一种机载气象雷达探测性能试飞验证方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及雷达领域，尤其涉及一种机载气象雷达探测性能试飞验证方法。
【背景技术】
[0002] 机载气象雷达是用于探测云雨状态和其他空中气象要素的机载雷达，能测量和显 示载机前方的雷雨、风暴或湍流区等区域。
[0003] 气象目标随时间发展不断变化，且非人力可控，因此以往机载气象雷达试飞缺少 验证基准(包括：气象目标位置分布、目标中各点雷达回波强度、速度等)，仅能对空中气象 目标探测进行定性检查。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题：提供一种机载气象雷达探测性能试飞验证方法，能够 对机载气象雷达进行试飞验证或校准。
[0005] 本发明的技术方案：一种机载气象雷达探测性能试飞验证方法，包括：
[0006] 试飞中记录机载气象雷达针对空中气象目标的雷达画面；
[0007] 提取地面天气雷达探测的气象目标的位置及该气象目标的雷达回波强度，将所述 气象目标位置及该气象目标的雷达回波强度转换到机载气象雷达坐标系生成基准图；
[0008] 用所述基准图对试飞中记录的机载气象雷达画面进行比对。
[0009] 本发明的有益效果：本发明利用现有气象部门或试验基地架设的地面天气雷达探 测结果，该类地面天气雷达探测精度为〇. IdBz~0. 5dBz，目前机载气象雷达探测精度为 2. 5dBz~5dBz，满足基准精度优于被试系统精度3倍以上的要求。采用地面天气雷达探测 结果为基准，可以对机载气象雷达探测目标位置、强度、形状的准确性进行定量评估，解决 了以往不能定量评估机载气象雷达探测性能的问题，填补了我国机载气象雷达探测性能试 飞验证方法的空白。
【附图说明】
[0010] 图1为本发明一种机载气象雷达探测性能试飞验证方法的流程示意图。
[0011] 图2为图1中步骤102的具体流程示意图。
【具体实施方式】
[0012] 本发明一种机载气象雷达探测性能试飞验证方法，如图1所示，具体包括：
[0013] S101、试飞中记录机载气象雷达针对空中气象目标的雷达画面。
[0014] 记录的气象目标的雷达画面包括气象目标位置以及气象目标的雷达回波强度。所 述雷达回波强度在气象学上使用基本反射率表示，与气象目标单位体积内降水粒子直径6 次方成正比，它的值大小反映了气象目标内部降水粒子的尺度和密度分布，单位为dBz。
[0015] S102、提取地面天气雷达探测的气象目标的位置及该气象目标的雷达回波强度， 将所述气象目标的位置及该气象目标的雷达回波强度转换到机载气象雷达坐标系生成基 准图。
[0016] 地面天气雷达与机载气象雷达使用坐标系不同，导致同一气象目标在地面天气雷 达的坐标值与机载气象雷达的坐标值不同，需要将地面天气雷达探测的气象目标的位置及 其雷达回波强度转换到机载气象雷达坐标系生成包括气象目标位置及其雷达回波强度的 基准图。
[0017] S103、用所述基准图与试飞中记录的机载气象雷达画面进行比对。
[0018] 由于地面天气雷达的探测精度优于机载气象雷达，所以可以用所述基准图验证或 校准机载气象雷达探测气象目标的位置、强度和形状。
[0019] 其中，步骤102如图2所示，具体包括：
[0020] S1021、地面天气雷达探测气象目标，得到所述气象目标在地心直角坐标系中的位 置和雷达回波强度。
[0021] 地心直角坐标系定义为：原点Oe与地球质心重合，Ze轴指向地球北极，X e轴指向 本初子午面（0°经线圈）与地球赤道面的交点，Ye轴垂直于XcAZe平面构成的右手坐标系。
[0022] S1022、将气象目标的位置从地心直角坐标系转换到载机惯性坐标系，得到载机惯 性坐标系下气象目标的位置和雷达回波强度。
[0023] 惯性坐标系定义为：以某一点为原点的地理坐标系，其X轴和Y轴分别指向正北和 正西，（X，Y，Z)符合右手坐标系规则，此种坐标系亦称为北西天坐标系。
