A320系列飞机气象雷达系统介绍及机组操作建议
日期：09-08-13 14:09:51 作者：邵川（机务部技术科）郭振宇（机务部技术科）
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：
1.对降水目标的探测
机载气象雷达所探测的降水目标，如雷如、冰雹、雪等，它们属于导电的水物质，对雷达辐射的射频脉冲电磁波除一部分能量被吸收、损耗和散射外，均能被有效地反射回雷达天线。而反射的强弱与气象目标含水量的多少有关，所以，天线接收的回波经雷达接收机处理后，在显示器上用不同的颜显示出雷雨的强弱，被测目标的距离由电磁波从发射到接收所用的时间来确定。
气象雷达能探测到的目标有： 1.雷雨
2.潮湿的冰雹和湍流
3.冰晶、干燥的冰雹、干燥的雪（回波弱）
气象雷达不能探测到的目标有：1.云、雾或风
2.洁净空气的湍流
3.沙尘暴
4.闪电
2. 对湍流的探测
　气象雷达采用每组多个脉冲来探测湍流。由于湍流相对于飞机有速度的变化，根据多普勒频移原理，接收信号的频率相对于发射信号的频率产生偏移，利用接收回波信号频率的变化来探测湍流。
3.对风切变的探测
风切变是在很短的距离范围内，风速或风向，或两者一起发生急剧变化。它可以在很大区域内发生，并伴有狂风暴雨，或者只在一个很小区域内发生，特别是在接近地面的高度发生时，对飞机的起飞和着陆造成严重的威胁，如图2-2所示：
图2-2
在飞行中，驾驶员需要尽快、尽早知道飞机航路上风切变的存在，以采取措施保障飞行安全。
对风切变的探测可应用多普勒原理来实现。当飞机强顶风时，产生正的多普勒频移，而逆风会产生负的多普勒频移，如果在一个很短的距离范围内探测到有非常明显的正的和负的风速变化，则可断定为风切变。
三、气象雷达信息的显示
1. 气象信息及湍流的显示
显示器上的气象雷达数据显示飞机前方的气象和地形信息。颜显示气象或地形回波信号的强弱。这四中颜用于气象雷达显示，如图3-1所示：
①绿：轻度气象条件；②黄：中度气象条件；③红：重度气象条件；
④深红：湍流（气象雷达系统只在40NM内计算和显示湍流）
图3-1
2. 风切变信息的显示
在风切变工作方式时,雷达天线只扫描120° (±60 °).此时,天线从右至左扫描处理气象信息,从左至右扫描处理风切变信息,而且只有40海里、±30 °之内的风切变目标才被显示出来。
风切变的位置根据相对于飞机纵轴的方位和机头的距离而确定。根据风切变的位置不同，风切变警告可以分为三类：咨询（Advisory）、警戒（Caution）、警告（Warning）。图3-2所示分别为飞机在起飞和进近期件不同类型风切变警告的分布情况。
图3-2
tilt
当有第二级风切变警戒时，除了在显示器上有显示外，还会有语音警告：“Monitor Radar Display”（监控雷达显示器）；当有第三级风切变警告时，语音警告：“Windshear Ahead”（前方有风切变）或“Go-Around，Windshear Ahead”（复飞，前方有风切变），这时在PFD上还会有红的“WINDSHEAR”文字显示。
四、我公司A320系列飞机气象雷达种类介绍
1. 第一种型号:HONEYWELL RTA-4B
B-6256，B-6285和B-6300飞机机载气象雷达收发机是HONEYWELL公司件号为：066-50008-0405的气象雷达收发机（带有风切变探测功能），其控制面板如图4-1所示：
图4-1
①系统选择：
