CN110426709A - 一种机载气象雷达空域自适应扫描控制方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种机载气象雷达空域自适应扫描控制方法，所述方法包括：获取载机的航向相关的信息；当载机处于固定的航向时，气象雷达控制波束在方位全角度扫描范围内扫描；当载机的航向改变时，在调整的方位角度扫描范围内执行雷达扫描，所述调整的角度扫描范围在角度上小于全角度扫描范围，并且波束在远离载机转向的方向上减小角度扫描范围；当载机处于固定航向时，显示并记录在全角度扫描范围内由气象雷达探测的气象信息；当载机的航向改变时，显示调整的扫描范围内由气象雷达探测的当前气象信息，并且使用存储的气象信息投影调整后不在扫描范围内的被截断部分区域的气象信息；其中，该扫描范围之外的气象信息基于载机的航向变化率和所记录的气象信息来计算。

Description

一种机载气象雷达空域自适应扫描控制方法

技术领域

本发明涉及机载气象雷达的波束扫描控制领域，尤其是涉及基于载机视角的空域自适应的扫描控制方法。

背景技术

用于机载气象雷达自适应扫描控制方法，可以实现气象雷达在整个扫描范围内进行扫描控制调整波束。该算法基于载机航向的姿态角信息，控制气象雷达波束实时调整扫描范围。在载机姿态快速调整时，该算法可根据载机姿态变化趋势，优先增加新进入载机航线空域的波束扫描权重，快速识别新增空域危险气象目标，提高载机规避危险气象目标的能力。

目前国内常用的机载气象雷达空域稳定算法，根据载机姿态角运算，波束方位方向上以固定的扫描范围和扫描速率进行扫描，波束在俯仰方向上指向空域稳定后的预定空域。比如，波束在载机坐标系下以扫描范围±60°和扫描速率30°/s的固定模式进行扫描。正常情况下，波束一个扫描周期为大约为8秒，气象雷达再次刷新某一空域的气象信息不少于8秒。对于提供额外的雷达功能的系统来说，获取载机飞行方向上再次刷新的气象信息周期会更长，可能会达到30秒。

在多数情况下，载机处于固定航向上，气象状况不会以分钟间隔进行变化，雷达的气象信息再刷新周期是可以接受的。当载机的航向正在改变时，固定扫描范围的波束扫描控制方法会在载机航向调整期间留下较大的未探测空域区域。例如，在载机以3°/s的变化转向时，8秒的气象信息再刷新周期可以在转向方向上留下约20度的未探测的区域范围；而30秒的气象信息再刷新周期可以在转向方向上留下约70度的未探测的区域范围。由于转向方向上新进入载机航线视场的气象信息正是飞行员最关心的，为了确定载机航向方向上是什么样的天气，机载气象雷达需要及时探测该区域范围气象信息。按照现有波束指向控制体制，客观上压缩了飞行员对新增空域危险气象目标的预警时间，一旦载机完成转向，飞行员可能会留下很少的时间来应对恶劣气象状况。

发明内容

本发明实现自适应地调整机载气象雷达波束的方位扫描范围，补偿了载机在转向期间的航向变化引起的未探测空域的再刷新延迟时间。本发明基于与载机的航向有关的信息，实现操作雷达以调整的波束方位扫描范围进行扫描。因此，本发明通过减小远离载机转向方向上的气象雷达波束的扫描范围，实现气象雷达系统在载机转向方向上及时获取更多的天气信息。

根据本发明的一个方面，提供了一种机载气象雷达空域自适应扫描控制方法，所述方法包括：获取载机的航向相关的信息；当载机处于固定的航向时，气象雷达控制波束在方位全角度扫描范围内扫描；当载机的航向改变时，在调整的方位角度扫描范围内执行雷达扫描，所述调整的角度扫描范围在角度上小于全角度扫描范围，并且波束在远离载机转向的方向上减小角度扫描范围；当载机处于固定航向时，显示并记录在全角度扫描范围内由气象雷达探测的气象信息；当载机的航向改变时，显示调整的扫描范围内由气象雷达探测的当前气象信息，并且使用存储的气象信息投影调整后不在扫描范围内的被截断部分区域的气象信息；其中，该扫描范围之外的气象信息基于载机的航向变化率和所记录的气象信息来计算。

根据一个实施例，所述载机的航向相关的信息包括载机航向的改变速率和载机转向的预定的持续时间。

根据一个实施例，波束在载机坐标系下以扫描范围±60°和扫描速率30°/s的固定模式进行扫描。

根据一个实施例，在载机转向时，波束向与转向方向相反的方向扫描时，在达到方位全角度之前换向。

根据一个实施例，在载机转向时，波束向与转向方向相反的方向扫描时，在达到-60°之前换向。

本发明创造相对于现有技术的有益效果：

本发明减少了载机转向方向上的气象雷达未探测空域的范围，提高了气象雷达系统的性能以及向飞行员提供相关空域气象信息的能力，最大限度地提前通知飞行员感兴趣空域的气象状况。本发明还使得气象雷达除了常规的气象探测之外还可用于其他任务场景，例如风切变检测和湍流探测等其他类型的分析，并且在载机转向时不会由于气象信息显示再刷新周期增加而留下大片的未及时探测气象信息的空域。

