[发明专利]飞机起飞、着路用微波遥感成像仪

说明书

本发明属于航空仪器仪表。

导航是保障飞机自起飞到着路过程正确、安全飞行的措施。空中飞行导航系统已从地标导航、航位推算导航、天文导航发展到现在的无线电导航，其中比较先进的是罗兰C导航、Ω导航、子午仪卫星导航和GPS导航。这些导航方法足以保证飞机在航线上飞行。然而在飞机起飞和着路时使用的着路系统—仪表着路系统、微波着路系统和雷达着路系统，还脱离不开在飞机接近跑道时要靠驾驶员目视跑道情况来操纵着路。一旦天气有雾，能见度小於200米，飞机就无法起飞、着路，强行或盲目处置则带来很大的危险，乃至付出惨重的代价。目前国内外尚没有一种保障飞机在大雾中安全准时起飞、着路的仪器设备和方法，致使每年由于大雾天气造成世界各国空港的很大损失。到目前为止，仅发现英国New-Scientist 1992rh 9月26日报导了美国正在研制在雾中能帮助飞行员着路的热相机的消息，具体细节未见报导。美国专利(US5,248,977公开日1993年9月28日)公开了一种一维电子成象扫描器，其中提到：微波成象设备通常采用二维聚焦平面阵列，其中透镜或其它聚焦元件被用于将来自所能看到的地面的微波聚焦到所述阵列上。该平面内的每个聚焦平面元件接收微波，并将其转换为电子输出信号，以用于该图象的视频显示。而由一个阵列元件产生的每个输出信号被映射为一个图象元素。而在其所公开的发明中，它在微波聚焦平面传感器阵列之前实用了一个色散波导楔。

本发明的目的是利用雾对厘米波的低吸收率(0.2d B/1km)、声光处理信息的高速率和高分辨率，以及CCD探测器的高响应速度，采用集微波遥感技术、声光晶体技术、激光技术及快速成像技术为一体的方案，制造一种体积小、重量轻，能安装在飞机前端的集接收信号、信号处理和成像为一体的(显示器在驾驶仓中供驾驶员看)，在大雾时使飞机驾驶员在1000米左右的距离就能够找到机场，在500米左右的距离就能看清跑道，像晴天一样自由起飞、着路的仪器，其角度分辨率为≤1°。

本发明的原理。根据Planck定理，处于绝对零度(-273℃)以上的物质，在全频段上都以电磁波的形式向外辐射能量。不同波段的探测器可以检测到相应波段的辐射能量。微波辐射计就是检测物体辐射中微波波段能量的遥感探测器。经过对接收信号的处理就可以从中提取所需的信息，如物体的性质、所处的位置和状态等。在微波波段物体辐射的功率谱密度为：其中：k为Boltzman常数「1.38·10^-23W·S·K^-1」，T为物体的物理温度[K]，它与观测天线对物体的方位有关，一般记为T(θ)，θ、是以天线为原点的球坐标角度，λ为波长[m]

天线接收物体的能量等於对整个天线口径的辐射强度的积分，经计算为：

         P_R＝k·ε·T·ΔF                 ……(2)其中：ε为物体发射率，ΔF为接收系统带宽[Hz]。从式2可知接收到的物体辐射强度与物体温度有关，与表征物体性质的发射率ε有关，带宽越宽接收信号越强，改写式(2)： ϵ · T = P R R · of = T b - - - ( 3 ) ]]>称T_b为物体的亮度温度，在相同环境温度下，不同物体有不同的亮度温度，从测得的不同亮度温度T_b可以区别出物体，通过辐射计测量不同物体可以得到它们的亮度温度，如在厘米波段，草地与混凝土相差约50K，混凝土与土壤相差约35K，混凝土与沥青相差20K。