这个开关选择控制一部雷达或两部雷达工作。（对于B-6256、6285飞机都只装有一部气象雷达，SYS开关2不可用，B-6300飞机有两套雷达SYS开关2可用）
②增益选择旋钮（GAIN）
这个旋钮用来调节雷达在气象模式中（WX），或者在地面地图模式中（MAP）的接收机灵敏度。雷达厂家推荐将旋钮选择在CAL位，它调节增益至一个校准值。
③模式选择旋钮
WX（气象模式）：用来探测航路上的气象信息，在ND上用不同彩代表 所含降雨水的密度(黑代表强度最低，随着密度的逐渐增加，分别用绿，琥珀，红来表示)。
WX+T (气象方式+紊流)：用来探测航路上的气象信息和紊流，在屏幕仅仅以洋红显示(降雨范围)中的紊流区域(40 海里以内)。
TURB(紊流) ：屏幕仅仅显示紊流区域。
MAP(地图) ：雷达在地图模式中工作：黑代表水，绿代表地面，琥珀代表城市和山区。
④扫描倾斜角度选择旋钮（TILT）
用来调节雷达工作时雷达天线的俯仰角度，分为向上（UP）和向下（DN）。
⑤预测性风切变系统（WINDSHEAR）
AUTO（自动）：预测性风切变被激活：即使系统开关在OFF位，天线在无线电高度2300英尺以下仍然进行扫描以探测风切变区域，如果高度低于1500英尺，它还会显示在ND上。
OFF（关断）：关闭预测性风切变功能。
2. 第二种型号:COLLINS公司 WXR-701X
B-2340，B-2341，B-2342，B-2293，B-2286，B-6025，B-6026，B-6257，B-6049和B-2348飞机机载气象雷达收发机是COLLINS公司件号为：622-5132-120的气象雷达收发机（无风切变探测功能），其控制面板如图4-2所示：
图4-2
①系统选择（SYS）：
这个开关选择控制一部雷达或两部雷达工作。（对于上述飞机都只装有一部气象雷达，SYS开关2不可用）
②增益选择旋钮（GAIN）
这个旋钮用来调节雷达在气象模式中（WX），或者在地面地图模式中（MAP）的接收机灵敏度。雷达厂家推荐将旋钮选择在CAL位，它调节增益至一个校准值。
③模式选择旋钮（MODE）
WX（气象模式）：用来探测航路上的气象信息，在ND上用不同彩代表 所含降雨水的密度(黑代表强度最低，随着密度的逐渐增加，分别用绿，琥珀，红来表示)。
WX+T (气象方式+紊流)：用来探测航路上的气象信息和紊流，在屏幕仅仅以洋红显示(降雨范围)中的紊流区域(40 海里以内)。
TURB(紊流) ：屏幕仅仅显示紊流区域。
MAP(地图) ：雷达在地图模式中工作：黑代表水，绿代表地面，琥珀代表城市和山区。
④扫描倾斜角度选择旋钮（TILT）
用来调节雷达工作时雷达天线的俯仰角度，分为向上（UP）和向下（DN）。
⑤地面杂波抑制开关（GND CLTR SPRS）
ON（开）：抑制屏幕上的地面杂波。
OFF（关）：关闭地面杂波抑制功能。
3. 第三种型号：COLLINS公司 WXP-701X
B-2370，B-2371，B-2373，B-2397，B-6027和B-6295飞机机载气象雷达收发机是COLLINS公司件号为：622-5132-622的气象雷达收发机（带风切变探测功能），其控制面板如图4-3所示：
图4-3
①系统选择（SYS）：
这个开关选择控制一部雷达或两部雷达工作。（对于上述飞机都只装有一部气象雷达，SYS开关2不可用）
②增益选择旋钮（GAIN）
这个旋钮用来调节雷达在气象模式中（WX），或者在地面地图模式中（MAP）的接收机灵敏度。雷达厂家推荐将旋钮选择在CAL位，它调节增益至一个校准值。
