方法估计气象雷达回波的平均多普勒频率和多普勒谱宽来探测湍流强度,但是该方法只适用于雷达回波信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)较高的情况。文献[1,7]利用快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)方法提取了回波数据中风速和谱宽等参数,该方法在考虑地杂波的情况下依然可以有效地检测到湍流信号,但是在回波数据长度较短的条件下,谱估计性能变差。……