[0024] S1023、将载机惯性坐标系下气象目标的位置和雷达回波强度，转换到机载气象雷 达坐标系。
[0025] 机载气象雷达坐标系定义为：以雷达天线中心为坐标原点0,以载机航迹角为方 位角0°、顺时针为正，由方位角A和距离R构成的二维极坐标系。
[0026] 在坐标系转换过程中，气象目标的雷达回波强度不变。
[0027] 在本发明出现以前，现有机载雷达探测领域存在一种认知误区，即，不能用地面天 气雷达的探测结果验证或校准机载雷达探测结果，因为即使针对同一探测目标，由于探测 角度和位置的差异，会导致地面天气雷达与机载雷达探测目标的形状和强度差异太大，二 者不具备可比性，所以目前尚没有有效手段能够对机载气象雷达探测效果进行定量评估。 但是发明人研究发现，针对气象目标（降水、雷暴等）探测的雷达回波强度是与气象目标单 位体积内降水粒子正相关的(现有天气雷达回波强度与气象目标单位体积内降水粒子直径 的6次方成正比)。针对气象目标的雷达回波强度与探测角度、距离无关，完全可以采用地 面天气雷达探测结果为基准，对机载气象雷达探测目标位置、强度、形状的准确性进行定量 评估，通过飞行试验表明，该方法合理、可行。本发明克服了现有技术偏见，填补了我国机载 气象雷达探测性能试飞验证方法的空白，适用于所有带气象探测功能的机载雷达的验证或 校准。
[0028] 下面以一个实施例对本发明技术方案做具体说明：
[0029] 第一步：在试飞空域有积雨云、中等以上降水或雷暴等气象目标时，安排载机在安 全距离外对向气象目标飞行。
[0030] 第二步：记录机载气象雷达画面，记录载机位置(经度、纬度、高程)、航迹角数据。
[0031] 第三步：提取气象目标出现地区的地面天气雷达探测数据，将地面天气雷达探测 的气象目标的位置及其雷达回波强度转换到机载气象雷达坐标系。
[0032] 地面天气雷达探测自身到气象目标的俯仰、方位和距离，根据该地面天气雷达自 身在地心直角坐标系中的坐标参数，计算得到气象目标在地心直角坐标系中的位置（\，\， Zg)。
[0033] 按机载气象雷达画面时刻，提取载机经纬度坐标（B。，L。，H。)，其中，为纬度，L。为 经度，H c为高程，根据公式（1)得到载机在地心直角坐标系中的位置（X。，Yc，Zc)，
【主权项】
1. 一种机载气象雷达探测性能试飞验证方法，其特征在于，包括： 试飞中记录机载气象雷达针对空中气象目标的雷达画面； 提取地面天气雷达探测的气象目标的位置及该气象目标的雷达回波强度，将所述气象 目标位置及该气象目标的雷达回波强度转换到机载气象雷达坐标系生成基准图； 用所述基准图对试飞中记录的机载气象雷达画面进行比对。
2. 如权利要求1所述的一种机载气象雷达探测性能试飞验证方法，其特征在于，提取 地面天气雷达探测的气象目标的位置及该气象目标的雷达回波强度，将所述气象目标位置 及该气象目标的雷达回波强度转换到机载气象雷达坐标系的步骤包括： 地面天气雷达探测气象目标，得到所述气象目标在地心直角坐标系中的位置和雷达回 波强度； 将气象目标的位置从地心直角坐标系转换到载机惯性坐标系，得到载机惯性坐标系下 气象目标的位置和雷达回波强度； 将载机惯性坐标系下气象目标的位置和雷达回波强度，转换到机载气象雷达坐标系。
【专利摘要】本发明涉及雷达领域，提供一种机载气象雷达探测性能试飞验证方法，能够对机载气象雷达进行验证或校准。本发明的技术方案包括：试飞中记录机载气象雷达针对空中气象目标的雷达画面；提取地面天气雷达探测的气象目标的位置及其雷达回波强度，将所述位置和雷达回波强度转换到机载气象雷达坐标系生成基准图；用所述基准图与试飞中记录的机载气象雷达画面进行比对。
【IPC分类】G01S7-40
【公开号】CN104730499
【申请号】CN201310704104
【发明人】涂如欣, 刘选民, 梁相文, 于天超, 崔冰凌, 刘刚利, 杨涛
【申请人】中国飞行试验研究院
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2013年12月19日