晴空和濕性大氣中飛機尾流雷達(dá)散射特性的研究.pdf

1、飛機尾流是飛機飛行時產(chǎn)生的一對相對旋轉(zhuǎn)的空氣漩渦，具有空間尺度大、持續(xù)時間久、強度大等特征，是影響飛行安全的重要因素。航空業(yè)的快速發(fā)展和緊急情況下戰(zhàn)機的快速起降對飛機尾流實時監(jiān)視與預(yù)警提出了巨大需求。本文圍繞飛機尾流雷達(dá)探測需求，研究晴空、云霧以及降雨條件下飛機尾流的雷達(dá)散射特性。論文的主要研究工作包括：
　　首先，從方法論層面研究了飛機尾流雷達(dá)散射特性的度量方法。在系統(tǒng)研究現(xiàn)有三種度量方法（體散射率度量、線散射率度量、RCS直接

2、度量）代表性研究的基礎(chǔ)上，深入剖析了三種度量方法的物理概念基礎(chǔ)、技術(shù)路線、優(yōu)勢和局限，進(jìn)而研究了三種度量方法間的相互轉(zhuǎn)化、內(nèi)在關(guān)系，并在全面比較的基礎(chǔ)上給出了各種度量方法適用場合的建議。
　　其次，研究了晴空飛機尾流的雷達(dá)散射特性。在晴空飛機尾流動力學(xué)特性建模的基礎(chǔ)上，通過數(shù)值求解對流擴散方程模擬了飛機尾流的演化，結(jié)合Born近似和數(shù)值積分方法計算得到了尾流的線散射率。在此過程中，提出了一種新的變網(wǎng)格計算方法，修正了前人工作中不區(qū)

3、分動力學(xué)特性計算網(wǎng)格和電磁散射特性計算網(wǎng)格而導(dǎo)致的高估尾流散射的問題。
　　再次，研究了云霧中飛機尾流的雷達(dá)散射特性。在對飛機尾流中云霧粒子空氣動力學(xué)特征建模的基礎(chǔ)上，揭示了尾流中云霧滴的“弱慣性”運動特性，得到了云霧滴在尾流中的分布。進(jìn)一步，結(jié)合云霧滴的電磁散射特性，研究了云霧中飛機尾流的可探測性，給出了典型雷達(dá)分辨率、觀測角下的尾流速度譜特性。針對機場安全應(yīng)用，提出了雷達(dá)上視探測時的云霧中飛機尾流環(huán)量反演算法，討論并評估了雷達(dá)

4、位置、分辨單元、速度模型等因素的影響，仿真表明，算法穩(wěn)健有效。
　　最后，研究了雨中飛機尾流的雷達(dá)散射特性。提出了在平穩(wěn)降雨區(qū)域中瞬時加載尾流場的雨中尾流動力學(xué)特性演化模型，揭示了尾流速度場對其中雨滴的“聚集”和“稀疏”效應(yīng)。進(jìn)一步，給出了雨中尾流的多普勒譜和掃描探測下的 RHI圖，并與美國FFA雷達(dá)實驗探測得到的RHI圖進(jìn)行了對比驗證。針對機場安全應(yīng)用，提出了雷達(dá)上視探測時雨中尾流的環(huán)量反演算法，并進(jìn)行了仿真驗證。
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