3.5.4 目标回波仿真结果及分析
对风切变目标雨回波的仿真主要是计算其幅度和相位，雨回波的幅度可由雷达气象方程、天线增益等因素来求出，雨回波的相位可以通过计算多普勒的频移来求出。这里假定方位角是从－30°开始扫描的，方位角的变化范围为－30°～30°。由60根扫描线对方位进行扫描，根据距离将每根扫描线划分为50个距离门，起始距离门为1km，每个距离门为150m。当气象雷达天线扫描完这60根扫描线时，同时将方位角调整为反向；雷达天线的俯仰角也进行调整，向下调整2°，飞机位置根据雷达天线扫描完所有扫描线所用的时间和飞机速度进行调整。雷达天线的初始俯仰角设为－2°，当雷达天线的俯仰角调整到一定角度时，则要根据雷达天线扫描方式还原为－2°。
这里脉冲宽度取1.5μs，则每个脉冲宽度对应的距离为1.5（μs）×3·108（m/s）/2＝225m，将其分为两个距离，每个距离为112.5m来分别积分，每个积分距离的方位积分范围为－2°～2°，方位积分微元为0.3°，共13个方位累计数，俯仰积分范围为－1°～1°，积分微元为0.2°，共10个俯仰累计数，之后分别对这些积分微元进行积分累加，就得到每个脉冲在该距离门内的回波。
风场的大小取12kft×12kft×1kft，大约3.6km×3.6km×0.3km的范围，风场在载机地理坐标系中的起始坐标为（x，y）＝（－2km，3km），风场中心位置坐标为（x，y）＝（－0.2km，4.8km），即离飞机的飞行方向距离为4.8km。对距离门来说，从1km开始计算距离门，风场中心位于（4.8－1）/0.15＝25.3距离门附近。
以下考虑危险因子、对称风场和非对称风场条件下雨回波随距离门变化的谱分布图。
（1）危险因子分析
在工程上为了便于气象雷达实现，将第2章中关于危险因子的表示式作近似处理，即
式中，vg表示飞机地速，ΔR为两次风速测量之间的距离，ΔWx是在ΔR距离上的径向风速变化。取ΔR＝150，在相邻距离门计算速度差得到了ΔWx，利用式（3.57）计算出所有距离门上的Fx，然后进行平均。
图3.22显示的是一个面上的危险因子。从图3.22可以看出在不同的距离门上，其危险因子是不同的，在第20～40个距离门，其危险因子较大，即此时危险程度较大。
图3.22 一个面的危险因子
（2）非对称风场下危险因子仿真
图3.23（a）—（d）显示的是在不同距离门上危险因子的变化示意图。
图3.23 非对称风场条件下的危险因子
从图3.23（a）—（d）可以看出，在风场中心处（25个距离门附近）其风险因子最大，表示在此处飞机所受到的危险程度也是最大的。若假设危险因子的门限值为0.1，超过此值则发出报警信号。从图3.23（a）—（d）可以看出，在不同的距离门上存在风切变危险。如从图3.23（b）可以看出，在第25个距离门处存在的危险程度较大，水平方向的危险因子Fx的值超过微下击暴流危险性阀值0.1（此值可设定），由于初始雷达距离为1 000m，每个距离门为150m，则在距离4 500m处存在微下击暴流的危险性。取微下击暴流的半径为1 500m，按飞机地速75m/s折算，则可提供43～63s的预警时间，60s左右的预警时间足够驾驶员采取相应的措施来回避微下击暴流的危险区。
（3）非对称风场下风速仿真
为了分析飞机在不同风场条件下所遇到的风速变化，下面将对非对称风场（顺风、侧风、逆风和偏风）条件下的风速进行仿真分析。
图3.24 非对称风场条件下的风速估计
如图3.24（a）—（d）所示的分别是反射率为25dB下的顺风、逆风、侧风以及偏风条件下第30根扫描线上不同距离门上的风速变化。图3.24（a）—（d）中曲线的斜率反映了微下击暴流低空风切变对飞机的危险程度，斜率越大（曲线表现得越陡峭），飞机所遇到的危险程度就越大。图3.24（a）—（d）中清楚地显示了潜在的危险性风切变，如图3.24（d）所示径向风速分量经历了从逆风5m/s到顺风14m/s的剧烈变化。通过危险因子的计算就可得出风切变的危险程度了。
（4）雨回波谱分析
非对称风场情形下的雨回波谱仿真结果如图3.25—图3.28所示。
图3.25 顺风情形下的雨回波谱
图3.26 侧风情形下的雨回波谱
图3.25—图3.28分别是顺风、侧风、逆风、偏风情形下（反射率为25dB，第30根扫面线）的雨回波三维谱及其等高线图。4种风场情形下雨回波谱分布与前述风场模型数据中Y轴向径向速度分布一致。从图3.26可以看出，侧风条件下由于X轴向风速分量垂直于径向速度，因此X轴向速度分量对雨回波无影响，因此其多普勒速度分布仍然关于零多普勒速度对称且幅度很小。从图3.25可以看出，顺风条件下径向速度以正向为主。从图3.27可以看出，逆风条件下径向速度以负向为主。偏风条件下径向速度视GY正负决定，GY＞0则偏正，GY＜0则偏负，由于图3.28中Y轴向扭曲因子为GY＝0.37＞0，则径向速度以正向为主。
图3.27 逆风情形下的雨回波谱
图3.28 偏风情形下的雨回波谱