激光测风雷达在航空保障中的典型应用分析

为了研究激光测风雷达在航空气象保障中的监测和预警能力,利用激光雷达的多种模式测量数据,对西宁高原机场2019-04-10一次典型风切变天气演变监测过程进行了详细分析,并与机场现有的测风设备数据、机组报告数据进行了对比。结果表明,激光测风雷达在此次风切变探测过程中,能清楚地探测到风切变的结构、位置、高度和移动方向; 激光测风雷达与自观数据相比,实现提前10min左右的预警; 激光雷达对风切变过程的监测结果与机组报告的结果有较好的一致性。该研究对于民航机场利用激光测风雷达预报风切变天气和保障飞行安全具有一定的参考与指导意义。     

基于短距相干测风激光雷达的机场低空风切变观测

介绍了低空风切变及其预警的研究工作、相干多普勒测风激光雷达反演风场算法以及计算下滑道逆风廓线算法.进一步分析了2015年冬季和2016年春季北京首都机场低空风切变观测实验中所观测到的风切变案例,利用多种测量模式开展案例中风切变的监测,并对风切变观测结果进行了验证.实验结果表明,短距相干多普勒测风激光雷达多种测量模式均可能有效探测低空风切变.     

西宁机场一次低空风切变的结构和特征研究

低空风切变是航空安全的重大威胁,为了研究高原机场典型低空风切变精细结构和演变规律,针对西宁机场2020-02-13出现的两类低空风切变过程,利用FC-Ⅲ型激光测风雷达资料,结合地面实况和风廓线雷达资料进行了分析.结果表明,两类风切变成因和演变特征有所差异,顺风切变线呈"锥形",由机场西侧向东"嵌入"跑道,而逆风辐合线则...     

3维激光测风雷达技术研究

为了精确测量3维大气风场的实时状态以应对低空风切变在飞行器起降过程中给飞行器带来的多种问题,通过DBS四波束风场反演原理研制出一款小型3维激光测风雷达。对大气风场展开测风试验并获取风场数据,并与其它标准测风设备的数据对比分析。结果表明,雷达在晴天和阴天的天气状况下均可以实现对大气风场的有效测量,风速均方根误差0.42m/s,风向均方根误差5.33°。该雷达精准度高、稳定性好,对风切变预警、中低空大气风场预报及飞行器飞行通道的风场测量具有重要作用。     

基于相干多普勒激光雷达的北京机场春季低空风切变观测研究

低空风切变极易对起降过程中的飞行器、风力发电机的结构产生破坏性影响。简要介绍了低空风切变及风切变的危害,详细介绍了相干多普勒激光雷达的工作原理和低空风廓线反演算法,以及利用风廓线、风矢量图、风速梯度图等观测数据提取风切变的方法。分析了2015年春季北京首都机场低空风切变个例发生的气象条件和风切变强度。实验结果表明相干多普勒测风激光雷达能有效探测分析低空风切变。     

激光测风雷达研究微下击暴流引发的低空风切变

较强的低空风切变会引发超低空复飞,对飞机安全威胁较大。为了提高飞行安全保障能力,利用激光测风雷达和风廓线雷达提供的资料,对2018-04-26西宁机场突发的一次风切变进行了细致结构分析和形成机理研究。结果表明, 微下击暴流是造成此次低空风切变的主要原因,雷暴高压向外辐散气流和环境风同向叠加是低空风切变形成的直接原因; 干冷空气在2.0km高度处加速下沉,到达近地面形成雷暴高压,随后外流形成水平尺度约3.0km的辐散气流,而触发低空风切变; 此次低空风切变影响时间约8min,对飞行安全威胁最大是下击暴流产生初期; 0.4km~2.0km高度处上升气流迅速转为下沉气流的时刻,较低空风切变发生有约4min的提前量。该研究对如何利用测风雷达进一步提高飞行安全保障能力是有意义的。     

激光雷达在机场低空风切变探测中的应用

简述了低空风切变及传统探测手段的局限,结合我国香港国际机场的最新研究进展,对多普勒激光雷达的测风原理、低空风切变探测中的自动识别算法及预警系统进行了综述,最后介绍了风切变探测目前存在的问题及最新发展:高性能、人眼安全激光等激光雷达新技术以及数据产品的开发利用是未来研究的重点。     

激光测风雷达分析典型高原机场风场特征

为了对激光测风雷达在民用机场的运行环境适应性及综合保障能力进行评估,采用国产自研激光测风雷达在典型高原机场为期3个月的风场联合监测试验数据,结合同址相关气象资料,分晴、多云、阴、雾及降水等不同气象条件,对激光测风雷达的风场数据进行了分析,以揭示典型高原机场的风场特征,检验国产激光测风雷达的综合保障能力。结果表明,在不同天气类型下,激光雷达的测风性能存在明显的差异,其在晴、多云、阴天整体表现较优,水平最大探测距离最远可达6623m,垂直最高可达2895m;同时,激光测风雷达能精准捕捉到高原机场的风场在时间尺度和空间尺度上的典型变化特征。该研究为雷达在民航的应用提供了参考。     

