METHOD FOR DETECTING ICING ZONES IN THE TAKE-OFF AND LANDING SECTORS OF AIRCRAFT IN A METEOROLOGICAL RADAR COMPLEX
Способ обнаружения в метеорологическом радиолокационном комплексе зон обледенения в секторах взлета и посадки летательных аппаратов

Изобретение относится к способам обработки сигналов в метеорологических радиолокационных комплексах (МРЛК) и может быть использовано для обнаружения зон вероятного обледенения в секторах взлета и посадки летательных аппаратов (ЛА).
Известен способ определения появления гололедно-изморезевых отложений с помощью ледоскопа, состоящего из круглого фанерного диска диаметром 30 см, который можно поднимать и опускать на вертикальной оси, вкопанной в землю, кольца диаметром 20 см, проволки диаметром 0,2-0,3 мм, заключающийся в том, что фанерный диск устанавливается на одном уровне с поверхностью снега для сбора изморози и инея, закрепляют кольцо на стержне на удалении 20 см от верхнего конца стержня для сбора изморози, натягивают проволку между кольцом и верхним концом стержня для наблюдения изморозевых отложений, снимают и взвешивают каждый датчик [1].
Недостатком данного способа является локализация измерений в одной точке, где устанавливается ледоскоп, и отсутствие возможности их пролонгации в пространстве, в том числе в секторах взлета и посадки ЛА.
Известен способ обнаружения в доплеровском метеорологическом радиолокаторе (ДМРЛ-С) зон вероятного обледенения, заключающийся в последовательном азимутальном круговом сканировании атмосферы на нескольких углах места антенны в диапазоне 0-90 градусов, записи данных в каждом наблюдении в выходном «объемном файле», где в сферической системе координат последовательно, для каждого элемента конического сечения сохраняются координаты - дальность, азимут и угол места, а также измеренные характеристики радиоэха, в результате обработки «объемных файлов» строится трехмерная модель облачной атмосферы в полусфере радиолокационного обзора, с помощью которой в соответствии выражением [2]
где
- отношение мощности принятого сигнала к уровню внутреннего шума приемника ДМРЛ-С;
П - метеопотенциал ДМРЛ-С;
θ - ширина луча диаграммы направленности антенны в азимутальной и угломестной плоскостях,
формируются отражаемости атмосферы, представляющие собой набор карт метеорологических характеристик облачности и осадков, по которым оценивается вертикально-интегрированная водность VIL в соответствии с выражением [3]
где
Zi - радиолокационная отражаемость в столбе в i-ом дискрете по высоте;
Δh - шаг по высоте от i-го до i+1 дискрета высоты,
устанавливают пороговое значение величины VIL=0,03 кг/м, при превышении текущего значения VIL его порогового значения принимают решение о наличии обледенения по данным водности метеообразования в высотном слое между изотермами 0° и -15°С, при этом температурный профиль - высоты изотерм определяются путем двухкратного в сутки аэрологического зондирования по данным соседних метеостанций [3].
Недостатком данного способа является низкая эффективность обнаружения зон вероятного обледенения в секторах взлета и посадки ЛА.
Это обусловлено тем, что, во-первых, ДМРЛ-С, как правило, устанавливаются без привязки к аэродромам, следовательно формируют метеопродукты во всей полусфере без детализации в секторах взлета и посадки ЛА, во-вторых, для определения температурного профиля в районе аэродрома используются недостаточно точные данные аэрологического зондирования атмосферы, которые обновляются только дважды в сутки, при этом аэрологическая станция может находиться на удалении десятков-сотен километров от ДМРЛ-С и аэродрома, в-третьих, вертикально-интегрированная водность (выражение (2)) не описывает водность в каждой точке глиссады или траектории набора или снижения высоты.
Цель изобретения - повысить эффективность обнаружения зон вероятного обледенения в секторах взлета и посадки летательных аппаратов.
Для достижения цели с помощью метеорологической радиолокационной станции (МРЛС) ближней аэродромной зоны (БАЗ), входящей в состав метеорологического радиолокационного комплекса (МРЛК) и устанавливаемой непосредственно на аэродроме, в секторе взлета и посадки ЛА осуществляется сканирование атмосферы в азимутальной и угломестной плоскостях, оценивается мощность отраженного сигнала, для каждого импульсного объема вычисляется отражаемость Z атмосферы в соответствии с выражением (1).
