飞机尾涡特性分析与激光探测技术研究

为实现尾涡告警,保障飞行安全和提高机场容量,研究了飞机尾涡特性和激光探测技术.阐述了飞机尾涡的生成机理,利用解析模型和仿真计算研究了尾涡特性;给出了尾涡相干多普勒激光探测原理,设计了尾涡探测方式,分析了回波多普勒谱特性,并计算了尾涡探测精度.研究表明:尾涡强度与衰减等特性与飞机质量相关;其回波多普勒谱值反比于多普勒频移的三次方和飞行速度的二次方,而正比于飞机质量的二次方;基于1.5m脉冲相干多普勒激光雷达的尾涡探测具有高精度、远距离的优势.此外,通过初步开展的机场尾涡探测实验验证了激光探测尾涡的方法切实可行,性能优越.     

飞机尾涡扫描特性与涡核位置估算方法改进

飞机尾流涡核的精准辨识是动态缩减尾流间隔的前提。首先建立了尾涡流场演变模型,对尾涡流场进行了仿真;之后对不同强度和高度的尾涡组合速度场探测结果进行仿真分析;最后提出了涡核位置估算的“极大-次大值”法,提高了对涡核位置识别的准确度。研究表明：标准差两峰值处极大值与次大值之差越大,则涡核与最大标准差对应的距离门越接近;在代入的算例验证中,径向距离估算结果偏差不超过1.5 m,且涡核位置偏差程度均在3 m以内;相比极差法和梯度法,位置偏差修正了60%及以上,最高可达86%。     

基于多普勒谱特征的飞机尾涡识别

为解决飞机尾涡威胁飞行安全以及限制机场容量的难题,提出了一种基于多普勒谱特征的尾涡识别算法,以提高尾涡检测性能。构建了飞机尾涡回波多普勒谱模型,分析得出其多普勒谱具有对称性、展宽性以及反比性等重要特征。依据上述谱特征,给出了尾涡识别算法的设计流程,包括回波数据预处理、多普勒谱特征提取和特征门限判决。以空客A-340为例...     

近地阶段ARJ21飞机尾涡探测及演化分析

为明确ARJ21飞机近地阶段的尾涡观测效率及演化过程,基于在双流机场开展的尾涡实地探测,提出一种基于相关多普勒激光雷达径向风速的尾涡快速识别方法,并基于此方法分析ARJ21飞机起降阶段的尾涡演化过程.结果 显示,ARJ21飞机的尾涡在近地面处产生,然后向下、向外扩散,尾涡环量随时间变化逐渐减小,但在特定的近地效应影响下...     

大气CO2相干探测激光雷达系统性能分析

探测大气CO2浓度对气候环境的研究具有重要意义.采用相干探测较非相干探测具有更高的信噪比.目前1.5 μm波长由于在人眼安全、系统设计简单廉价等方面存在一定优势,使1.5 μm可能成为未来探测大气分子或气溶胶激光雷达的主流波长.阐述了激光雷达相干探测大气CO2的原理,设计了1.5 μm相干探测激光雷达系统,并对系统的信噪比进行了估算,得出结论:1.5 μm相干探测CO2是可行的,经过3 min的脉冲积累,在3 km处仍具有高于10的信噪比值.该激光雷达相干探测系统也可用于大气风场探测.     

多普勒激光雷达近地面飞机尾涡反演方法优化EI北大核心CSCD

实时准确获取飞机尾涡的特征参数信息,将有利于在保持机场基础设施的情形下进一步提升机场吞吐量。相干多普勒激光雷达作为飞机尾涡的有效探测手段,可提供其位置与强度信息。针对飞机尾涡特征反演算法在近地面环境下出现的误识别及定位精度下降问题,通过采用区域聚焦的方法减少背景环境对识别精度的影响,并引入尾涡的旋转特征、对反演结果检验,以此提高结果的可靠性。针对扫描中尾涡的移动、扭曲或数据缺失引起的强度评估不准问题,通过尾涡速度分布校正和理想化飞机尾涡模型校正两步来提高强度反演精度。经成都双流国际机场观测数据验证,该优化算法的正确识别率提高2.8%,漏报率下降2.7%,虚警率下降20.86%。     

基于线性调频脉冲压缩的激光相干探测技术研究

针对现有的单频率脉冲相干探测激光雷达的高精度测量矛盾,研究采用线性调频脉冲压缩的方式实现相干激光雷达对目标的高精度测距和测速.文中介绍了线性调频脉冲压缩的原理并给出了仿真结果,并结合相干激光雷达系统的特点,并对系统的实现方式问题进行了探讨.     

种子注入固体激光相干探测实验研究

利用激光二极管(LD)抽运的单块非平面单向行波环形腔单频固体激光器作为种子源,对电光调Q的功率激光器进行种子注入。通过温度反馈控制对种子光源进行频率调节,控制种子光源和从动激光器自由振荡频率的匹配,得到种子注入发生比率为80%,脉冲功率半宽度为20 ns,能量为5 mJ,重复频率为500 Hz的单频激光输出。利用目标反射回波与声光移频的本振光进行外差探测,获得了包含速度信息的相干信号输出。     

飞机尾流的频域CFAR检测性能分析

飞机尾流探测是一个崭新的研究方向,飞机尾流回波经过傅里叶变换后,其多普勒谱是展宽的.对微弱的尾流目标回波,对展宽的多普勒单元进行分布目标的恒虚警(CFAR)处理有利于充分利用频谱能量,提高检测概率.文中利用矩母函数的定义得到了Г分布杂波背景下分布目标检测器的虚警概率和检测概率的解析表达式,并提出了检测单元个数选择的依据.针对不同的杂波功率,算法可以自适应地选择合适的检测单元个数.文中的分析可以用于频域检测器设计,并对检测性能进行分析.     