③模式选择旋钮（MODE）
WX（气象模式）：用来探测航路上的气象信息，在ND上用不同彩代表 所含降雨水的密度(黑代表强度最低，随着密度的逐渐增加，分别用绿，琥珀，红来表示)。
WX+T (气象方式+紊流)：用来探测航路上的气象信息和紊流，在屏幕仅仅以洋红显示(降雨范围)中的紊流区域(40 海里以内)。
TURB(紊流) ：屏幕仅仅显示紊流区域。
MAP(地图) ：雷达在地图模式中工作：黑代表水，绿代表地面，琥珀代表城市和山区。
④扫描倾斜角度选择旋钮（TILT）
用来调节雷达工作时雷达天线的俯仰角度，分为向上（UP）和向下（DN）。
⑤地面杂波抑制开关（GND CLTR SPRS）
ON（开）：抑制屏幕上的地面杂波。
OFF（关）：关闭地面杂波抑制功能。
⑥预测性风切变系统（WINDSHEAR）
AUTO（自动）：预测性风切变被激活：即使系统开关在OFF位，天线在无线电高度2300英尺以下仍然进行扫描以探测风切变区域，如果高度低于1500英尺，它还会显示在ND上。
OFF（关断）：关闭预测性风切变功能
4. 第四种型号:COLLINS公司WXR2100(MULTISCAN)
对于2004年10月(B-6043以后)后引进的飞机机载气象雷达收发机是COLLINS公司件号为：822-5132-120的双波束全自动气象雷达（带风切变探测功能）。这种雷达的主要特点有：
1.双波束扫描并自动的调节俯仰角和增益，上面的波束扫描中距离的气象目标，下面的波束扫描远距离和近距离的气象信息。
2.将扫描到的信息存到计算机中，根据机组选择在ND上显示范围的不同，将气象图形进行处理或叠加，同时去除地面杂波，得到最优化的气象图形。如图4-4所示：
这种气象雷达的控制面板如图4-5所示：
①系统选择（SYS）：
这个开关选择控制一部雷达或两部雷达工作。（对于上述飞机都只装有一部气象雷达，SYS开关2不可用）
②增益选择旋钮（GAIN）
这个旋钮用来调节雷达在气象模式中（WX），或者在地面地图模式中（MAP）的接收机灵敏度。雷达厂家推荐将旋钮选择在CAL位，它调节增益至一个校准值。
③模式选择旋钮（MODE）
WX（气象模式）：用来探测航路上的气象信息，在ND上用不同彩代表所含降雨水的密度(黑代表强度最低，随着密度的逐渐增加，分别用绿，琥珀，红来表示)。
WX+T (气象方式+紊流)：用来探测航路上的气象信息和紊流，在屏幕仅仅以洋红显示(降雨范围)中的紊流区域(40 海里以内)。
TURB(紊流) ：屏幕仅仅显示紊流区域。
MAP(地图) ：雷达在地图模式中工作：黑代表水，绿代表地面，琥珀代表城市和山区。
④扫描倾斜角度选择旋钮（TILT）
用来调节雷达工作时雷达天线的俯仰角度，分为向上（UP）和向下（DN）。注意：在自动模式下工作时，俯仰倾斜角度控制是不起作用的。在ND上显示的倾斜角度值为上下波束倾斜角度的平均值。
⑤多波束扫描（ MULTISCAN ）
MAN（人工）：开关打到MAN位，人工方式进行多波束扫描，需要人工选择增益和调节天线俯仰角。
AUTO（自动）：开关打到AUTO位，气象雷达以自动方式进行多波束扫描，不需要人工选择增益和调节天线俯仰角。
⑥地面杂波抑制开关（GCS）
ON（开）：抑制屏幕上的地面杂波。
OFF（关）：关闭地面杂波抑制功能。
⑦预测性风切变系统（WINDSHEAR）
AUTO（自动）：预测性风切变被激活：即使系统开关在OFF位，天线在无线电高度2300英尺以下仍然进行扫描以探测风切变区域，如果高度低于1500英尺，它还会显示在ND上。
