機(jī)場(chǎng)后向散射式能見度儀測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及機(jī)場(chǎng)能見度測(cè)量系統(tǒng)，特別是一種機(jī)場(chǎng)后向散射式能見度儀測(cè)量 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 能見度（Visibility)是首先為了氣象目的而定義的通過人工觀測(cè)者定量估計(jì)的 量，以這種方式進(jìn)行的觀測(cè)曾被廣泛地采用。能見度觀測(cè)主要受制于懸浮在大氣中的固體 和液體微粒引起的大氣消光系數(shù)；消光主要由光的散射而非吸收所造成。其估計(jì)值依從于 個(gè)人的視覺和對(duì)可見的理解水平而變化，同時(shí)受光源特征和透射因數(shù)的影響。因此，能見度 的目測(cè)估計(jì)值都是主觀的。但是基本的氣象量，即大氣透明度，可以客觀的進(jìn)行測(cè)量，并用 氣象光學(xué)視程（MOR)表示，可以用儀器方法測(cè)量消光系數(shù)從而計(jì)算得出。使用固定的儀器 是在消光系數(shù)與距離相互獨(dú)立的假設(shè)基礎(chǔ)上的。目前，一些儀器直接測(cè)量衰減，另一些儀器 測(cè)量光的散射，均用以得出消光系數(shù)。其中，能見度測(cè)量?jī)x主要包括大氣透射儀，前向散射 式能見度儀。其中，大氣透射儀在使用的過程中由于基線不變，且基線較短，不適于機(jī)場(chǎng)跑 道這種基線較長的測(cè)量環(huán)境，所以導(dǎo)致對(duì)機(jī)場(chǎng)能見度測(cè)量準(zhǔn)確性不高。前向散射儀的采用 兩點(diǎn)采樣，其采樣空間小，導(dǎo)致其應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)跑道能見度測(cè)量的準(zhǔn)確性也欠佳。急需一種適 用于機(jī)場(chǎng)跑道視程，保證測(cè)量準(zhǔn)確性的能見度測(cè)量系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種機(jī)場(chǎng)后向散射式能見度儀 測(cè)量系統(tǒng)，其適于較長基線的能見度測(cè)量，同時(shí)采樣空間大，從而在很大程度上提高能見度 測(cè)量的準(zhǔn)確性。
[0004] 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] 一種機(jī)場(chǎng)后向散射式能見度儀測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：包括后向散射式能見度測(cè) 量模塊、背景亮度測(cè)量模塊、跑道燈光模塊及控制模塊構(gòu)成，后向散射式能見度測(cè)量模塊與 背景亮度測(cè)量模塊放置于機(jī)場(chǎng)跑道的一端，后向散射式能見度測(cè)量模塊通過RS485或LAN 接口連接至控制模塊，后向散射式能見度測(cè)量模塊輸出大氣消光系數(shù)，背景亮度測(cè)量模塊 通過RS485或LAN接口連接至控制模塊，背景亮度測(cè)量模塊用于輸出跑道背景光亮度，跑道 燈光模塊輸出跑道光強(qiáng)至控制模塊。
[0006] 而且，所述的背景亮度測(cè)量模塊采用維薩拉LM21背景亮度傳感器。
[0007] 而且，所述的跑道燈光模塊采用燈臺(tái)或燈光站。
[0008] 而且，所述的后向散射式能見度測(cè)量模塊采用后向散射式能見度儀。
[0009] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為：
[0010] 1、本機(jī)場(chǎng)后向散射式能見度儀測(cè)量系統(tǒng)，跑道視程（RVR)的計(jì)算建立在柯西米德 定律和阿羅德定律基礎(chǔ)之上，晝間使用柯西米德定律計(jì)算跑道視程RVR，夜間及跑道燈打開 的情況下使用阿羅德定律來計(jì)算跑道視程RVR，采用后向散射式能見度測(cè)量?jī)x，不同接收點(diǎn) 的誤差相對(duì)固定，在機(jī)場(chǎng)進(jìn)行RVR測(cè)量更加精確。
[0011] 2、本機(jī)場(chǎng)后向散射式能見度儀測(cè)量系統(tǒng)，晝間使用柯西米德定律計(jì)算跑道視程 RVR，柯西米德定律可表示為：
[0012] ε =e_〇v (I)
[0013] 式中，ε為視覺對(duì)比感閾，ICAO推薦ε =0.05,可得到氣象光學(xué)視距（MOR)，也即 晝間RVR :
[0014] F = --=- ⑵ σ σ
[0015] 通過后向散射式能見度儀（LIDAR)獲得大氣消光系數(shù)σ，即可獲得晝間RVR。