基于1.55μm激光雷达的晴空风切变结构研究北大核心CSCD

晴空风切变是公认的航空危险天气。为了研究155μm激光测风雷达对晴空风切变的探测效果,利用激光测风雷达数据,结合自观系统实时风场数据,对2022年2月13日影响银川机场的晴空风切变过程进行详细分析。激光雷达探测结果表明风切变发生前高空偏北风有下沉特征,动量下传导致地面北风增强;此次风切变由东北风与西南风交汇形成,东北大风呈楔形从近地层嵌入,形成水平风切变,随后向西南传播影响机场跑道。预报员利用激光测风雷达可以提前15min对此次风切变进行预警。     

基于相干多普勒测风激光雷达的不同成因类型的低空风切变观测

为实现不同成因类型的低空风切变观测,利用两台相干多普勒测风激光雷达在北京首都国际机场展开试验观测。针对干性雷暴和地形引起的两类风切变,分别采用多普勒波束摆动(Doppler Beam Swing,简称DBS)和下滑道两种扫描模式进行风切变的探测与识别。结果表明,DBS模式风切变识别方法可有效识别干性雷暴引起的水平低空风切变,下滑道模式可有效识别地形诱导的下滑道顺风和逆风风切变。干性雷暴造成的风速骤增、风向突变和上升下降气流的强烈对流是引发低空风切变的主要原因。地形诱导风切变主要由高速气流和复杂下垫面相互作用产生,具有偶发性和瞬变性的特点。     

基于斜坡检测的多普勒激光雷达低空风切变预警算法

提出了一种新的基于斜坡检测的激光雷达低空风切变预警算法,该算法将下滑道扫描与单双斜坡检测相结合。首先,把下滑道扫描方式下获取的激光雷达径向风速投影到下滑道上,进行数据重构。其次,对逆风风廓线进行单斜坡及双斜坡梯度变化的检测并以国际上规定的低空风切变阈值及风切变强度因子判别公式判断风切变。使用香港天文台实际激光雷达数据进行了实验验证,结果表明新方法能够检测出单斜坡未能检测出的风切变。该方法是有效的,对于提高风切变的预警率有重要意义。     

机动型激光测风雷达倾斜风场修正算法研究

为了解决激光测风雷达处于倾斜放置的情况下测出的风场信息与实际风场之间存在的误差,分析了激光雷达的测量原理、放置情况以及存在的问题,采用空间坐标变换的方法对雷达倾斜状态进行理论计算并给出了修正计算公式。对比了水平放置和横向倾斜7.2°放置的激光雷达的实测数据,发现修正前由于倾斜放置导致雷达所测垂直气流数据间产生的误差较大,加入修正算法进行仿真后,数据曲线吻合良好,修正效果明显。结果表明,空间坐标变换的修正算法可使激光雷达在处于非特定位置时仍能正确地反映实际风场信息,从而验证了该修正算法的正确性和可行性。     

机载气象雷达风切变信号仿真

风切变是引起空难事故的重要原因之一。具有风切变探测能力的机载前视气象雷达对于保障航空安全非常重要。由于风切变现象具有危害大、持续时间短且不易探测的特点,使实际数据较难获取。因此,风切变回波信号仿真对风切变检测技术的研究和验证具有重要意义。文中对风切变雷达回波信号的仿真提出了一个新思路:首先,通过使用风场仿真软件生成一个较为真实的风切变风场,然后,根据雷达参数高保真地对风切变雷达回波信号进行仿真。通过仿真结果与风切变结构特征的对比,表明仿真过程合理,仿真数据有效。     

小波不变矩的低空风切变识别

针对微下击暴流、低空急流、顺逆风以及侧风低空风切变样本图像间的形状特性关系,主要研究了小波不变矩的特征提取技术在风切变识别中的应用.首先,采用基于三次B样条的小波不变矩提取风切变图像的形状特征.然后,将提取的特征通过Fisher线性判别分析(LDA)降低维数,实现风切变有效特征的提取.最后,采用三阶近邻分类器分类识别四种低空风切变.实验结果表明,该算法与应用Hu矩和Zernike矩特征进行分类识别相比,识别结果更加稳定,且平均识别率得到了较大提高,能够有效用于风切变图像的类型识别中.     

基于小波变换模极大值的LiDAR风切变预警算法

为了更好地检测低空风切变, 保障飞机的飞行安全, 提出了一种基于小波变换模极大值的激光雷达风切变预警算法。先用小波变换求取重组逆风廓线上的模极大值, 找到"拐点"后再利用风切变判断标准来判断。在进行数值仿真和来自湖北郧西气象站、四川攀枝花机场的现场检测验证后, 确认新算法在准确性及效率方面都有良好的性能, 且脉冲型数据使用biorthogonal系中双数小波检测结果较准确, 而阶跃型和斜坡型数据需使用Daubechies系中Db5小波。结果表明, 鄂西北郧西县和攀枝花保安营机场均有风切变发生, 风切变强度为重度。该算法能检测不同类型的风切变, 不用考虑风切变的尺度, 较好地弥补了现有算法的不足, 为飞机的起降提供技术保障, 对实时检测和预警也有重大的意义。     

单多普勒激光雷达机场小尺度风场反演研究

基于机场上空小尺度风场结构特点以及单多普勒激光雷达测风原理,本文在现有气象雷达三维风场反演的VVP方法的基础上,提出一种基于三维风场在分析体积内均匀分布假设的几何反演算法。此方法对单多普勒激光雷达测得的径向速度进行处理,实现对机场上空实际风速大小及其角度的反演,进而对风切变等灾害性天气完成探测。通过反演数据与原始数据进行比较,分析反演误差,结果表明几何方法能够较好的反映小尺度风场变化趋势。