湿性大气中飞机尾流的雷达探测性能

飞机尾流的雷达探测在民航安全、飞机目标探测与识别等领域具有重要的研究价值。针对雨、雾等湿性大气环境中飞机尾流的雷达探测问题,导出了尾流回波的多普勒速度谱、尾流探测的雷达方程及其可检测性因子的解析表达式。仿真研究了L、S、C、X和Ka波段雷达对雨、雾中飞机尾流的探测性能。结果表明,在全程雨、雾衰减的条件下,尾流的雷达探测距离可从数千米到大于200km;Ka、S波段雷达分别在近距离和远距离尾流探测中具有优势。     

晴空飞机尾流的雷达探测性能分析

该文分析了晴空飞机尾流RCS(雷达截面积)的频域特性和时变特性,导出了相参多普勒雷达探测飞机尾流的LMP(局部最大势)检测器及其检测概率、虚警概率的解析表达式,在此基础上导出了尾流探测的雷达方程。仿真分析结果表明：垂直入射的尾流探测性能一般优于斜入射探测;当雷达观测时间较长时,斜入射探测性能随雷达距离分辨单元的增大而改善;对于单位长度RCS为-80~-60 dBm2/m的飞机尾流,其雷达探测距离可达30~100 km。     

相关探测扩大激光告警警戒范围分析

通过对大气激光散射信号的分析,给出了离轴距离与散射激光辐照度的关系曲线.计算分析表明,利用二元相关探测技术,在保持一定的探测概率和虚警率的情况下,可以近一步降低探测阈值,从而扩大激光告警接收机的警戒范围,提高激光告警器的散射截获能力。     

外差探测激光多普勒雷达系统性能研究

外差探测激光多普勒雷达由于具有测速精度高和可辨别速度方向等优点而广泛应用于测风、流体测速以及着陆导航等方面。对外差激光多普勒雷达的测速原理、误差来源和系统噪声进行了分析,并给出了系统的信噪比和探测精度的仿真结果。搭建了全光纤外差探测激光多普勒系统。用研制的高精度运动目标模拟器开展了相关测速实验。实验结果表明,速度测量精度优于6.7 cm/s,而且与速度大小基本无关,这与仿真分析结果相一致。     

复杂混合尾流气泡场的激光探测特性研究

在实际舰船尾流激光探测过程中,激光探测系统与目标气泡层之间会存在杂质(气泡群、悬浮粒子),导致气泡回波信号信噪比降低。为了提高实际舰船尾流探测的信噪比,采用蒙特卡洛方法,仿真模拟了不同气泡层特性遮挡的情况,通过改变遮挡气泡层的厚度、数密度来探究其对目标气泡回波特性的影响,仿真得到：当遮挡气泡层存在时,回波信号会明显降低,且降低趋势随着遮挡气泡层厚度和数密度的增加而更为剧烈。搭建了实验室条件下的模拟舰船尾流激光探测系统,对不同气泡层特性遮挡的情况进行了验证,得到了遮挡效应会随着气泡层的厚度、数密度增大而不断变强的变化规律。对测试数据进行归一化处理,实现了仿真与实验的相互验证,可为舰船尾流激光探测工程化提供支撑。     

基于激光检测的无人机探测系统与实验

现有的无人机探测通常采用以雷达扫描为主,辅以其他传感器探测的方式。但是,目前使用雷达探测的成本较高,而激光器作为一种低成本、低功耗的器件已受到人们广泛关注。以激光为载体,结合无线光通信中的捕获、瞄准、跟踪(APT)系统,设计并实现了一种基于激光探测技术的无人机扫描定位系统,并以气球模拟无人机目标的测试方式,测试了该系统的定位精度和效率。扫描试验结果表明:在激光发射器平均功率小于40mW的情况下,该系统对目标的捕获定位能达到较高的精度,误差在5%以内,最大可探测范围为45m。     

云雾中飞机尾流的环量估计

结合典型的稳定段尾流空气动力学模型和电磁散射模型,仿真分析了尾流的毫米波雷达多普勒特性;进而利用网格映射的方法,提出了一种基于双部毫米波雷达探测的尾流速度场反演和环量估计技术。结果表明,双部多普勒雷达可有效估计垂直于航向截面上的尾流二维速度场特征,据此可以得到航空安全领域非常关注的尾流环量特征。     

卫星相干激光通信系统与技术发展

自由空间光通信(Free Space Optical Communication,FSOC)尤其是基于相干体制的卫星激光通信,正逐渐成为突破微波通信瓶颈、建设天地一体化网络、实现高速数据传输的重要手段.总结了欧空局、德国、日本及国内卫星相干激光通信的重要进展,给出了成功验证的相干激光通信系统的激光器、传输速率、多普勒频...