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[摘 要]雷达盲区是雷达使用性能的一个重要的指标，在民航气象雷达应用中也是如此。本文主要对民航气象雷达盲区的影响因素进行分析研究，为民航气象雷达的建设选址提供参考依据。以便于最大限度的发挥气象雷达在民航飞行中的保障作用。
[关键词]气象雷达、盲区、选址、民用航空
中图分类号：F840.61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）28-0315-01
1 前言
由于灾害天气可能出现在任何地方，机场气象雷达应安装在能够观测到对飞机安全影响最重要的区域。
机场民航空管进近区域主要分为三个航段：起始进近航段，中间进近航段和最后进近航段。飞行器从中间航段就开始调整高度和速度，使其能与最后航段的高度和速度衔接，最终将速度降到最后进近速度的范围，以完成最后的着陆。当飞机在最后进近航段时，其速度与飞机失速的速度已非常接近。以C类飞机为例，最后进近速度与失速的速度差的最小值约为12m[1]，因而在进近的过程中遭遇微下击暴流、低空风切变等天气是非常危险的。上述的这个距离范围大约为（距离机场跑道50M--100KM的范围），这个范围是要求气象雷达能够准确测量的范围。
2 民航气象雷达盲区的评估方法
雷达盲区是指处于雷达有效作用距离范围内而又探测不到目标的区域。在实际工作中，目前由于技术上以及环境情况复杂的原因，气象雷达总是会存在探测不到气象要素的空间范围。气象雷达的盲区按其所处位置和形成的原因不同，可以分为：最小作用距离以内盲区、最大不模糊距离盲区、大气波导效应导致的盲区、最低角度盲区（周围建筑物高度的影响），其中对民用航空气象雷达较为关键的是最小作用距离以内盲区、最大不模糊距离盲区和最低角度盲区，下面将通过对这三种盲区进行分析研究，来确定气象雷达的有效工作范围。
2.1 最小作用距离盲区
雷达最小作用距离是表示雷达探测最近物标距离，在此距离内的区域为雷达最小作用距离盲区[2]。理论上，当雷达天线较低时，物标始终处在雷达波束照射内时，雷达最小作用距离取决于脉冲宽度的大小：
（1）
式中：Dmin --雷达最小作用距离；
C --雷达波传播速度（3×108m/s）；
τ --雷达脉冲宽度；
t --雷达收发开关实际恢复时间（单位为us）。
从式（1）中可以看出，脉冲宽度τ越窄，收发开关恢复时间t越短，雷达的最小作用距离就越小，盲区范围就越小，雷达探测最近物标的能力就越好。
目前使用的国产安徽四创716气象雷达的脉冲宽度τ是1.0us[3]，由于现在的雷达一般采用铁氧体环行器，射频收发开关采用铁氧体环形器其回复时间t可以约为0。根据式（1）可以计算出716气象雷达的最小作用距离为150米。
2.2 最大作用距离盲区
雷达的最大作用距离[2]是指雷达的最大不模糊距离，该距离主要与雷达的脉冲重复频率有关，其计算公式为：
（2）
式中：Dmax --雷达最大作用距离；
C --雷达波传播速度（3*108m/s）；
T --雷达脉冲重复周期。
以716雷达为例，该雷达的脉冲重复频率为240HZ[3]，根据式（2）计算得出，Dmax为625KM。因此单从雷达的理论作用距离来分析雷达的探测范围为150M--625KM。
2.3 低角度盲区
天气雷达对近地的天气目标存在盲区，主要是由于地物阻挡掩盖雷达信号的缘故。气象雷达的俯仰扫描角度一般在-2。～+90。的范围，然而在较低角度扫描时，雷达的地物杂波回波强度较大，对雷达的回波判断产生较大的影响，目前预报员通常使用俯仰角度2°以上的角度，来进行天线因素的扫描。
考虑地球曲率和大气折射的影响，标准大气时的雷达测高公式[4]可以得到：
（3）
式中：为阻挡仰角，单位为度。h为天线离地面的高度，H为阻挡地物的高度， R为测站到地物的斜距，单位均为km。根据测得地物的H和R，由计算出阻挡仰角值。令H=1km、3km、6km，根据计算出的阻挡仰角，由式（3）可计算不同方位的雷达探测距离R。