[0016] 3、本機(jī)場(chǎng)后向散射式能見度儀測(cè)量系統(tǒng)，夜間及跑道燈打開的情況下使用阿羅德 定律來計(jì)算跑道視程RVR，在大氣消光系數(shù)為 〇的大氣中，光強(qiáng)為I的光源在距離光源處產(chǎn) 生的照度為E，即為阿羅德定律。據(jù)此推導(dǎo)出的能見度可表示為：
[0017] E = yre σν (3)
[0018] 式中，E是照度閾值，I為已知的光強(qiáng)等級(jí)，〇是消光系數(shù)，V為跑道視程，照度閾 值E不是一個(gè)常數(shù)，而是根據(jù)背景亮度B連續(xù)變化的函數(shù)，可用經(jīng)驗(yàn)公式表示為：
[0019] IogE = 0. 571og (B) +0. 05 [log (B) ] 2-〇. 66 (4)
[0020] 公式⑷中，背景亮度B是通過背景亮度傳感器（BLS)測(cè)量得到，單位是cd/m2,因 此，通過后向散射式能見度測(cè)量模塊獲得消光系數(shù)σ值，根據(jù)背景亮度傳感器獲得照度閾 值Ε，并結(jié)合已知的機(jī)場(chǎng)跑道助航燈光強(qiáng)度I，即可獲得夜間RVR。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖（立體圖）；
[0022] 圖2為本實(shí)用新型的原理流程圖。
[0023] 附圖標(biāo)記說明：
[0024] 1-機(jī)場(chǎng)跑道、2-塔臺(tái)或燈光站、3-控制單元、4-維薩拉LM21背景亮度傳感器、 5_后向散射式能見度儀。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面通過具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是示范描述性的 說明，不是限定性的文字，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0026] 一種機(jī)場(chǎng)后向散射式能見度儀測(cè)量系統(tǒng)，其包括后向散射式能見度測(cè)量模塊、背 景亮度測(cè)量模塊、跑道燈光模塊及控制模塊構(gòu)成。后向散射式能見度測(cè)量模塊與背景亮度 測(cè)量模塊放置于機(jī)場(chǎng)跑道的一端，后向散射式能見度測(cè)量模塊通過RS485或LAN接口連接 至控制模塊，后向散射式能見度測(cè)量模塊輸出大氣消光系數(shù)，背景亮度測(cè)量模塊通過RS485 或LAN接口連接至控制模塊，背景亮度測(cè)量模塊用于輸出跑道背景光亮度，跑道燈光模塊 輸出光強(qiáng)等級(jí)至控制模塊。
[0027] 背景亮度測(cè)量模塊采用維薩拉LM21背景亮度傳感器。跑道燈光模塊采用燈臺(tái)或 燈光站。后向散射式能見度測(cè)量模塊采用后向散射式能見度儀。
[0028] 在機(jī)場(chǎng)跑道1的接地端或者終止端安裝一后向散射式能見度儀5和維薩拉LM21 背景亮度傳感器4,如圖1。后向散射式能見度儀（LIDAR)的探測(cè)距離為2km左右，測(cè)量范 圍滿足國內(nèi)絕大多數(shù)的機(jī)場(chǎng)跑道需求。后向散射式能見度儀（LIDAR)測(cè)量的大氣消光系數(shù) 數(shù)據(jù)及維薩拉LM21背景亮度傳感器（BLS)測(cè)量的背景光強(qiáng)度，通過RS485或LAN接口傳送 到控制單元。跑道燈光強(qiáng)度依據(jù)光強(qiáng)等級(jí)作為已知量，由塔臺(tái)或燈光站2發(fā)送給控制單元 3的主控計(jì)算機(jī)。這些數(shù)據(jù)經(jīng)主控計(jì)算機(jī)處理后得到跑道視程（RVR)。
[0029] 跑道視程（RVR)的計(jì)算建立在柯西米德定律和阿羅德定律基礎(chǔ)之上。晝間使用柯 西米德定律計(jì)算跑道視程（RVR)。
[0030] 對(duì)以水平天空為背景的黑色目標(biāo)物，假設(shè)大氣均一，即大氣消光系數(shù)σ為常數(shù)， 目標(biāo)物與背景的亮度對(duì)比隨距離的變化規(guī)律即為柯西米德定律?？挛髅椎露煽杀硎緸椋?br>[0031] ε = e… (1)
[0032] 式中，ε為視覺對(duì)比感閾。ICAO推薦ε = 0.05,可得到氣象光學(xué)視距（MOR)，也 即晝間RVR :
[0033] F = --= - (2) σ σ
[0034] 因此通過激光雷達(dá)能見度儀獲得大氣消光系數(shù)〇即可獲得晝間RVR。
[0035] 夜間及跑道燈打開的情況下使用阿羅德定律來計(jì)算跑道視程（RVR)。在大氣消光 系數(shù)為σ的大氣中，光強(qiáng)為I的光源在距離光源處產(chǎn)生的照度為E，即為阿羅德定律。據(jù)此 推導(dǎo)出的能見度可表示為：