本发明最适用于机载气象雷达的气象探测的多任务场景中，也可以应用于其它平台雷达的波束自适应扫描中。

参考附图，根据以下对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。

附图说明

图1是载机转向前根据现有技术的气象雷达显示的示意图；

图2是在载机转向一段时间后根据现有技术的气象雷达显示的示意图；以及

图3是在载机转向一段时间后根据本发明的气象雷达显示的示意图。

具体实施方式

以下，参考附图描述根据本发明的实施例，但是应当理解，以下的描述仅仅是示例性的，并且不是要将本发明限制到以下实施例。

根据本发明的方法和设备易受许多变化的影响，为了清楚而简要的描述，方法和设备的许多描述被简化了。许多描述使用了特定标准的结构和术语。然而，所公开的方法和设备可以更广泛地应用。

本领域的技术人员将理解，结合此处公开的实施例所描述的各种示例性的逻辑框、模块、单元和算法步骤可以经常被实施为电子硬件、计算机软件或两者的结合。为了清楚地示出硬件与软件的这一互换性，以下对于各种示例性的组件、框、模块和步骤就其功能进行了整体的描述。这样的功能被实施为硬件还是软件，取决于施加在系统整体上的具体的约束。技术人员可以对于各个具体的系统以不同的方式实施所描述的功能，但这样的实施方式决策不应被解释为导致偏离本发明的范围。此外，单元、模块、框或步骤的功能分组是为了描述简单。具体的功能或步骤可以从一个单元、模块或框移出，而不偏离本发明。

提供对公开的实施方式的以下描述，以使得本领域的任何技术人员能够完成或使用本发明。对这些实施例的各种修改对于本领域的技术人员将是显然的，并且此处所描述的一般原理可以被应用于其它实施例，而不偏离本发明的精神或范围。因此，本技术不限于以下所描述的具体示例。因此，应理解此处给出的说明书和附图代表本发明目前优选的实施方式，并因此代表了由本发明广泛地构想的主题。进一步地，应理解本发明的范围充分地包含其它对本领域的技术人员可能是显然的实施方式，并且因此，本发明的范围只由所附的权利要求限制。

本发明提供了一种机载气象雷达空域自适应扫描控制算法，实现了在对飞行员最有用的空域范围内及时获取气象信息。根据与载机航向有关的姿态信息，调整气象雷达波束的方位扫描范围，即减小远离载机转向的方向上的波束扫描范围，并在载机转向方向上及时获取更多的气象信息。因为载机转向时涉及的时间相对较短，并且由于远离转向的天气信息对于飞行员而言不如转向方向的气象信息那么重要，可以使用存储功能把远离转向方向上未探测的气象信息使用原来记录的气象信息投影覆盖。

具体地，根据本发明的机载气象雷达空域自适应扫描控制算法包括以下内容：

1，当载机处于固定的航向时，气象雷达控制波束在方位全角度扫描范围内扫描；当载机的航向改变时，在调整的方位角度扫描范围内执行雷达扫描，所述调整的角度扫描范围在角度上小于全角度扫描范围。其中载机的航向相关的信息包括载机航向的改变速率和载机转向的预定的持续时间。载机航向的变化与载机的转向相关联，并且波束在远离载机转向的方向上减小角度扫描范围。在本示例性实施例中，载机航向的改变速率和载机转向的预定的持续时间这两个信息是通过从载机惯性导航系统读取的信息。

2，当载机处于固定航向时，显示并记录在全角度扫描范围内由气象雷达探测的气象信息；当载机的航向改变时，显示调整的扫描范围内由气象雷达探测的当前气象信息(如图2中所示的信息)，并且使用存储的气象信息投影调整后不在扫描范围内的被截断部分区域的气象信息。该扫描范围之外的气象信息基于载机的航向变化率和所记录的气象信息来预计和计算。

下面对本发明做进一步详细说明。

根据本发明的机载气象雷达空域自适应扫描控制算法根据与载机航向有关的姿态信息，减小远离载机转向的方向上的波束扫描范围，并在载机转向方向上及时获取更多的气象信息，同时使用记录存储功能把远离转向方向上未探测的空域使用原来的气象信息投影。所述方法包括以下步骤：

步骤1，在载机转向前，当载机处于固定航向时，根据现有技术的气象雷达的显示图如图1。波束在载机坐标系下以扫描范围±60°和扫描速率30°/s的固定模式进行扫描，气象雷达探测的航向方向空域上的气象图案1,2,3,4,5,6,7。正常情况下，波束一个扫描周期为大约为8秒，气象雷达再次刷新某一空域的气象信息不少于8秒。对于提供额外的雷达功能的系统来说，获取再次刷新载机飞行方向空域的气象信息时间会更长。