（1）绘制地物阻挡角图
气象雷达选址时，利用测绘局提供的候选站附近的地物分布地图数据，在地图上以侯选站址为中心，距测站100km范围内每隔10km描一个同心距离圈，从正北开始，以5°为单位画出径向线，找出各个方向中地物的高度H及该地物离测站的斜距R。
地物阻挡仰角的制作方法：以测站为中心，制作6个同心圆，由外向内依次标为0°（忽略负仰角）、1°、2°、3°、4°、5°（阻挡高于5°以5°计）。根据公式（4）计算得到的仰角，將各个方位最大阻挡仰角顺次连接，得到地物阻挡图[4]。如图1所示，蓝色曲线即为所在方位的最大阻挡仰角。通过该图，便可直观的看出该测站是否满足选址对地物阻挡仰角的要求。
（2）计算各方向上指定高度的雷达探测距离
绘制1km、3km、6km等射束高度图，确定各方向上指定高度的雷达探测距离。根据式（5），以测站为中心，半径分别为100km、200km、300km、400km绘制同心圆，在图上依次标出规定高度的雷达探测距离，而后顺序连线。1km、3km、6km等射束高度图[4]如图2所示。蓝色、红色、黑色曲线分别为天线高度为1km、3km、6km时，雷达的探测距离值。
气象雷达选址要求主要探测方向上的遮挡物，对雷达天线的遮挡仰角不应大于0.5°，其它方向的挡角不应大于1°[4]。根据地物阻挡图和等射束高度图即可直观的判断出低角度盲区，为建站提供依据。
由于机场气象雷达周围往往都有较多的建筑物，从而导致雷达在做低仰角观测时，近距离的地物杂波强烈影响气象回波的观测，716雷达设置的盲区为2公里，雷达体制将两公里以内的回波屏蔽掉，所以建站时考虑雷达规定最小距离盲区以外的地址。
3 小结
综上所述，雷达的盲区以及盲区的大小，直接影响着气象雷达对民航飞行中的重要位置的天气目标测量，因此天气雷达应该被安装在能够最大限度的探测天气要素的地方。通过对雷达盲区的研究，为气象雷达选址提供了理论依据。
参考文献
[1] 机场多普勒气象雷达选址的探讨，伍建强.
[2] 气象雷达原理，焦中生、沈超玲.
[3] 安徽四创电子股份有限公司 716A-43，雷达技术说明书.
[4] 新一代天气雷达选址规定，中国气象局.
[关键词]气象雷达、盲区、选址、民用航空
中图分类号：F840.61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）28-0315-01
1 前言
由于灾害天气可能出现在任何地方，机场气象雷达应安装在能够观测到对飞机安全影响最重要的区域。
机场民航空管进近区域主要分为三个航段：起始进近航段，中间进近航段和最后进近航段。飞行器从中间航段就开始调整高度和速度，使其能与最后航段的高度和速度衔接，最终将速度降到最后进近速度的范围，以完成最后的着陆。当飞机在最后进近航段时，其速度与飞机失速的速度已非常接近。以C类飞机为例，最后进近速度与失速的速度差的最小值约为12m[1]，因而在进近的过程中遭遇微下击暴流、低空风切变等天气是非常危险的。上述的这个距离范围大约为（距离机场跑道50M--100KM的范围），这个范围是要求气象雷达能够准确测量的范围。
2 民航气象雷达盲区的评估方法
雷达盲区是指处于雷达有效作用距离范围内而又探测不到目标的区域。在实际工作中，目前由于技术上以及环境情况复杂的原因，气象雷达总是会存在探测不到气象要素的空间范围。气象雷达的盲区按其所处位置和形成的原因不同，可以分为：最小作用距离以内盲区、最大不模糊距离盲区、大气波导效应导致的盲区、最低角度盲区（周围建筑物高度的影响），其中对民用航空气象雷达较为关键的是最小作用距离以内盲区、最大不模糊距离盲区和最低角度盲区，下面将通过对这三种盲区进行分析研究，来确定气象雷达的有效工作范围。
2.1 最小作用距离盲区
雷达最小作用距离是表示雷达探测最近物标距离，在此距离内的区域为雷达最小作用距离盲区[2]。理论上，当雷达天线较低时，物标始终处在雷达波束照射内时，雷达最小作用距离取决于脉冲宽度的大小：
（1）
