机场后向散射式能见度仪测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及机场能见度测量系统，特别是一种机场后向散射式能见度仪测量 系统。
【背景技术】
[0002] 能见度（Visibility)是首先为了气象目的而定义的通过人工观测者定量估计的 量，以这种方式进行的观测曾被广泛地采用。能见度观测主要受制于悬浮在大气中的固体 和液体微粒引起的大气消光系数；消光主要由光的散射而非吸收所造成。其估计值依从于 个人的视觉和对可见的理解水平而变化，同时受光源特征和透射因数的影响。因此，能见度 的目测估计值都是主观的。但是基本的气象量，即大气透明度，可以客观的进行测量，并用 气象光学视程（MOR)表示，可以用仪器方法测量消光系数从而计算得出。使用固定的仪器 是在消光系数与距离相互独立的假设基础上的。目前，一些仪器直接测量衰减，另一些仪器 测量光的散射，均用以得出消光系数。其中，能见度测量仪主要包括大气透射仪，前向散射 式能见度仪。其中，大气透射仪在使用的过程中由于基线不变，且基线较短，不适于机场跑 道这种基线较长的测量环境，所以导致对机场能见度测量准确性不高。前向散射仪的采用 两点采样，其采样空间小，导致其应用于机场跑道能见度测量的准确性也欠佳。急需一种适 用于机场跑道视程，保证测量准确性的能见度测量系统。
【发明内容】
[0003] 本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种机场后向散射式能见度仪 测量系统，其适于较长基线的能见度测量，同时采样空间大，从而在很大程度上提高能见度 测量的准确性。
[0004] 本实用新型解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
[0005] 一种机场后向散射式能见度仪测量系统，其特征在于：包括后向散射式能见度测 量模块、背景亮度测量模块、跑道灯光模块及控制模块构成，后向散射式能见度测量模块与 背景亮度测量模块放置于机场跑道的一端，后向散射式能见度测量模块通过RS485或LAN 接口连接至控制模块，后向散射式能见度测量模块输出大气消光系数，背景亮度测量模块 通过RS485或LAN接口连接至控制模块，背景亮度测量模块用于输出跑道背景光亮度，跑道 灯光模块输出跑道光强至控制模块。
[0006] 而且，所述的背景亮度测量模块采用维萨拉LM21背景亮度传感器。
[0007] 而且，所述的跑道灯光模块采用灯台或灯光站。
[0008] 而且，所述的后向散射式能见度测量模块采用后向散射式能见度仪。
[0009] 本实用新型的优点和有益效果为：
[0010] 1、本机场后向散射式能见度仪测量系统，跑道视程（RVR)的计算建立在柯西米德 定律和阿罗德定律基础之上，昼间使用柯西米德定律计算跑道视程RVR，夜间及跑道灯打开 的情况下使用阿罗德定律来计算跑道视程RVR，采用后向散射式能见度测量仪，不同接收点 的误差相对固定，在机场进行RVR测量更加精确。
[0011] 2、本机场后向散射式能见度仪测量系统，昼间使用柯西米德定律计算跑道视程 RVR，柯西米德定律可表示为：
[0012] ε =e_〇v (I)
[0013] 式中，ε为视觉对比感阈，ICAO推荐ε =0.05,可得到气象光学视距（MOR)，也即 昼间RVR :
[0014] F = --=- ⑵ σ σ
[0015] 通过后向散射式能见度仪（LIDAR)获得大气消光系数σ，即可获得昼间RVR。
[0016] 3、本机场后向散射式能见度仪测量系统，夜间及跑道灯打开的情况下使用阿罗德 定律来计算跑道视程RVR，在大气消光系数为 〇的大气中，光强为I的光源在距离光源处产 生的照度为E，即为阿罗德定律。据此推导出的能见度可表示为：
[0017] E = yre σν (3)
[0018] 式中，E是照度阈值，I为已知的光强等级，〇是消光系数，V为跑道视程，照度阈 值E不是一个常数，而是根据背景亮度B连续变化的函数，可用经验公式表示为：
[0019] IogE = 0. 571og (B) +0. 05 [log (B) ] 2-〇. 66 (4)
[0020] 公式⑷中，背景亮度B是通过背景亮度传感器（BLS)测量得到，单位是cd/m2,因 此，通过后向散射式能见度测量模块获得消光系数σ值，根据背景亮度传感器获得照度阈 值Ε，并结合已知的机场跑道助航灯光强度I，即可获得夜间RVR。
【附图说明】
[0021] 图1是本实用新型的系统结构示意图（立体图）；
[0022] 图2为本实用新型的原理流程图。
[0023] 附图标记说明：
[0024] 1-机场跑道、2-塔台或灯光站、3-控制单元、4-维萨拉LM21背景亮度传感器、 5_后向散射式能见度仪。
【具体实施方式】
[0025] 下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是示范描述性的 说明，不是限定性的文字，不能以此限定本实用新型的保护范围。
