基于3D技術(shù)的機(jī)載氣象雷達(dá)系統(tǒng)的使用及維護(hù)研究

聞東海 趙玉強(qiáng) 黃興龍 張德昇

摘要：

氣象雷達(dá)系統(tǒng)能夠幫助飛行員提前預(yù)測(cè)前方的天氣狀況，有效避開前方的降雨區(qū)，同時(shí)幫助飛行員探測(cè)前下方的地形，對(duì)于飛行安全具有重要意義。因此，研究機(jī)載氣象雷達(dá)的使用方法就變得非常重要。3D技術(shù)能以更形象的方式把相關(guān)的技術(shù)細(xì)節(jié)呈現(xiàn)出來(lái)，因此，研究基于3D技術(shù)的機(jī)載氣象雷達(dá)的使用及維護(hù)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：

3D技術(shù);雷達(dá)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：

TP274

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：

A

文章編號(hào)：

1672-9129（2020）15-0069-01

1機(jī)載氣象雷達(dá)功能簡(jiǎn)介

機(jī)載氣象雷達(dá)的主要功用是探測(cè)飛機(jī)前方的氣象情況，向機(jī)組提供充填有水分的氣象形成物的平面位置顯示圖像，以便機(jī)組選擇安全的航線避繞各種危險(xiǎn)的氣象區(qū)域。正是由于飛機(jī)能探測(cè)前方一定距離的危險(xiǎn)天氣，因此它能夠使飛行員進(jìn)行提前繞飛的操作。機(jī)載氣象雷達(dá)的另一功能是觀察飛機(jī)前下方一定范圍內(nèi)的大概的地形地貌。適當(dāng)向下傾斜氣象雷達(dá)的天線，可以提供主要的地形特征顯示，例如：河流、面積較大的湖泊、海岸線等。該功能可以用來(lái)輔助導(dǎo)航。由于氣象雷達(dá)的測(cè)量原理是依靠回波，如回波的強(qiáng)度太弱，則不能在顯示屏上進(jìn)行正確的顯示，因此它對(duì)山峰、相遇飛機(jī)的探測(cè)能力和所顯示的相應(yīng)圖像及位置的準(zhǔn)確程度，均不能滿足地形回避和防撞要求，因此，一般情況下飛行員不應(yīng)把氣象雷達(dá)的回波圖像作為地形避讓以及和空中飛機(jī)防撞的依據(jù)。

2機(jī)載氣象雷達(dá)的使用

機(jī)載氣象雷達(dá)系統(tǒng)主要由天線，收發(fā)機(jī)，控制盒，顯示器組成。而現(xiàn)代飛機(jī)一般將氣象信息的顯示集成到EFIS中來(lái)顯示，因此現(xiàn)代飛機(jī)不設(shè)專門的氣象雷達(dá)顯示器。氣象模式（WX）為機(jī)載氣象雷達(dá)最基本的工作模式。當(dāng)需要探測(cè)前方的天氣狀況時(shí)，雷達(dá)工作于該模式時(shí)，需要將雷達(dá)控制盒上的工作模式旋轉(zhuǎn)到WX位，此時(shí)，天線波束在飛機(jī)前方及其左右兩側(cè)的扇形區(qū)域內(nèi)往復(fù)掃描。地圖模式（MAP）可以反映飛機(jī)前下方地面的地形輪廓圖象，雷達(dá)工作于該模式時(shí)，需要將雷達(dá)控制盒上的工作模式旋轉(zhuǎn)到MAP位，呈現(xiàn)在熒光屏上的是飛機(jī)前下方地面的地表特征，諸如山峰、河流、湖泊、海岸線、大城市等的。這種模式應(yīng)將雷達(dá)天線朝下調(diào)整一定角度。湍流探測(cè)模式（TURB），能用紫色或白色圖象顯示出前方危險(xiǎn)的湍流區(qū)域。但很多控制盒不單獨(dú)設(shè)TURB模式，而是設(shè)置了氣象與湍流模式（WX/T），該模式需要將雷達(dá)控制盒上的工作模式旋轉(zhuǎn)到WX/T位，能同時(shí)顯示湍流區(qū)域和天氣狀況，由于飛行員不可能提前預(yù)測(cè)前方的危險(xiǎn)到底是湍流還是雷雨等，因此最常用的模式為WX/T，可以把二者都測(cè)出來(lái)。