步骤2，载机航向在以+3°/s(向右)转向约8秒的时间后，根据现有技术的气象雷达的显示图如图2。波束在载机坐标系下以扫描范围±60°和扫描速率30°/s的固定模式进行扫描，由于载机航向的变化，气象雷达探测的航向方向空域上的气象图案显示的位置调整为1,2,3,4,5,6,7。波束在载机坐标系下扫描到﹢60°空域范围时，该空域气象信息再更新显示周期为8秒。因此，在稍小于再更新周期的时间内，区域Ⅰ(在载机的转向方向上)未被扫描探测，并且该区域没有可用的气象信息。更长的显示再更新周期导致更大的未扫描区域Ⅰ，其中持续8秒的再更新周期可形成大约20度的区域Ⅰ，随着再更新周期的增加，未扫描区域Ⅰ的范围进一步增大，持续30秒的再更新周期可形成大约70度的区域Ⅰ。

步骤3，载机航向在以+3°/s(向右)转向略少于8秒的时间后，根据本发明的气象雷达的显示图如图3。根据本发明，载机在转向期间气象雷达波束不会全方位范围扫描，显示的波束扫描探测图案也被修改。考虑到载机正在向右转向，波束向左扫描时，在达到-60°之前(α位置)就提前换向。因此，本发明有效减小了显示图案的再更新周期。与现有技术实现的气象雷达系统显示的图2相比，采用本发明方法的气象雷达系统增加了更新的区域Ⅰ1。如图3所示，这种改进的扫描方法使得飞行员能够提前获取到使用现有技术系统稍后才会被探测到的气象信息7的全部和8，从而增加了飞行员对气象状况7和8的存在而作出及时反应的时间量。

步骤4，为了提供完整的气象雷达显示图3，使用存储记录的气象信息来投影由于在载机转向期间α位置以外未被扫描探测到的空域范围。在图1所示的例子中，由于气象雷达波束在扫描在α位置时换向，图3中包括雷达气象图案1,2,3和4的区域Ⅱ在载机转向期间未被扫描。在载机转向开始前探测到的气象图案1,2,3和4(如图1)记录在存储器中，基于载机的航向信息和位置信息在气象雷达显示图案时投影(如图3)。由于这些气象信息与载机转向方向相反，对飞行员而言，它们的确切位置和大小与载机转向方向上的气象状况相比并不重要。

本发明的一个或多个实施例也可以由读出并执行在存储介质(其也可被更完整地称作‘非瞬时计算机可读存储介质’)上记录的计算机可执行指令(例如，一个或多个程序)以执行上述实施例中的一个或多个实施例的功能和/或包括用于执行上述实施例中的一个或多个实施例的功能的一个或多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))的系统或装置的计算机来实现，以及通过由系统或装置的计算机例如通过读出并执行来自存储介质的计算机可执行指令以执行上述实施例中的一个或多个实施例的功能并且/或者控制一个或多个电路以执行上述实施例中的一个或多个实施例的功能来执行的方法来实现。计算机可以包括一个或多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))并且可以包括用来读出并执行计算机可执行指令的单独计算机或单独处理器的网络。计算机可执行指令可以例如从网络或者存储介质被提供给计算机。存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储装置、光盘(诸如紧凑盘(CD)、数字多用途盘(DVD)或者蓝光盘(BD)^TM)、闪存装置、存储卡等中的一个或多个。

本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释以涵盖所有这些修改以及等同的结构和功能。

Claims (5)

1.一种机载气象雷达空域自适应扫描控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取载机的航向相关的信息；

当载机处于固定的航向时，气象雷达控制波束在方位全角度扫描范围内扫描；

当载机的航向改变时，在调整的方位角度扫描范围内执行雷达扫描，所述调整的角度扫描范围在角度上小于所述全角度扫描范围，并且波束在远离载机转向的方向上减小角度扫描范围；

当载机处于固定航向时，显示并记录在全角度扫描范围内由气象雷达探测的气象信息；

当载机的航向改变时，显示调整的扫描范围内由气象雷达探测的当前气象信息，并且使用存储的气象信息投影调整后不在扫描范围内的被截断部分区域的气象信息；

其中，该扫描范围之外的气象信息基于载机的航向变化率和所记录的气象信息来计算。

2.根据权利要求1所述的机载气象雷达空域自适应扫描控制方法，其中，所述载机的航向相关的信息包括载机航向的改变速率和载机转向的预定的持续时间。

3.根据权利要求1所述的机载气象雷达空域自适应扫描控制方法，其中，波束在载机坐标系下以扫描范围±60°和扫描速率30°/s的固定模式进行扫描。

4.根据权利要求1所述的机载气象雷达空域自适应扫描控制方法，其中，在载机转向时，波束向与转向方向相反的方向扫描时，在达到方位全角度之前换向。

5.根据权利要求3所述的机载气象雷达空域自适应扫描控制方法，其中，在载机转向时，波束向与转向方向相反的方向扫描时，在达到-60°之前换向。