機場后向散射式能見度儀測量系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及機場能見度測量系統，特別是一種機場后向散射式能見度儀測量 系統。
【背景技術】
[0002] 能見度（Visibility)是首先為了氣象目的而定義的通過人工觀測者定量估計的 量，以這種方式進行的觀測曾被廣泛地采用。能見度觀測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；消光主要由光的散射而非吸收所造成。其估計值依從于 個人的視覺和對可見的理解水平而變化，同時受光源特征和透射因數的影響。因此，能見度 的目測估計值都是主觀的。但是基本的氣象量，即大氣透明度，可以客觀的進行測量，并用 氣象光學視程（MOR)表示，可以用儀器方法測量消光系數從而計算得出。使用固定的儀器 是在消光系數與距離相互獨立的假設基礎上的。目前，一些儀器直接測量衰減，另一些儀器 測量光的散射，均用以得出消光系數。其中，能見度測量儀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，不適于機場跑 道這種基線較長的測量環境，所以導致對機場能見度測量準確性不高。前向散射儀的采用 兩點采樣，其采樣空間小，導致其應用于機場跑道能見度測量的準確性也欠佳。急需一種適 用于機場跑道視程，保證測量準確性的能見度測量系統。
【發明內容】
[0003] 本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種機場后向散射式能見度儀 測量系統，其適于較長基線的能見度測量，同時采樣空間大，從而在很大程度上提高能見度 測量的準確性。
[0004] 本實用新型解決其技術問題是通過以下技術方案實現的：
[0005] 一種機場后向散射式能見度儀測量系統，其特征在于：包括后向散射式能見度測 量模塊、背景亮度測量模塊、跑道燈光模塊及控制模塊構成，后向散射式能見度測量模塊與 背景亮度測量模塊放置于機場跑道的一端，后向散射式能見度測量模塊通過RS485或LAN 接口連接至控制模塊，后向散射式能見度測量模塊輸出大氣消光系數，背景亮度測量模塊 通過RS485或LAN接口連接至控制模塊，背景亮度測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至控制模塊。
[0006] 而且，所述的背景亮度測量模塊采用維薩拉LM21背景亮度傳感器。
[0007] 而且，所述的跑道燈光模塊采用燈臺或燈光站。
[0008] 而且，所述的后向散射式能見度測量模塊采用后向散射式能見度儀。
[0009] 本實用新型的優點和有益效果為：
[0010] 1、本機場后向散射式能見度儀測量系統，跑道視程（RVR)的計算建立在柯西米德 定律和阿羅德定律基礎之上，晝間使用柯西米德定律計算跑道視程RVR，夜間及跑道燈打開 的情況下使用阿羅德定律來計算跑道視程RVR，采用后向散射式能見度測量儀，不同接收點 的誤差相對固定，在機場進行RVR測量更加精確。
[0011] 2、本機場后向散射式能見度儀測量系統，晝間使用柯西米德定律計算跑道視程 RVR，柯西米德定律可表示為：
[0012] ε =e_〇v (I)
[0013] 式中，ε為視覺對比感閾，ICAO推薦ε =0.05,可得到氣象光學視距（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σ，即可獲得晝間RVR。
[0016] 3、本機場后向散射式能見度儀測量系統，夜間及跑道燈打開的情況下使用阿羅德 定律來計算跑道視程RVR，在大氣消光系數為 〇的大氣中，光強為I的光源在距離光源處產 生的照度為E，即為阿羅德定律。據此推導出的能見度可表示為：
[0017] E = yre σν (3)
[0018] 式中，E是照度閾值，I為已知的光強等級，〇是消光系數，V為跑道視程，照度閾 值E不是一個常數，而是根據背景亮度B連續變化的函數，可用經驗公式表示為：
[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)測量得到，單位是cd/m2,因 此，通過后向散射式能見度測量模塊獲得消光系數σ值，根據背景亮度傳感器獲得照度閾 值Ε，并結合已知的機場跑道助航燈光強度I，即可獲得夜間RVR。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本實用新型的系統結構示意圖（立體圖）；
[0022] 圖2為本實用新型的原理流程圖。
[0023] 附圖標記說明：
[0024] 1-機場跑道、2-塔臺或燈光站、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。
【具體實施方式】
[0025] 下面通過具體實施例對本實用新型作進一步詳述，以下實施例只是示范描述性的 說明，不是限定性的文字，不能以此限定本實用新型的保護范圍。
