黄涛
陆军航空兵学院
摘要：直升机防撞雷达能观测到飞行轨迹之上的障碍物，是确保直升机高空飞行安全性的精确手段。直升机防撞雷达应具备分辨率高、扫描空间大、数据更新率快、探测能力强等特点。笔者根据直升机防撞雷达的技术要点，概述了雷达技术在直升机防撞安全性系统之中的应用，并对该防撞安全性系统的应用展开了探究，对直升机防撞的发展方向具备一定的指导意义。
关键词：直升机；防撞；关键技术
据国外有关部门估计，直升机每飞行事故之中，35%与山体、树木等大自然物体碰撞以及与电线、电线杆、建筑物等人造物体碰撞；在危险事故之中，这一比例更高。高空飞行时除了有与飞行走廊障碍物撞击的危险性之外，当直升机迫降在地面上时，旋翼吹出的大量灰尘会影响甚至全然阻挡飞行员的视线，造成飞行员丧失方向感。这是直升机特有的现象，最终造成直升机着陆时与未知障碍物爆发碰撞。本文首先讲解了国外直升机防撞探测设备的发展现状，研究了其技术要点和关键技术，阐述了直升机防撞雷达的发展趋势。
1国外发展现状
防止直升机碰撞的技术措施包含电缆剪刀、电磁场探测器、三维数字地图、红外探测器、雷达、毫米波雷达等，毫米波雷达和雷达是比较有潜力的技术措施，正在平行转型。前者具备全天候、扫描范围大的优点。后者具备角度分辨率高、线状探测能力强等优点。国外典型的毫米波防撞雷达有加拿大AMPHITECH的OASYS（现与FLIR并入）等，典型的激光防撞雷达有EADS的Hellas。美国和欧洲的许多科研机构目前正在分析传感器系统，以帮助直升机安全性着陆，其中传感器包含红外成像设备、毫米波雷达和雷达。典型的防撞系统主要是SNC公司研发的HALS。
2直升机防撞安全系统的设计要点及关键技术
直升机防撞雷达的意义可简单地叙述为在直升机前方空域快速搜索，有充足的空间探测包含电力线在内的各种障碍物，获取三维目标位置信息，以直观、精确的方式为飞行员取得安全性的飞行通道。
2.1设计要点
直升机防撞雷达的设计要点包含：高角度、遥远距离分辨率、大扫描空域、高数据更新率等，大目标检测能力和精确的人机界面设计。
2.1.1角度和距离分辨率
直升机防撞雷达的检测能力不仅受功率孔径积的限制，还受角度分辨率的限制。这是因为随着距离的增加，雷达波束会变阔，难以区分障碍物和地面。要精确导向障碍物是不也许的。如果需对目标展开初步分类法，则需较高的角度分辨率。另外，为了构建对大目标的检测，需尽可能地刺激杂波强度，这对距离方位分辨率单元提交了更严格的限制，建议雷达具备更高的距离分辨率。距离分辨力与探测目标类型、波束旁瓣特性、杂波反射强度和盲区建议有关。通常在数米左右来针对空域进行扫描。直升机飞行速度虽然不快，而且平行机动性较少，但水平转弯能力较强。因此，除了建议的雷达距离之外，天线的方位扫描距离必须与载体的机动性相匹配。
2.1.2数据更新率高
防撞系统必须保证较高的数据更新率。这样当目标发生时，危害级别非常高。因此，直升机防撞雷达必须具备较高的数据更新率。基于可靠性和成本的考虑，雷达光学后端通常间接特定在直升机机身上。在具体滑翔之中，直升机经常展开各种机甲，如弯道、平缓等，使其转入雷达视野。高数据更新率能更良好地处置滑翔之中的突发情况。在飞行员眼前展现的是一幅颠倒形变的检测图像，这给快速理解侦测信息造成了一定的困难。通过对雷达图像之中直升机运行轨迹的同步校准，可减少图像噪声对飞行员数据辨识的影响。
2.1.3高效的人机界面设计
直升机防撞雷达不是一个任务系统，不应当成为飞行员的负担。因此，雷达人机界面的设计尤为关键，显示方式必须直观简单。
