曝光台 注意防骗
网曝天猫店富美金盛家居专营店坑蒙拐骗欺诈消费者
flying bird target t rails and correlative information are ext racted f rom avian radar image sequences collected
during outfield experiment s , which verify the feasibility of bird detection with radar , and some prospect of
algorithm improvement for reducing false alarm and missing alarm is proposed af ter an analysis of different
experimental result s.
Key words : birds ; radar cross section ; radar ; detection ; false alarm
早期利用雷达探测空中目标时,人们将那些
不存在明显反射源的回波信号称为“仙波”,其实
这些“仙波”通常是由飞鸟产生的[1 ] 。尽管来自一
只鸟的回波很小,但如果距离足够近或者雷达的
探测能力足够强,它仍能被检测到。对于探测目
标不是飞鸟的雷达系统,“仙波”干扰了雷达的正
常工作,属于杂波,需要从雷达回波中滤除。近几
十年来,随着鸟击(飞机撞鸟) 事件的频繁发生,鸟
击防范成为民航界关注的重大课题,“仙波”由杂
波变为探测对象,雷达探鸟作为飞鸟探测的主要
技术手段已发展成雷达领域重要的研究方向[2 ] 。
国外成熟的机场雷达探鸟系统包括加拿大Sicom
Systems 公司开发的Accipiter 系统和美国De2
Tect 公司开发的Merlin 系统。鸟击风险与鸟的
质量有关,中、大型鸟和鸟群对飞行安全的威胁最
大,其雷达散射截面(Radar Cross Section ,RCS)
也较大,更易于被雷达系统发现。本文基于鸟类
目标散射特性分析,介绍了雷达探鸟实验涉及的
关键技术。
1 鸟类目标散射特性分析
人们针对鸟类目标进行了大量暗室测量实
验,认为鸟的RCS 与其质量和电磁波的工作波
长存在一定联系。在S 波段,质量70 g 的欧椋
鸟的平均RCS 为10 cm2 ,而质量1 000 g 的野鸭
的平均RCS 为100 cm2 [ 3 ] 。鸽子在U HF 波段具
第7 期陈唯实等:基于鸟类目标散射特性分析的雷达探鸟实验
有11 cm2 的平均RCS ,在S 波段为80 cm2 ,在X
波段为15 cm2 [4 ] 。此外,鸟的雷达回波由其翅膀
扇动形成周期性变化。翅膀扇动引起10 dB 的
RCS 起伏是很平常的,有时候会发现单只被跟踪
鸟在翅膀扇动率上的RCS 起伏为30～40 dB[5 ] 。
翅膀扇动频率的一个估计由f = 572/ L01827 给出, f
为翅膀扇动频率, Hz ; L 为翅膀长度,mm[6 ] 。另
外,同一只鸟处于不同状态时(迁徙或觅食) ,因飞
行方式不同,其RCS 也有变化。
可见,鸟类作为复杂的生物体,其精确建模非
常困难,目前国内外尚无相关报道。鸟体重的
65 %由水形成,水是一种具有较大介电常数的物
质,可以形成相对较大的回波反射率,普遍认为鸟
类目标RCS 主要是由其体内的水反射形成的,因
此水球建模是一种常见的理论近似方法[7 ] 。但该
方法过于粗糙,且对于许多鸟和工作波长来说,水
球模型处于谐振区甚至瑞利区,其计算值起伏太
大,不适于工程应用。因此,工程上通常基于大量
实验测量数据给出计算单只鸟RCS 的近似统计模
型为[8 ]
σ =
0155W1/ 3λ λ/ W1/ 3 < 514
2 512W2λ- 4 λ/ W1/ 3 > 514
(1)
式中:W 为鸟的质量,g ;λ为波长,cm。统计模型
的计算结果基于大量实验数据,更符合鸟类RCS
的平均统计特性,适于估计各种鸟RCS 值的量级
范围。
鸟群对雷达的影响与其总体RCS 有关,根据
鸟群的规模,可以推算出其RCS。最简单的情况
是,假设鸟之间的距离足够大,且分布和取向随
机,忽略单只鸟之间的互耦,用鸟的数量乘以单只
鸟RCS。表1[5 ] 给出了一些代表性的鸟群在一个
很广的区域内的外场RCS 测量值σ, 密度和体积
反射率η等数据,适用频率从S 波段到X波段。可
见,迁徙鸟群的总体RCS 通常大于1 m2 。因此在
工程应用中,从S 波段到X波段,单只鸟通常具有
1～100 cm2 的平均RCS ,其中:小鸟RCS 约5 cm2 ,
中鸟RCS 约50 cm2 ,大鸟RCS 约100 cm2 。
表1 鸟群目标散射特性[ 5]
Table 1 Scattering characteristics of bird flock targets[ 5]
鸟的类型影响区域/ km2 鸟的数量鸟的密度/ (只·m- 3) σ/ m2 η/ cm - 1
较低山谷中的山鸟105 108 10 - 6 5～50 10 - 11～10 - 10
单个栖息的山鸟103～104 107 10 - 6～10 - 5 5～50 10 - 11～10 - 9
海岸区乌鸦、欧鸟、鹅和鸭103 104～106 10 - 9～10 - 6 10～500 10 - 13～10 - 9
加利福尼亚海岸迁徙的海鸥103 > 106 10 - 5 50～500 10 - 9～10 - 8
佐治亚海岸的角嘴海雀10 105 10 - 4 50～500 10 - 9～10 - 8
美国湾海岸的涉水鸟105 106 10 - 9 50～500 10 - 13～10 - 12
美国洛杉矶山脉东部迁徙鸟107 109 10 - 7 1～50 10 - 13～10 - 12
非洲草原群体繁殖的奎利亚雀2 > 107 10 - 2 5～50 10 - 7～10 - 6
2 雷达探鸟实验系统
北京航空航天大学与中国民用航空总局航空
安全技术中心和北京首都国际机场合作,搭建了
雷达探鸟实验系统,为我国的雷达探鸟和鸟击防
范研究迈出了重要一步。下面分别从系统结构、
系统探测性能分析和数据处理方法3 个方面对该
系统进行介绍。
211 系统结构
本实验系统配备了一部峰值功率6 kW 的X
波段海事雷达(Model 1941 Mark22) ,垂直波束的
宽度为22°,水平波束的宽度小于119°; 天线为
112 m 的波导缝隙T 型天线,转速为24 r/ min ;脉
冲重复频率为1～2 kHz ,脉宽为0108～0130μs。
在外场实验中,将雷达固定在梯形支架上,并架
设于小型轿车顶部进行水平扫描,距地面2～
3 m ,由蓄电池进行供电,如图1 (a) 所示。该雷
达获取的探鸟雷达平面位置指示( Plane Position
Indicator ,PPI) 图像通过图像采集卡(帧/ 21 5 s)
中国航空网 www.aero.cn
航空翻译 www.aviation.cn
本文链接地址：
鸟击资料2(106)
