数据缺失情况下基于M⁃SPICE的低空风切变风速估计方法

针对机载气象雷达回波数据缺失的情况下,低空风切变风速估计失准这一问题,本文提出了一种基于缺失数据稀疏迭代协方差估计（Missing Sparse Iterative Covariance?based Estimation,M?SPICE）的低空风切变风速估计方法。该方法首先构造数据缺失模型,然后根据协方差拟合准则计算估计算子,并不断迭代更新得到最终所需的估计算子,进而恢复得到缺失的风切变数据,最后将恢复得到的数据重构得到完整的风切变数据,实现对风场速度的准确估计。仿真结果表明,该方法能够有效实现缺失数据的重建并精确地估计风速。     

幅相误差下基于CMCAP-JDL的低空风切变风速估计

针对机载气象雷达存在幅相误差的情况下，导致杂波抑制性能下降，低空风切变风速估计结果不准确的问题，本文提出了一种基于组合空时主通道-局域联合空时自适应处理（Combined Space-time Main Channel Adaptive Processing, CMCAP-JDL）低空风切变风速估计方法。该方法首先对雷达回波数据进行距离依赖性矫正及杂波协方差矩阵估计；然后对空域和时域加权，形成空域主波束和时域主通道，同时增加多个局域处理区域参与联合处理的方式来构造自适应降维处理器；最后使用权矢量对降维后的回波数据实现自适应滤波，完成幅相误差情况下风场速度的准确估计。仿真结果表明，该方法能够在幅相误差的情况下，实现低空风切变风速的准确估计。      

基于多普勒激光雷达低空风切变的数值仿真

多普勒激光雷达是目前在晴空条件下对低空风切变最有效的一种探测手段。完成了基于多普勒激光雷达探测所需的微下击暴流、侧风切变和低空急流等三维变化风场的数值仿真,仿真结果得到了各种风场的基本特征。依据多普勒激光雷达的波束扫描方式,选取雷达扫描仰角为5°,扫描半径为8 km,雷达径向步长为100 m来扫描仿真风场,最后得到雷达探测变化风场的仿真径向数据。这对于深入理解风切变的产生机理以及实现由激光雷达对风切变的探测、识别和预报等后续研究具有重要意义。仿真过程建立的变化风场模型简单,模型参数变化灵活、方便实用。     

机载气象雷达风切变探测技术研究

低空风切变探测是机载气象雷达主要的工作方式,其核心技术是信号处理算法。信号处理算法的有效性直接关系到低空风切变有效探测。文中介绍了低空风切变的概念和特征,系统地研究了信号处理相关技术。在传统FFT频域法的基础上,运用现代谱估计ARburg法对气象回波进行频谱估计,以提高气象回波平均速度和谱宽的计算准确性。在风速梯度计算方面,应用最小二乘法技术,有效地减小噪声和速度测量误差带来的影响。最后利用风切变回波模拟数据进行了系统仿真分析,仿真结果验证了该系统算法的有效性。     

机载柱形共形阵低空风切变风速估计方法

针对机载柱形共形阵气象雷达在探测低空风切变时,有用信号会受到强地杂波影响的问题,提出了一种机载柱形共形阵体制下的低空风切变风速估计方法。该方法首先从柱形共形阵特殊阵列流型引起杂波抑制困难的本质原因出发,利用空域角频率补偿法对各个距离单元的回波数据进行补偿,获得多个独立同分布(Independent and Identically Distributed, IID)的样本后估计杂波协方差矩阵,然后构造适用于低空风切变目标的空时自适应(Space-Time Adaptive Processing, STAP)处理器,在自适应抑制地杂波的同时积累风切变信号,最终实现风场速度的精确估计。仿真结果表明,该方法可有效实现地杂波的抑制并精确地估计风速。     

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。     

载机偏航下基于广义相邻多波束自适应处理的低空风切变风速估计

该文提出一种载机偏航下基于广义相邻多波束(GMB)自适应处理的低空风切变风速估计的方法,该方法首先利用基于回波数据的杂波距离依赖性补偿方法对杂波进行距离依赖性矫正,估计出杂波协方差矩阵。然后同时组合空域的相邻多个波束与时域的相邻多个多普勒通道来计算降维变换矩阵,并对待测距离单元内的雷达回波数据进行降维处理,进而构造GMB自适应处理器的最优自适应权矢量对降维后的回波数据实现自适应滤波。最后完成载机偏航下风场速度的准确估计。仿真结果验证了该方法能够在载机偏航情况下,获得风场速度的有效估计。     

