MIDAS IV系统中跑道视程算法分析

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1、MIDAS_IV系统中跑道视程RVR算法分析张英华1台琪荣2（民航云南空管分局气象设备室，昆明市，云南省650200）摘要介绍了气象能见度、气象光学视程MOR及跑道视程RVR的由来以及它们之间的相互关系，对MIDAS_IV系统中如何计算跑道视程RVR进行了深入分析和实例解释。关键词：气象能见度气象光学视程跑道视程算法分析1引言跑道视程RVR（在跑道中线的航空器上的飞行员能看到跑道面上的标志或跑道边界灯或中线灯的距离）主要是在低能见度的情况下提供给机组关于跑道能见度的情况。RVR计算与能见度及背景亮度、跑道灯光强度相关联，计算中

2、涉及许多光学量，鉴于此，本文将针对MIDAS_IV中RVR算法进行深入分析和实例解释，并阐述一些相关的光学术语。2理论基础由于RVR不能直接测量得出，估算RVR基于以下三个数值：1.大气的光学透明度，用透射因子（T）来表示，其含义为光在大气中经过一段距离后的光通量之比，或者用消光系数(s)表示。2.跑道灯光强度（I）3.照度阈值(Et)张英华男，1980年生，硕士，助理工程师。研究方向：气象仪器及应用Email:zhang_yinghua@163.com台琪荣男，1983年生，本科，助理工程师。研究方向：气象仪器及应用大气透射

3、仪或者前向散射仪能够用来测量大气的光学透明度。跑道灯光强度可以通过测量或者按照设定的跑到灯光等级（已知跑道灯特性的情况下）估算得到。照度阈值(Et)可以通过背景光亮度(BL)估算得出。为便于理解，下面列出几个与光有关的术语定义：1.光强度(luminousintensity)是光源在单位立体角内辐射的光通量,以I表示,单位为坎德拉(candela,简称cd)。1坎德拉表示在单位立体角内辐射出1流明的光通量。2.光通量(luminousflus)是由光源向各个方向射出的光功率，也即每一单位时间射出的光能量，以φ表示,单位为流明(

4、lumen,简称lm)。3.光照度(illuminance)是从光源照射到单位面积上的光通量，以E表示,照度的单位为勒克斯(Lux,简称lx)。4.光亮度(luminance)是指一个表面的明亮程度,以L表示，即从一个表面反射出来的光通量。1.消光系数（extinctioncoefficient）：当一个色温为2700K的白炽光源发射出的一束平轴光束，在大气中经过一个单位距离的长度后光通量损失的比率（每米，m-1）。2.1柯什密德定律（Koschmieder’sLaw）计算视程能见度定义：白天，正常人的视力在地平线附近的天空背

5、景下，能看到合适的黑色目标物的最大水平距离，常以Lm表示，单位m或km。在夜晚，无光的背景下，能够看到和辨认出光强为1000cd的灯光的最远距离[1]。注：在给定的大气消光系数下，两个距离具有不同的值，后者随背景亮度而变化。目标物能见与否，既取决于目标本身的亮度，又与它同背景亮度的差异有关，表示这种差异的指标是亮度对比（BrightnessContrast）C，可以定义为C=b-b0b0当b>b0时，或C=b0-bb当b0>b时。其中b表示目标物固有亮度，b0为背景固有亮度。一般0≤C≤1。若b=b0，则C=0，即亮度无差异，

6、此时无法从背景上辨认目标物。若b=0，即目标物为黑体，C=1，目标物清晰可见。这就是气象能见度选择黑色目标物的原因。白天，正常人的视力只有当C≥e时，才能辨认目标物。这一起始亮度对比阈值e，成为人眼的对比视感阈。e的值与照明及目标物的视张角有关。在白天能见度的定义下，成立柯什密德定律（Koschmieder'sLaw）：Cx=C0e-sx(1)这里C0是目标物的固有亮度对比，Cx是位于距离x处的该目标物-背景亮度对比，s为消光系数。若距离增加，使得Cx=e时，相应的能见距离为L=1slnC0e。对于气象能见度来说，b=0，C0

7、=1，并取目标物从视野中刚好消失时的距离，相应的e=0.02，得到Lm=3.912s（2）此式表明气象能见度与大气的消光系数之间呈简单的反比关系。若取对比视感阈e=0.02，此值称为发现阈值，计算得出能见度，叫做目标发现距离。与之相对应，我们也称对比视感阈e=0.05为消失阈值，计算得出能见度，叫做目标消失距离。WMO(WorldMeteorologicalOrganization)定义的视程为目标物固有亮度对比衰减到5%时的距离。这样我们从式（1）得到：0.05C0=C0e-sV(3)和V=-ln0.05s≈3s(4)这里V

8、表示视程（VisualRange）。通过大气透射仪得到：透射因子：T=CSC0由(1.1)得出s=-(ln⁡T)/S(5)这里T表示光通过基线距离S后的透射比。结合以上两式，我们得出视程V：V=-3S/lnT⁡(6)2.2布格-朗伯定律计算气象光学视程（MOR）WMO建议采用