[0036] E = -χ e (3) V~
[0037] 式中，E是照度閾值，I為已知的燈光強(qiáng)度，〇是消光系數(shù)，V為跑道視程。
[0038] 照度閾值E不是一個(gè)常數(shù)，而是根據(jù)背景亮度B連續(xù)變化的函數(shù)，可用經(jīng)驗(yàn)公式表 示為：
[0039] IogE = 0. 571og (B) +0. 05 [log (B) ] 2-〇. 66 (4)
[0040] 其中，背景亮度B是通過背景亮度傳感器測(cè)量得到，單位是cd/m2。
[0041] 因此，通過激光雷達(dá)能見度儀獲得消光系數(shù)σ值，根據(jù)背景亮度傳感器獲得照度 閾值Ε，并結(jié)合已知的機(jī)場(chǎng)跑道助航燈光強(qiáng)度I，即可獲得夜間RVR。
[0042] 盡管為說明目的公開了本實(shí)用新型的實(shí)施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以 理解：在不脫離本實(shí)用新型及所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可 能的，因此，本實(shí)用新型的范圍不局限于實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種機(jī)場(chǎng)后向散射式能見度儀測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：包括后向散射式能見度測(cè)量 模塊、背景亮度測(cè)量模塊、跑道燈光模塊及控制模塊構(gòu)成，后向散射式能見度測(cè)量模塊與背 景亮度測(cè)量模塊放置于機(jī)場(chǎng)跑道的一端，后向散射式能見度測(cè)量模塊通過RS485或LAN接 口連接至控制模塊，后向散射式能見度測(cè)量模塊輸出大氣消光系數(shù)，背景亮度測(cè)量模塊通 過RS485或LAN接口連接至控制模塊，背景亮度測(cè)量模塊用于輸出跑道背景光亮度，跑道燈 光模塊輸出跑道光強(qiáng)至控制模塊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)場(chǎng)后向散射式能見度儀測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述的背 景亮度測(cè)量模塊采用維薩拉LM21背景亮度傳感器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)場(chǎng)后向散射式能見度儀測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述的跑 道燈光模塊采用燈臺(tái)或燈光站。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)場(chǎng)后向散射式能見度儀測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述的后 向散射式能見度測(cè)量模塊采用后向散射式能見度儀。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種機(jī)場(chǎng)后向散射式能見度儀測(cè)量系統(tǒng)，其包括后向散射式能見度測(cè)量模塊、背景亮度測(cè)量模塊、跑道燈光模塊及控制模塊構(gòu)成，后向散射式能見度測(cè)量模塊與背景亮度測(cè)量模塊放置于機(jī)場(chǎng)跑道的一端，后向散射式能見度測(cè)量模塊通過RS485或LAN接口連接至控制模塊，后向散射式能見度測(cè)量模塊輸出大氣消光系數(shù)，背景亮度測(cè)量模塊通過RS485或LAN接口連接至控制模塊，背景亮度測(cè)量模塊用于輸出跑道背景光亮度，跑道燈光模塊輸出光強(qiáng)等級(jí)至控制模塊。本機(jī)場(chǎng)后向散射式能見度儀測(cè)量系統(tǒng)，跑道視程的計(jì)算建立在柯西米德定律和阿羅德定律基礎(chǔ)之上，采用后向散射式能見度測(cè)量?jī)x，不同接收點(diǎn)的誤差相對(duì)固定，在機(jī)場(chǎng)進(jìn)行RVR測(cè)量更加精確。
【IPC分類】G01N21-53
【公開號(hào)】CN204575535
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520193735
【發(fā)明人】熊興隆, 李猛, 蔣立輝, 臺(tái)宏達(dá)
【申請(qǐng)人】中國民航大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年4月2日