MPAR | 民用气象雷达实现飞机监视功能

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本文是《多功能相控阵雷达既用来监视，又是天气雷达》的后半部分，来确定需要多少台多功能雷达来实现当前运行的雷达网络所提供的空域覆盖范围？

为了实现这个目标，开发了一个三维数据库CONUS，定义了考虑的每个监视功能当前的覆盖能力：在途飞机、终端区域的飞机、全国范围的气象和终端区域的气象。对于每个网格点，确定是否有适当的雷达提供空域覆盖，如果有，可提供什么样的灵敏度和空间分辨率。在此分析中，高分辨率的数字地形海拔数据（DTED）用来说明地形的影响。


上图比较了现有运行的雷达网络和MPAR网络概念在地平面以上1000英尺的空域覆盖范围。由图可以看出覆盖区域差异很小，MPAR能够达到甚至超过目前雷达测量能力，包括水平或者垂直分辨率，最小可探测的目标横截面，以及更新率。但有一个例外，如前所述，相对于现有的TDWR，补盲MPAR对极小截面的风切现象不敏感。

本节的分析没有试图全面的考虑实际运行的雷达站点的选择。然而，它足以支撑这样的论点，大幅减少提供必要的天气和飞机监视能力所需的雷达总数是可能的。目前，由500多部雷达提供的服务可以用不到300部MPAR来实现。此外，利用单一架构的雷达来替换现有的多种不同类型的雷达，将大大减少后勤和维护成本。


上图描述了必要的多功能雷达的主要子系统。包含T/R组件的有源阵列被分割成多个“子阵”，由模拟电路控制。每个子阵都有一个数字输入/输出端口，从而能够利用整个阵列孔径生成合适的发射波束方向图以及较窄的接收波束簇。利用合适的多普勒滤波器、参数估计算法以及目标跟踪算法对每个接收波束进行后处理。


因此，需要考虑的关键技术包括：T/R组件、重叠子阵波束合成器、数字波束形成、飞机后处理、气象后处理等。

下一代多功能相控阵雷达（MPAR）具有高质量的气象和主要飞机监视能力。作者乐观地认为，关键技术的持续发展将使得MPAR在技术上和经济上能够有效替代当前的雷达网络。

关键的运行考虑是未来在美国空域主要雷达飞机监视功能所扮演的角色。空管系统正逐步转向协同监视技术（二次或者“信标”雷达和/或依赖于GPS的监视）。

然而，很可能总是需要备用的主要监视雷达来处理控制空域中可能出现的不遵守规定的入侵者。DoD和DHS依赖于FAA的一次雷达作为空域监视活动的主要输入。在可预见的未来，似乎非常有可能需要一种类似的能力。


在任何场景下，一个运行中的气象雷达网络仍然是一个国家重要的观测系统。注意到气象监视对于功率孔径和角度分辨率的要求明显超过飞机监视。因此，MPAR使得未来的气象雷达网络以不太多的成本额外提供高质量的飞机监视服务。

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