пор
1
2
T=0
Далее устанавливают порог отражаемости Z, соответствующий метеопродукту - слабый дождь, при превышении которого величиной отражаемости Z в координатах дальность - азимут фиксируются минимальная и максимальная дальности с высокой отражаемостью с соответствующими высотами H и Н. С помощью теплового профилемера, входящего в состав МРЛК и установленного в точке установки МРЛС БАЗ, измеряется значение высоты нулевой изотермы Н. В [4] показано, что температурный профиль, измеренный в точке установки МРЛС БАЗ при отсутствии прохождения атмосферных фронтов (так как фронтальные зоны характеризуются значительными изменениями температуры воздуха до десятков градусов), может быть пролонгирован на дальность до 10 км, что вполне достаточно для этапов взлета и посадки летательных аппаратов. При одновременном выполнении условий
где
тек
Н - текущее значение высоты полета ЛА в секторе взлета и посадки, принимают решение о том, что на данных высотах с соответствующими дальностями существует зона вероятного обледенения, в противном случае -при невыполнении хотя бы одного из условий (3), принимают решение о том, что на данных высотах с соответствующими дальностями отсутствует зона вероятного обледенения.
Новыми признаками, обладающими существенными отличиями, являются следующие.
1. Установка МРЛС БАЗ и теплового профилемера, входящих в состав МРЛК, непосредственно на аэродроме.
1
2
2. Фиксация минимальной и максимальной дальности с высокой отражаемостью с соответствующими высотами H и Н.
T=0
3. Измерение значения высоты нулевой изотермы Н с помощью профилемера, установленного в точке установки МРЛС БАЗ.
4. На основе анализа выполнений условий (3) принятие решения о существовании или отсутствии зоны вероятного обледенения.
Данные признаки обладают существенными отличиями, так как в известных способах не обнаружены.
Применение всех новых признаков позволит с высокой эффективностью обнаружить зоны вероятного обледенения в секторах взлета и посадки летательных аппаратов.
На рисунке 1 приведена блок-схема МРЛК, в состав которого входят МРЛС БАЗ, тепловой профилемер и вычислитель, реализующий предлагаемый способ, на рисунке 2 - эпюры, поясняющие предлагаемый способ на примере захода летательного аппарата на посадку.
Способ обнаружения в метеорологическом радиолокационном комплексе зон обледенения в секторах взлета и посадки летательных аппаратов осуществляется следующим образом (рисунок 1).
МРЛК в составе МРЛС ближней аэродромной зоны, теплового профилемера и вычислителя, устанавливается непосредственно на аэродроме. В секторе взлета и посадки (рисунок 2) осуществляется сканирование атмосферы в азимутальной и угломестной плоскостях. В МРЛС (рисунок 1) оценивается мощность отраженного сигнала и для каждого импульсного объема в вычислителе вычисляется отражаемость Z атмосферы в соответствии с выражением (1).
пор
1
2
1
2
Зона с высокой отражаемостью локализуется в вычислителе в координатах дальность - азимут порогом Z=20 дlBZ (слабый дождь), при превышении которого в вычислителе фиксируются (рисунок 2) минимальная D и максимальная D дальности с высокой отражаемостью с соответствующими высотами H и Н.
T=0
С помощью теплового профилемера измеряется значение высоты нулевой изотермы Н. В вычислителе (рисунок 1) осуществляется анализ выполнения условий (3). При одновременном выполнении условий (3) принимают решение о том, что на данных высотах с соответствующими дальностями существует зона вероятного обледенения, в противном случае - при невыполнении хотя бы одного из условий (3), принимают решение о том, что на данных высотах с соответствующими дальностями отсутствует зона вероятного обледенения.
Таким образом, применение предлагаемого способа позволит повысить эффективность обнаружения зон вероятного обледенения в секторах взлета и посадки летательных аппаратов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Руководство по метеорологическим приборам и методам наблюдений ВМО №8, 2008 г. Обновлено в 2010, 2014 (аналог).
2. Методические указания по производству метеорологических радиолокационных наблюдений на ДМРЛ-С на сети. СПб.: РосГидроМет, 2013, 164 с.
3. Временные методические указания по использованию информации доплеровского метеорологического радиолокатора ДМРЛ-С в синоптической практике. Вторая редакция. М.: РосГидроМет, 2017. 121 с. (прототип).
4. Болелов, Э.А., Васильев, О.В., Галаева, К.И. Пространственная изменчивость профиля температуры воздуха в районе аэродрома. Научный вестник ГосНИИ ГА, №29 (340), М.: 2019, с. 146-154.