OFF（关断）：关闭预测性风切变功能。
五、气象雷达机组操作建议
对气象雷达的理解和使用主要包括天线俯仰角、显示范围、增益和雷达工作模式
几个方面：
1. 天线俯仰角
①雷达图象显示被波束扫到的目标而非飞机正前方的气象，如图5-1所示：
②最佳的天线俯仰角应该使ND雷达图象上缘显示部分地面回波，可用GCS功能抑制杂波(COLLINS 雷达)，如图5-2所示：
③雷暴的底部反射强,顶部反射弱。经常调整天线角度以监视雷暴的发展并获得最佳的雷暴单体回波，如图5-3所示：
2.扫描距离圈
①通常提前40海里决定避开的天气目标，如图5-4所示：
②巡航时，PNF选择160海里范围（或以下），PF选择80海里（或以下），图5-5所示：
③时常调节距离圈，避免“盲谷”效应。所谓“盲谷”是指气象雷达是利用电磁波遇到障碍物反射回来的强弱来描述气象信息的强弱,图中黑区域(HONEYWELL/COLLINS)和黄线(仅COLLINS)是因为雷达波束无法穿透前面的气象目标或穿透后波束衰减严重,无法准确地探测后面的气象目标，如图5-6所示：
3. 增益调节
①增益调节旋钮的自动（AUTO）或校准（CAL）位是观察气象目标的最佳设定位。
②人工增益调节用于深入分析气象目标，分析结束后必须放回CAL（AUTO）位。
③当需要判断气象目标强弱时，机组可以慢慢减小雷达增益并观察ND上气象目标的颜变化，气象目标的颜变化会随着雷达增益的减小由红变为黄再变为绿，最后ND上仍为红或最后变为黄的气象目标就是能量最强的气象目标。（如图5-7所示）
④由于气象雷达对湍流的探测不随增益变化， 通过减小增益能有助于判断湍流；有助于区分多个气象目标。
⑤当飞机高高度飞行时，由于高空水汽凝结反射率小，机组可以适当增加增益来判断气象目标轮廓及面积。
六、总结
综上所述，机组要想充分利用气象雷达,必须掌握正确的使用方法和理解显示目标特点，同时机组对雷达知识的了解程度和经验, 会影响他们的判断，因此不同的机组对同样的显示会有不同的理解和判断。
客观上讲，我公司A320系列飞机目前存在四种不同厂家、类型的雷达，给机组人员操作带来一定影响，需要机组和维护人员进一步认识各种雷达的特性，从而更有效率地使用好机载雷达设备。
附：机务部夏季雷达故障预防措施
1.加强雷雨季节前的检查。在夏季来临之前，机务部在飞机换季检查工作单中都要纳入所有飞机雷达罩的湿度和雷达系统的普查内容。在雷达罩和机身之间有一密封胶带，由于胶带老化，容易发生破损，导致进水。另外在日常维护中加强检查，提前更换新的封条或对破损处用胶修补来杜绝湿气对雷达的影响，防患于未然。
2.显示器超温对雷达显示有影响。对于这一点我们可以从两个方面加以改进。其一：加强对显示器和气象雷达收发机通风口的检查，避免由于显示器和收发机散热不好而超温，从而导致图像丢失。其二：采用发热很低的显示器——液晶显示器。这从我机队中2004年后新进的飞机上已全面采用，而不是使用旧系列的CRT显示器。
3.加强部件装配检查。在这一点上，一定要加强检查。在雷达系统中，波导管与天线驱动器之间以及天线驱动器和天线之间均有塑料薄膜，在安装时一定要检查其有无损坏，防止风尘、杂物进入其间而影响雷达功效。
4.由于我公司A320系列飞机雷达型号较多，涉及2个厂家的4种产品，为了机组能了解和掌握不同产品之间的显示和操作差异，机务部曾先后多次邀请两个厂家的技术代表到公司向飞行员讲解产品的差异和特点，并将讲解过程录制下来制作成光盘供机组参考。