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探鸟雷达:机场“千里眼”,亦是环境“侦察兵”
来源:中国民航网2022-08-16 11:24:00

中国民航报》、中国民航网 胡夕姮报道:鸟击是指航空器起降或飞行过程中与鸟类、蝙蝠等动物相撞的事件。飞机在起飞和降落过程中最容易发生鸟击超过90%的鸟击发生在机场及其附近空域50%发生在30以下的低空仅有1%发生在超过760的高空。根据中国民航的相关规定,在飞机起飞后100以内或进近着陆阶段60以内的机场责任区鸟击事件是鸟击防范的重点。

应运而生的专业探鸟雷达

飞鸟目标属于典型的“低小慢”目标机动性高探测跟踪与识别的难度较大传统的机场鸟情观测主要依靠人工观测次数有限且难以做到全天候数据不间断记录雷达技术在“低小慢”目标探测领域取得了一系列研究成果使其逐渐成为机场鸟情观测的重要手段雷达技术的优点在于不受能见度等因素限制能够全天候记录数据利用探鸟雷达积累的机场周边区域全天候鸟情数据有助于分析留鸟的活动规律指导机场开展科学合理的鸟击防范工作 。

在专业的探鸟雷达出现之前,导航雷达、气象雷达、空管雷达等很早就鸟类活动的相关探测记录,但以上雷达系统探鸟能力有限,仅能探测到规模较大的鸟群。进入21世纪以来,不断涌现专业探鸟雷达,终于实现了对较小区域内单只飞鸟目标的探测与跟踪,比气象雷达更适合机场周边区域的鸟情监视。其中,最具代表性的产品包括美国的Merlin雷达、加拿大的Acipiter雷达、荷兰的Robin雷达以及英国的Aveilant雷达。

这些探鸟雷达能够利用先进的雷达数据处理算法,提取目标的精确位置、速度、航向信息,同时能够将不同扫描周期中的目标状态进行关联,实现每个目标的全生命周期管理,估算出飞鸟目标的不同的飞行状态。后来,随着全固态收发机、相控阵、全息等先进雷达技术的发展,探鸟雷达系统性能逐步提升,开始捕捉目标多普勒信号的细微变化。通过评估飞鸟拍翼的频率和方式,新一代探鸟雷达产品可以区分迁徙鸟、非迁徙鸟、昆虫、无人机等各类目标,甚至可以区分鸟种类。当然,多数机场采取的技术方案将“驱鸟”手段与“探鸟”技术相结合。基于雷达和光电等探鸟技术获取的鸟情信息,提出驱鸟策略,优化驱鸟设备组合方式,能够在一定程度上解决鸟类对驱鸟设备的耐受性问题,改善驱鸟效果。

自主研发的机场探鸟雷达新技术

近年来,由于机场对鸟击防范新技术的迫切需求,国内科研院所相继开展探鸟雷达技术研究,并自主研发多个机场探鸟雷达系统。中国民航科学技术研究院联合北京航空航天大学,在国内率先开展雷达探鸟可行性研究。两方参照Mer- lin雷达的技术体制,搭建探鸟雷达实验系统。该系统对Mer- lin雷达S波段导航雷达的信号与数据处理模块进行了升级改造,将磁控管发射机替换为发射功率较小且可靠性更高的固态发射机,引入脉冲多普勒与脉冲压缩技术,并定制开发了鸟情数据处理与分析软件,实现了雷达观测数据与人工观测数据的有效融合。系统采用“全态势感知”雷达和光学探测设备作为低空目标探测技术手段,拥有监控区域低空运动目标(鸟群或无人机)定位与识别功能,能联动高能声波驱鸟系统等处置已发现的飞鸟。“全态势感知”雷达又称为全息雷达,与传统雷达相比,其主要特点是发射全向或者很宽的波束覆盖探测空域,接收采用同时多波束(DBF)技术,具有探测距离远、辨识能力强、跟踪容量大、抗干扰能力强等技术优势。目前,该系统已经在国内多家机场获得试用,探测性能稳步提升。

在系统应用中,由中国民航科学技术研究院研发的探鸟雷达首先通过全方位监控预警发现可疑目标,进而引导光电探测设备进行目标确认;光电探测系统通过深度学习算法区分飞鸟与其它低空小目标;探鸟雷达显示软件将探鸟雷达获取的目标大小、方位、距离、数量等鸟情信息实时显示在极坐标或机场地图上;机场雷达探鸟与驱赶联动软件基于鸟情信息,实时给出鸟击风险评估结果,发出相应的驱鸟指令,同时评估驱鸟效果并修正驱鸟策略,直至将飞鸟目标彻底驱离危险区域。这套完整的“机场鸟击防范系统解决方案”曾在庆祝中国共产党成立100周年大会上大放异彩,为大会期间的鸟击防范发挥了重要保障作用。

此外,国内其他科研院所在“低小慢”目标探测方面均有大量的技术积累。他们推出的探鸟雷达产品,在探测距离、探测精度、数据更新率等方面较早期产品均有明显提升。其中,中山大学参考Aveilant雷达,研发了基于全固态发射机与数字波束形成(DBF)技术的全息探鸟雷达;北京理工大学将三面相控阵雷达技术应用于探鸟,实现了全空域覆盖的飞鸟目标探测;武汉大学探索外辐射源雷 达探鸟可行性,取得了初步的研究成果。

当前的探鸟雷达技术,已经能够获取较为可靠的全天候机场鸟情数据。因此,机场管理机构可以通过长时间的雷达数据,对一定周期内的鸟类飞行轨迹、飞行高度、飞行方向等数据进行统计,再结合机场鸟情人工调研结果,掌握机场周边留鸟的活动规律及过境候鸟迁徙情况,对相关区域开展生态治理,降低鸟击风险。在鸟类迁徙路线上的机场部署探鸟雷达并进行组网,还有助于提取“大尺度”迁徙路线上的鸟类活动规律,作出有效的鸟类迁徙预警。

责任编辑:孙文瑾 000
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