[0026] 一種機場后向散射式能見度儀測量系統，其包括后向散射式能見度測量模塊、背 景亮度測量模塊、跑道燈光模塊及控制模塊構成。后向散射式能見度測量模塊與背景亮度 測量模塊放置于機場跑道的一端，后向散射式能見度測量模塊通過RS485或LAN接口連接 至控制模塊，后向散射式能見度測量模塊輸出大氣消光系數，背景亮度測量模塊通過RS485 或LAN接口連接至控制模塊，背景亮度測量模塊用于輸出跑道背景光亮度，跑道燈光模塊 輸出光強等級至控制模塊。
[0027] 背景亮度測量模塊采用維薩拉LM21背景亮度傳感器。跑道燈光模塊采用燈臺或 燈光站。后向散射式能見度測量模塊采用后向散射式能見度儀。
[0028] 在機場跑道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)的探測距離為2km左右，測量范 圍滿足國內絕大多數的機場跑道需求。后向散射式能見度儀（LIDAR)測量的大氣消光系數 數據及維薩拉LM21背景亮度傳感器（BLS)測量的背景光強度，通過RS485或LAN接口傳送 到控制單元。跑道燈光強度依據光強等級作為已知量，由塔臺或燈光站2發送給控制單元 3的主控計算機。這些數據經主控計算機處理后得到跑道視程（RVR)。
[0029] 跑道視程（RVR)的計算建立在柯西米德定律和阿羅德定律基礎之上。晝間使用柯 西米德定律計算跑道視程（RVR)。
[0030] 對以水平天空為背景的黑色目標物，假設大氣均一，即大氣消光系數σ為常數， 目標物與背景的亮度對比隨距離的變化規律即為柯西米德定律。柯西米德定律可表示為：
[0031] ε = e… (1)
[0032] 式中，ε為視覺對比感閾。ICAO推薦ε = 0.05,可得到氣象光學視距（MOR)，也 即晝間RVR :
[0033] F = --= - (2) σ σ
[0034] 因此通過激光雷達能見度儀獲得大氣消光系數〇即可獲得晝間RVR。
[0035] 夜間及跑道燈打開的情況下使用阿羅德定律來計算跑道視程（RVR)。在大氣消光 系數為σ的大氣中，光強為I的光源在距離光源處產生的照度為E，即為阿羅德定律。據此 推導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為已知的燈光強度，〇是消光系數，V為跑道視程。
[0038] 照度閾值E不是一個常數，而是根據背景亮度B連續變化的函數，可用經驗公式表 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量得到，單位是cd/m2。
[0041] 因此，通過激光雷達能見度儀獲得消光系數σ值，根據背景亮度傳感器獲得照度 閾值Ε，并結合已知的機場跑道助航燈光強度I，即可獲得夜間RVR。
[0042] 盡管為說明目的公開了本實用新型的實施例和附圖，但是本領域的技術人員可以 理解：在不脫離本實用新型及所附權利要求的精神和范圍內，各種替換、變化和修改都是可 能的，因此，本實用新型的范圍不局限于實施例和附圖所公開的內容。
【主權項】
1. 一種機場后向散射式能見度儀測量系統，其特征在于：包括后向散射式能見度測量 模塊、背景亮度測量模塊、跑道燈光模塊及控制模塊構成，后向散射式能見度測量模塊與背 景亮度測量模塊放置于機場跑道的一端，后向散射式能見度測量模塊通過RS485或LAN接 口連接至控制模塊，后向散射式能見度測量模塊輸出大氣消光系數，背景亮度測量模塊通 過RS485或LAN接口連接至控制模塊，背景亮度測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至控制模塊。
2. 根據權利要求1所述的機場后向散射式能見度儀測量系統，其特征在于：所述的背 景亮度測量模塊采用維薩拉LM21背景亮度傳感器。
3. 根據權利要求1所述的機場后向散射式能見度儀測量系統，其特征在于：所述的跑 道燈光模塊采用燈臺或燈光站。
4. 根據權利要求1所述的機場后向散射式能見度儀測量系統，其特征在于：所述的后 向散射式能見度測量模塊采用后向散射式能見度儀。
【專利摘要】本實用新型涉及一種機場后向散射式能見度儀測量系統，其包括后向散射式能見度測量模塊、背景亮度測量模塊、跑道燈光模塊及控制模塊構成，后向散射式能見度測量模塊與背景亮度測量模塊放置于機場跑道的一端，后向散射式能見度測量模塊通過RS485或LAN接口連接至控制模塊，后向散射式能見度測量模塊輸出大氣消光系數，背景亮度測量模塊通過RS485或LAN接口連接至控制模塊，背景亮度測量模塊用于輸出跑道背景光亮度，跑道燈光模塊輸出光強等級至控制模塊。本機場后向散射式能見度儀測量系統，跑道視程的計算建立在柯西米德定律和阿羅德定律基礎之上，采用后向散射式能見度測量儀，不同接收點的誤差相對固定，在機場進行RVR測量更加精確。
【IPC分類】G01N21-53
【公開號】CN204575535
【申請號】CN201520193735
【發明人】熊興隆, 李猛, 蔣立輝, 臺宏達
【申請人】中國民航大學
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年4月2日