[0026] 一种机场后向散射式能见度仪测量系统，其包括后向散射式能见度测量模块、背 景亮度测量模块、跑道灯光模块及控制模块构成。后向散射式能见度测量模块与背景亮度 测量模块放置于机场跑道的一端，后向散射式能见度测量模块通过RS485或LAN接口连接 至控制模块，后向散射式能见度测量模块输出大气消光系数，背景亮度测量模块通过RS485 或LAN接口连接至控制模块，背景亮度测量模块用于输出跑道背景光亮度，跑道灯光模块 输出光强等级至控制模块。
[0027] 背景亮度测量模块采用维萨拉LM21背景亮度传感器。跑道灯光模块采用灯台或 灯光站。后向散射式能见度测量模块采用后向散射式能见度仪。
[0028] 在机场跑道1的接地端或者终止端安装一后向散射式能见度仪5和维萨拉LM21 背景亮度传感器4,如图1。后向散射式能见度仪（LIDAR)的探测距离为2km左右，测量范 围满足国内绝大多数的机场跑道需求。后向散射式能见度仪（LIDAR)测量的大气消光系数 数据及维萨拉LM21背景亮度传感器（BLS)测量的背景光强度，通过RS485或LAN接口传送 到控制单元。跑道灯光强度依据光强等级作为已知量，由塔台或灯光站2发送给控制单元 3的主控计算机。这些数据经主控计算机处理后得到跑道视程（RVR)。
[0029] 跑道视程（RVR)的计算建立在柯西米德定律和阿罗德定律基础之上。昼间使用柯 西米德定律计算跑道视程（RVR)。
[0030] 对以水平天空为背景的黑色目标物，假设大气均一，即大气消光系数σ为常数， 目标物与背景的亮度对比随距离的变化规律即为柯西米德定律。柯西米德定律可表示为：
[0031] ε = e… (1)
[0032] 式中，ε为视觉对比感阈。ICAO推荐ε = 0.05,可得到气象光学视距（MOR)，也 即昼间RVR :
[0033] F = --= - (2) σ σ
[0034] 因此通过激光雷达能见度仪获得大气消光系数〇即可获得昼间RVR。
[0035] 夜间及跑道灯打开的情况下使用阿罗德定律来计算跑道视程（RVR)。在大气消光 系数为σ的大气中，光强为I的光源在距离光源处产生的照度为E，即为阿罗德定律。据此 推导出的能见度可表示为：
[0036] E = -χ e (3) V~
[0037] 式中，E是照度阈值，I为已知的灯光强度，〇是消光系数，V为跑道视程。
[0038] 照度阈值E不是一个常数，而是根据背景亮度B连续变化的函数，可用经验公式表 示为：
[0039] IogE = 0. 571og (B) +0. 05 [log (B) ] 2-〇. 66 (4)
[0040] 其中，背景亮度B是通过背景亮度传感器测量得到，单位是cd/m2。
[0041] 因此，通过激光雷达能见度仪获得消光系数σ值，根据背景亮度传感器获得照度 阈值Ε，并结合已知的机场跑道助航灯光强度I，即可获得夜间RVR。
[0042] 尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以 理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可 能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
【主权项】
1. 一种机场后向散射式能见度仪测量系统，其特征在于：包括后向散射式能见度测量 模块、背景亮度测量模块、跑道灯光模块及控制模块构成，后向散射式能见度测量模块与背 景亮度测量模块放置于机场跑道的一端，后向散射式能见度测量模块通过RS485或LAN接 口连接至控制模块，后向散射式能见度测量模块输出大气消光系数，背景亮度测量模块通 过RS485或LAN接口连接至控制模块，背景亮度测量模块用于输出跑道背景光亮度，跑道灯 光模块输出跑道光强至控制模块。
2. 根据权利要求1所述的机场后向散射式能见度仪测量系统，其特征在于：所述的背 景亮度测量模块采用维萨拉LM21背景亮度传感器。
3. 根据权利要求1所述的机场后向散射式能见度仪测量系统，其特征在于：所述的跑 道灯光模块采用灯台或灯光站。
4. 根据权利要求1所述的机场后向散射式能见度仪测量系统，其特征在于：所述的后 向散射式能见度测量模块采用后向散射式能见度仪。
【专利摘要】本实用新型涉及一种机场后向散射式能见度仪测量系统，其包括后向散射式能见度测量模块、背景亮度测量模块、跑道灯光模块及控制模块构成，后向散射式能见度测量模块与背景亮度测量模块放置于机场跑道的一端，后向散射式能见度测量模块通过RS485或LAN接口连接至控制模块，后向散射式能见度测量模块输出大气消光系数，背景亮度测量模块通过RS485或LAN接口连接至控制模块，背景亮度测量模块用于输出跑道背景光亮度，跑道灯光模块输出光强等级至控制模块。本机场后向散射式能见度仪测量系统，跑道视程的计算建立在柯西米德定律和阿罗德定律基础之上，采用后向散射式能见度测量仪，不同接收点的误差相对固定，在机场进行RVR测量更加精确。
【IPC分类】G01N21-53
【公开号】CN204575535
【申请号】CN201520193735
【发明人】熊兴隆, 李猛, 蒋立辉, 台宏达
【申请人】中国民航大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月2日