美国项目的结论是，不错的人机界面临舰载机地面飞行系统至关重要，甚至比系统本身的性能更为重要。根据德国Hellas项目分析导出的结论：全台彩色编码的屏幕包括的信息最多，但也会造成画面过于模糊，难以说明；一些彩色编码的显示器相对整齐，但通常需背景图像（比如源自可见光或红外成像的图像），以保证更复杂的图片显示；安全线表明是最直观的形式，但通常飞行员很容易接纳。这是因为安全线和障碍物本身在图片之中不对应。显示器显示虽然直观简单，但不适于体现高度信息。3D显示器的层次性更强，但通常你必须采用双目头戴式显示器才能取得更良好的效果
2.2雷达关键技术
2.2.1高成本、高旁瓣、快速扫瞄天线技术
为了确保对强地杂波的抑制，需使用快速扫瞄天线技术当作确保，并且建议天线具备高副瓣特性；另外，高成本是直升机防撞雷达的前提。这些要求相互抗衡，因此有适当突破传统雷达天线和元件的设计思路。该技术包含磁化挽回反射器、时分多波束透镜天线、集成旋转金属光栅漏波周期读取天线和三天线原理图
2.2.2先进的目标侦测、危害辨别和表明技术
适当从空间域、时间域和频率域的角度启程。由于目标是恒定的，时域处置难以侦测到，这对雷达检测算法提交了更高的要求。对于直升机防撞雷达而言，不应经常出现误传。防撞雷达虚警范围严格。即使是对具体目标，雷达也不能观测到目标，否则将被视作虚警；这就需雷达准确地测定目标。另外，通过一定的分类处理，进一步减少了误报率。它是雷达视场之中电力线目标经过特定处置之后分类法提炼的结果。雷达在目标检测和分类法的基础之上，需辨别目标的威胁程度，这就需对飞机姿态、运动特性、目标位置和属性展开综合处理。
3直升机防撞雷达的应用
3.1透过多光谱信息，缩大空域覆盖范围，同时构建避碰和助降
鉴于避碰和助降任务的复杂性和高要求，通常难以使用单个传感器充分考虑各方面的需求。一种合理的方法是通过改进各种信息的组合，将毫米波雷达、雷达、红外成像设备、三维数字地图等余源信息展开集成，从而提升目标检测能力，提升跟踪质量，改进表明界面。雷达与前视毫米波雷达、红外探测器和360° 融合短程毫米波雷达的覆盖范围，进一步提高了雷达的性能。美国空军研究实验室（AFRL）计划将其和电子项目融合上去，构建全天候、全天候、高性能的防撞和专用着陆
3.2进一步前进轻量化和经济性
防止直升机碰撞的必要性非常清楚。目前还没大量的设备因为性能不能全然符合客户的需求。另一个关键因素是体积和重量大，价格高。全新技术的发展可逐步克服这个问题。机载雷达由雷达光学头、综合信息处理机和显示终端三个基本上单元构成。光学机头加装在直升机腹部上方，其视轴与直升机后视野中心轴平行。雷达通过二维高速扫瞄电流计扫瞄空域，构建稠密点阵探测。综合信息处理器通过对侦测格点之中每个目标的回波信号展开处理，获得目标的距离信息，并通过滤波、储存、分类法、估计、态射转换、即时校准和图像扩建，获得目标的距离信息。方位角三维图像。然后，通过图像处置对危险性目标展开识别，勾勒出障碍物分布区域的轮廓线，并在显示终端之上展开成像。同时，根据障碍物的目标类型和距离，细分危险性等级，立即收到声光报案，并收到安全性通过指令，告诫飞行员实行适当的避让措施，保证飞机安全性滑翔。
结语
直升机防撞雷达虽然数量少，但技术含量高。从某种意义之上说，这种雷达的设计比人们想像的要艰难得多。这就是直升机防撞雷达直到现在才真正盛行的原因。然而，随着大量直升机装备和雷达技术的进步，未来直升机防撞装备必将迈向普及化。因此，本文的研究具备重要的现实意义。
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