另外，增益一般調(diào)到AUTO位，有些沒有AUTO位的控制盒可調(diào)到CAL位。而氣象雷達(dá)的俯仰角度的選擇需要按工作模式、飛行階段、所選擇的顯示距離等因素進(jìn)行調(diào)節(jié)。起飛前需要將天線上揚(yáng)角度基本與飛機(jī)爬升角度一致。爬升時(shí)逐漸減少上揚(yáng)角度。巡航時(shí)先要調(diào)好測(cè)試距離，然后上調(diào)天線使得地面雜波剛好在顯示器的正下方。下降時(shí)要逐步上調(diào)仰角防止大量的地雜波顯示。

3機(jī)載氣象雷達(dá)的維護(hù)

在地面維護(hù)氣象雷達(dá)時(shí)，應(yīng)盡量使雷達(dá)工作于自檢模式。在需要使雷達(dá)工作于發(fā)射模式時(shí)，應(yīng)將天線俯仰旋鈕調(diào)至上仰位置，以盡量避免天線波束照射近處地面目標(biāo)。可以利用的BITE進(jìn)行測(cè)試，具體測(cè)試安裝手冊(cè)步驟進(jìn)行。但有些時(shí)有時(shí)無(wú)的故障不容易發(fā)現(xiàn)，可以進(jìn)行加高壓測(cè)試，讓系統(tǒng)處于高壓狀態(tài)不少于半小時(shí)。

4基于3D技術(shù)的機(jī)載氣象雷達(dá)的維護(hù)

傳統(tǒng)的維護(hù)是基于工作人員經(jīng)驗(yàn)以及技術(shù)手冊(cè)來(lái)進(jìn)行，規(guī)模較大的技術(shù)公司由于人員儲(chǔ)備充足，沒有任何問(wèn)題。但是對(duì)一些中小技術(shù)公司和航空公司，由于成本的原因，更推薦使用一些新技術(shù)來(lái)加強(qiáng)維護(hù)實(shí)力。使用3D技術(shù)來(lái)進(jìn)行機(jī)載氣象雷達(dá)的維護(hù)是一個(gè)很好的應(yīng)用實(shí)例。

基于3D技術(shù)的一個(gè)VR軟件的開發(fā)過(guò)程包含了分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和測(cè)試等階段，該軟件開發(fā)過(guò)程的研究主要始于軟件需求分析，經(jīng)過(guò)軟件設(shè)計(jì)、軟件實(shí)現(xiàn)，終于軟件測(cè)試。機(jī)載氣象雷達(dá)所處環(huán)境是需要制作的，這樣將會(huì)使得整個(gè)維修過(guò)程的模擬內(nèi)容更具有真實(shí)性，也更加的吸引人。音源就像現(xiàn)實(shí)世界里的一個(gè)喇叭或者一個(gè)音響輸出器一樣，可以在場(chǎng)景中任意位置安裝發(fā)聲裝置，它播放著音頻片段AudioClip。發(fā)出的聲音將輸出到聲音監(jiān)聽器audiolistener。在機(jī)房模擬時(shí)，對(duì)于聲音的具體發(fā)出地感受并不明顯，由于相機(jī)自帶AudioListener組件，所以我們選擇在相機(jī)上添加音源。因此在一個(gè)場(chǎng)景中，我們只要添加一個(gè)音源給相機(jī)攜帶的AudioListener組件，并導(dǎo)入相關(guān)音頻文件，設(shè)置音頻播放片段，這樣就能實(shí)現(xiàn)創(chuàng)作，而對(duì)于聽到的聲音強(qiáng)弱和效果，則根據(jù)修改AudioListener組件下參數(shù)來(lái)決定。

本文簡(jiǎn)述一個(gè)使用3D技術(shù)建立維護(hù)軟件的流程。在3DMAX、Maya等建模軟件中，根據(jù)雷達(dá)系統(tǒng)各部件的實(shí)物的照片和尺寸完成相應(yīng)的建模，再導(dǎo)入到Unity中進(jìn)行編輯。如后續(xù)需要添加新的模型，則需要再次搜集數(shù)據(jù)，在建模軟件中做好模型，再導(dǎo)入到Unity中進(jìn)行編輯與設(shè)計(jì)。

收集整理日常各種維修工作中設(shè)備的擺設(shè)、流程順序、所需要用到的各種工具、更換備用的零部件的外形和尺寸。根據(jù)這些收集的資料，制作相應(yīng)的3D模型，導(dǎo)入到Unity軟件中。在Unity軟件中搭建出與現(xiàn)實(shí)一致的場(chǎng)景，設(shè)計(jì)出維修中的交互流程邏輯，最后通過(guò)穿戴的硬件設(shè)備完成交互操作。

參考文獻(xiàn)：

[1]機(jī)載氣象雷達(dá)的原理及常見故障分析[J].袁艷良.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào).2017（30）

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