机载前视气象雷达增强型目标检测关键技术研究

Airborne forward-looking weather radar (WXR) is absolutely necessary and recommendedly installed for all civil airplanes, which can be used to detect the hazardous area. However, the windshear with presence of stronger clutter and the turbulent with low SNR can't be effectively detected by current WXR, and also the precipitation types can't be classified. Radar with polarization and phased array can indicate the multi-dimensional characteristics of the meteorological phenomena in depth. The polarimetry and phased array have been used to acquire enhanced situational awareness abroad. In this project, the key techniques to enhance the performance of WXR with polarimetry and phased array will be developed, and the research contents include windshear detection with the condition of stronger clutter, adaptive turbulent detection with low SNR and advanced precipitation detection. WXR is a high degree of integration of multidisciplinary cross-cutting areas, covering the airborne radar, meteorology, aerodynamics and avionics. The project will promote the development of the theory and techniques related to WXR. In addition, the research will be helpful for the manufacture development of the domestic and military WXR, onboard radar maintenance equipment.

为了感知飞行航路上的各种危害气象，民航飞机一般会装备机载前视气象雷达。但现有机载气象雷达不能有效地检测强杂波背景下的低空风切变和低信噪比的湍流，并且不能区分降水类型。多极化和相控阵能够提供气象目标的多维度特征，国外已着手研究利用多极化和相控阵体制实现增强型的气象目标检测技术。本项目重点研究机载前视气象雷达增强型目标检测所面临的技术难题，研究内容包括强杂波背景下的低空风切变检测、低信噪比的湍流检测和增强型降水目标检测等。机载气象雷达是一个涉及机载雷达、气象学、空气动力学、航空电子系统等多学科交叉的领域。本项目的研究不仅能推动机载气象雷达相关理论和技术的发展，有关成果还可以为国产化机载气象雷达、军机气象雷达和机载气象雷达维修测试设备等的研制提供技术支撑。

为了感知飞行航路上的各种危害气象，民航飞机一般会装备机载前视气象雷达。但现有机载气象雷达不能有效地检测强杂波背景下的低空风切变和低信噪比的湍流，并且不能区分降水类型。多极化和相控阵能够提供气象目标的多维度特征，国外已着手研究利用多极化和相控阵体制实现增强型的气象目标检测技术。. 本项目重点研究机载前视气象雷达增强型目标检测所面临的技术难题，主要研究内容包括机载气象雷达回波高保真仿真，增强的低空风切变检测方法，增强的湍流检测方法和增强的降水目标检测技术等四个方面。. 机载气象雷达回波高保真仿真方面，分别实现了单天线体制下、相控阵体制下和双极化体制下的低空风切变，降水目标和地杂波等多类型目标的高保真仿真方法。. 增强的低空风切变检测方面，从引入相控阵体制的新一代机载气象雷达入手，针对强杂波背景下的低空风切变检测和参数估计展开研究，提出了多种低空风切变风速估计的新方法。. 增强的湍流检测方面，针对低信噪比下大气湍流的检测估计，利用相控阵体制的机载气象雷达检测大气湍流，增加空间采样数据以获得气象目标的空时二维谱，实现了多种湍流检测技术的新方法。. 增强的降水目标检测方面，通过引入双极化信息，为机载气象雷达实现精细的降水目标分类和精确的雨衰补偿提供了解决办法。针对双线偏振雷达所处的不同探测环境，分别提出了无杂波和有杂波情况下的降水粒子分类方法。针对双偏振雷达的衰减特征，提出了一种基于粒子滤波的反射率衰减订正方法和基于Kalman-Particle滤波（K-P滤波）的高精度反射率衰减订正方法。. 本项目共发表学术论文60篇，其中SCI检索17篇，SCI待检1篇，EI检索33篇，EI待检6篇，授权国家发明专利5项，公开发明专利8项。