式中：Dmin --雷达最小作用距离；
C --雷达波传播速度（3×108m/s）；
τ --雷达脉冲宽度；
t --雷达收发开关实际恢复时间（单位为us）。
从式（1）中可以看出，脉冲宽度τ越窄，收发开关恢复时间t越短，雷达的最小作用距离就越小，盲区范围就越小，雷达探测最近物标的能力就越好。
目前使用的国产安徽四创716气象雷达的脉冲宽度τ是1.0us[3]，由于现在的雷达一般采用铁氧体环行器，射频收发开关采用铁氧体环形器其回复时间t可以约为0。根据式（1）可以计算出716气象雷达的最小作用距离为150米。
2.2 最大作用距离盲区
雷达的最大作用距离[2]是指雷达的最大不模糊距离，该距离主要与雷达的脉冲重复频率有关，其计算公式为：
（2）
式中：Dmax --雷达最大作用距离；
C --雷达波传播速度（3*108m/s）；
T --雷达脉冲重复周期。
以716雷达为例，该雷达的脉冲重复频率为240HZ[3]，根据式（2）计算得出，Dmax为625KM。因此单从雷达的理论作用距离来分析雷达的探测范围为150M--625KM。
2.3 低角度盲区
天气雷达对近地的天气目标存在盲区，主要是由于地物阻挡掩盖雷达信号的缘故。气象雷达的俯仰扫描角度一般在-2。～+90。的范围，然而在较低角度扫描时，雷达的地物杂波回波强度较大，对雷达的回波判断产生较大的影响，目前预报员通常使用俯仰角度2°以上的角度，来进行天线因素的扫描。
考虑地球曲率和大气折射的影响，标准大气时的雷达测高公式[4]可以得到：
（3）
式中：为阻挡仰角，单位为度。h为天线离地面的高度，H为阻挡地物的高度， R为测站到地物的斜距，单位均为km。根据测得地物的H和R，由计算出阻挡仰角值。令H=1km、3km、6km，根据计算出的阻挡仰角，由式（3）可计算不同方位的雷达探测距离R。
（1）绘制地物阻挡角图
气象雷达选址时，利用测绘局提供的候选站附近的地物分布地图数据，在地图上以侯选站址为中心，距测站100km范围内每隔10km描一个同心距离圈，从正北开始，以5°为单位画出径向线，找出各个方向中地物的高度H及该地物离测站的斜距R。
地物阻挡仰角的制作方法：以测站为中心，制作6个同心圆，由外向内依次标为0°（忽略负仰角）、1°、2°、3°、4°、5°（阻挡高于5°以5°计）。根据公式（4）计算得到的仰角，將各个方位最大阻挡仰角顺次连接，得到地物阻挡图[4]。如图1所示，蓝色曲线即为所在方位的最大阻挡仰角。通过该图，便可直观的看出该测站是否满足选址对地物阻挡仰角的要求。
（2）计算各方向上指定高度的雷达探测距离
绘制1km、3km、6km等射束高度图，确定各方向上指定高度的雷达探测距离。根据式（5），以测站为中心，半径分别为100km、200km、300km、400km绘制同心圆，在图上依次标出规定高度的雷达探测距离，而后顺序连线。1km、3km、6km等射束高度图[4]如图2所示。蓝色、红色、黑色曲线分别为天线高度为1km、3km、6km时，雷达的探测距离值。
气象雷达选址要求主要探测方向上的遮挡物，对雷达天线的遮挡仰角不应大于0.5°，其它方向的挡角不应大于1°[4]。根据地物阻挡图和等射束高度图即可直观的判断出低角度盲区，为建站提供依据。
由于机场气象雷达周围往往都有较多的建筑物，从而导致雷达在做低仰角观测时，近距离的地物杂波强烈影响气象回波的观测，716雷达设置的盲区为2公里，雷达体制将两公里以内的回波屏蔽掉，所以建站时考虑雷达规定最小距离盲区以外的地址。
3 小结
综上所述，雷达的盲区以及盲区的大小，直接影响着气象雷达对民航飞行中的重要位置的天气目标测量，因此天气雷达应该被安装在能够最大限度的探测天气要素的地方。通过对雷达盲区的研究，为气象雷达选址提供了理论依据。
参考文献
[1] 机场多普勒气象雷达选址的探讨，伍建强.
[2] 气象雷达原理，焦中生、沈超玲.
[3] 安徽四创电子股份有限公司 716A-43，雷达技术说明书.
[4] 新一代天气雷达选址规定，中国气象局.