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指揮總部的資助下,開發了鳥類危險咨詢系統(AHAS) ,用于
監控和預報美國48 個州的鳥類活動. 目前該系統基于美國新
安裝的NEXRAD2WSR288D[6 ,7 ]氣象雷達網. 如圖1 所示. 該雷
達網幾乎覆蓋所有美國地區和加拿大南部地區,具有很強的
探測弱目標的功能,該雷達網提供的數據被用于防范鳥擊,保
障飛行安全,保護遷徙鳥群等許多方面. AHAS 系統利用氣象
雷達提供的數據,采用圖像處理和神經網絡等模式識別的算
法,從雷達數據中準確地將生物學目標同其他目標區別開來,
實時地將雷達數據轉變為鳥情信息,減少鳥擊的可能性.
21213 　機場區域鳥情探測系統[8 ,9 ]
鳥類危險咨詢系統(AHAS) 從NEXRAD 氣象雷達網上獲
取數據. 由于大多數氣象雷達距離機場太遠,以及受角度的限
制而無法探測到機場上方低空飛行的鳥類. 機場區域鳥情探
測成為人們研究的熱點. 其中具有代表性的是美國聯邦航空
局(FAA) 開發的終端區域鳥類危險咨詢系統(TAHAS) 和Clem2
son 大學雷達鳥類實驗室開發的移動式雷達鳥類探測系統—
BIRDRAD 系統.
終端區域鳥類危險咨詢系統包括兩套雷達系統—終端
多普勒氣象雷達(TDWR) 和機場監視雷達(ASR —9) . 該系統
具有探測生物目標的能力,可以監控機場附近的鳥類活動.
具有較快的信息更新速度,持續更新的信息可以確定在機場
附近棲息和覓食的鳥群位置并估算其數目. 通過空中交通管
理控制系統或者直接的數據鏈向正在著陸和起飛的飛機駕
駛員發出實時的鳥類活動狀態警告.
BIRDRAD 系統是采用高性能商業雷達和PC 機開發的
移動式雷達鳥類探測系統,被用于在較小的范圍內探測鳥類
的活動,該系統具有很快的掃描周期(2. 5s) 和很窄的波束寬
度,非常有利于實時探測鳥情信息,該系統由一臺觀測車搭
載,包括雷達、處理器、GPS 定位儀、傳輸設備等. BIRDRAD 系
統可移動的優點可以補充AHAS 系統的不足,實時監控具體
地點的鳥類活動,開發有針對性的避險模型.
213 　雷達鳥類目標回波信息的特點及識別方法
目前的雷達鳥類探測系統多是由氣象雷達[10～12 ] 或海事
雷達系統[13 ]改造而成,鳥類信息的識別大多基于雷達的回波
圖像和多普勒信息. 要從雷達回波信息中正確地提取鳥類的
信息,必須從鳥類目標本身的特點、雷達系統的工作原理和雷
達圖像處理算法等多方面去研究.
21311 　鳥類目標的雷達散射截面( RCS) 和飛行特點[14 ,15 ]
鳥類的回波反射率取決于鳥類的RCS ,多普勒信息則取
決于鳥類的飛行速度. 許多文獻對鳥類的RCS 和飛行特點作
了研究. 鳥類的RCS 主要取決于它的體積,除了某些大型鳥
類,一般要小于飛機、艦船和導彈. 表1 列出了幾種鳥類在三
個不同頻段(X、S、L) 的RCS.
鳥類的飛行速度受多種因素影響,主要有體積、形態、遷
徙和風. 一般情況下,體積越大速度越快,但也有例外. 翅膀較
大,體重相對較小的鳥類飛行速度較快. 遷徙中的鳥群飛行速
度較平時要快. 風速對鳥類飛行速度的影響較為復雜,不能將
風速簡單地加到無風時的飛行速度上. 多數鳥類的飛行高度
在2000m以下,個別跨洋遷徙的鳥類飛行高度超過6000m.
21312 　鳥類目標探測對雷達系統的要求[16 ,17 ]
鳥類目標探測不同于一般航空器探測,總結目前研究和
現有雷達特點,具體要求如下:
第　12 　期寧煥生:航空鳥擊雷達鳥情探測研究2233
(1) 雷達波束寬度. 波束越窄,分辨力越高,越有利于分辨
單個飛鳥; (2) 雷達相對于機場終端區域的相對位置. 機場外
的雷達易受到干擾源的影響,不利于分辨小群或單個鳥; (3)
雷達掃描的更新率. 每分鐘更新率最好達到20 次以上; (4) 雷
達可探測的目標反射率較低. 一般要能夠探測到低空飛行的
RCS 為萬分之一平方米的鳥類目標,而鳥群的反射率相對就
高一些; (5) 雷達極化方式. 最好能夠從線極化到圓極化轉換,
以便于探測因天氣變化而變得模糊的目標; (6) 雷達數據質
量. 雷達應能提供可編輯的雷達圖像數據,這樣配合雜波濾波
器、多普勒分析和一些圖像處理手段才能有利于識別.
21313 　鳥類目標回波信息與氣象信息的區分方法[18～20 ]
利用雷達探測跟蹤鳥類的難點在于:在雷達回波圖像中
將氣象、環境等非生物回波信息同鳥類的回波信息區分開. 許
多研究表明鳥類的回波圖像具有如下特點:
(1) 鳥類的回波區域總體上來說在分布情況上要小于氣
象信號; (2) 生物目標的點刻度(在一段回波最大值和最小值
之間區分預測斜率和實際斜率的度量值) 要大一些,遷徙的鳥
類比棲息的鳥類更明顯一些; (3) 鳥類回波的速度變化或頻譜
寬度要小于氣象信號; (4) 鳥類的回波經常有不均勻的反射
率; (5) 鳥類回波以中間有環形信號的圓弧模式傳播; (6) 鳥類
回波以最大反射率結合最大速度的模式出現; (7) 相對于氣象
目標而言,鳥類限制在大氣層中很窄的一層中活動.
從屏幕上接收到的雷達圖像來看,對探測最重要的是回
波反射率和多普勒速度. 回波反射率可以從圖像中直接得到,
通過對不同時刻的圖像進行處理得到多普勒速度圖像. 由于
氣象雷達中能夠產生高仰角和低仰角的反射率圖像,我們可
以利用不同仰角的扇形波來區分在低海拔高度活動的鳥類和
氣象信號之類垂直分布的目標. 同時運動是很好的判斷標志,
研究發現鳥的回波信號前沿擴展速度為10～1315 米/ 秒,單
只鳥的速度可能比這更高,一般可以達到15～20 米/ 秒.
雷達目標識別具有多種方法[21 ] ,近年來基于高分辨的雷
達成像的識別技術獲得了很大進步. 許多圖像處理的技術[22 ]
被應用到雷達目標識別中, AHAS 使用標準圖像處理技術從
雷達圖像上去掉天氣目標. 雖然這種方法取得了巨大成功,但
在應用上還是受到一定限制,因為在氣象鋒面邊緣處會丟失
少量氣象信息,當遷徙正好出現在氣象鋒面邊緣時,雪與鳥類
目標發生混淆,使得整塊的生物學目標被去除.
　
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