基于空时自适应处理的低空风切变风速估计方法

针对机载气象雷达在探测低空风切变时,有用信号会淹没在强杂波背景中的问题,该文提出一种基于空时自适应处理(STAP)的低空风切变风速估计方法。该方法首先利用空时插值原理校正机载前视阵地杂波的距离依赖性,获得多个独立同分布(IID)样本后估计地杂波协方差矩阵,然后构造适用于分布式低空风切变目标的空时自适应处理器,在自适应抑制地杂波的同时积累低空风切变信号,最终实现风场速度的精确估计。仿真结果表明,在高杂噪比、低信噪比的情况下,该方法可有效地自适应抑制地杂波并精确地估计风场速度。     

基于激光雷达图像处理的低空风切变类型识别研究

基于多普勒激光雷达,结合大气流场理论实现对下击暴流、侧风切变、低空急流及顺逆风切变四种低空风切变的三维模拟仿真,建立雷达图像样本库,解决了风场数据难以获得及样本库难以建立的难题。基于图像处理方法实现风切变类型识别,针对同类样本差异较大的难题,采用多特征提取方法提取图像的形状特征和纹理特征进行组合识别。同时,采用基于SOM-SVM的二次识别算法实现了对缺失信息的图像的有效识别,提高了整体识别率。与传统的风切变研究相比,所用方法忽略气象因素,完全转化为图像处理问题,实现了低空风切变的类型识别,识别率达到97%。     

一种基于激光雷达探测的风场多特征反演方法北大核心CSCD

在航空安全领域,准确掌握低空风切变、湍流、飞机尾流等精细的三维风场信息,能为飞机安全起降提供重要支撑,其中激光雷达是极具潜力的风场信息精细获取的传感器。本文提出一种基于激光雷达的体积扫描策略及多风场特征获取方法,采用交替多个特定高度角的圆锥扫描方式,通过一次体扫综合实现三维风场反演、风切变预警以及湍流强度特征参数反演等功能。仿真和机场实验验证了本方法对于机场周边风切变和湍流的探测反演具有较好的性能。     

毫米波捷变频体制下低空风切变风速估计方法

机载气象雷达下视探测低空风切变时,复杂的电磁干扰及强地杂波会严重影响其对目标信号的检测,造成风场速度估计失准.针对上述问题,本文提出一种毫米波(millimeter wave,MMW)捷变频体制下的低空风切变风速估计方法.该方法采用载频脉组间捷变,在每个脉组内利用雷达系统先验信息设计两维两脉冲对消(two di-men...     

复杂地形环境下基于CL-KA-STAP的低空风切变风速估计方法

针对机载气象雷达在复杂的地形环境下探测低空风切变时,地杂波呈现的非均匀特征导致难以准确获得杂波统计特性,进而影响杂波抑制效果,使得风切变风速估计不准的问题,该文提出一种色加载知识辅助STAP(CL-KA-STAP)的低空风切变风速估计方法。该方法首先构造降维联合时空变换矩阵,并对待检测距离单元的回波信号进行降维处理,然后将由数字高程模型(DEM)和国家土地覆盖数据库(NLCD)获取的先验知识融入到组合空时主通道自适应处理器(CMCAP)中,构造色加载系数优化函数求解色加载系数,最后构造滤波器,实现杂波自适应滤波并准确估计风速。后续仿真结果证明了所提方法的有效性。     

基于多通道LFMCW雷达的低空风切变风速估计方法

在飞机起飞和进近着陆阶段中,风切变是一种对飞行危害最大的气象现象,如何有效地探测风切变并及时地规避危险对保障飞行安全至关重要。本文提出了一种将多通道线性调频连续波(Linear Frequency Modulated Continuous Wave, LFMCW)雷达应用于低空风切变检测中的实现方法。首先介绍了多通道LFMCW雷达的信号模型,然后利用空时自适应处理(Space-Time Adaptive Processing, STAP)方法抑制地杂波并匹配风切变信号,最后通过双脉冲重复频率(Dual-Pulse Repetition Frequency, D-PRF)解速度模糊法订正模糊速度,从而实现了风速的精确估计。后续实验仿真结果证明了本文所提方法的有效性。      

基于DDD-GMB的低空风切变风速估计方法

当机载气象雷达在非均匀地杂波环境下探测低空风切变时,会遇到杂波协方差矩阵估计不准确问题,从而影响风速的正确估计。针对上述问题,本文提出一种在非均匀地杂波环境下基于直接数据域-广义相邻多波束（Direct data domin-Generalized adjacent multiple-beam,DDD-GMB）的低空风切变风速估计方法。首先,在非均匀地杂波环境下直接对待检测距离单元进行杂波协方差矩阵估计;然后利用空域相邻多波束和时域相邻多普勒通道构造空时降维处理器,在降低系统自由度的同时,也降低了对训练样本数的要求,最后构造代价函数估计得到风速。仿真结果表明,本文方法可以在非均匀地杂波环境下精确的估计风速。      

基于激光测风雷达的机场低空风切变识别算法

介绍了低空风切变识别的研究情况,提出了一种基于激光测风雷达的机场低空风切变识别算法,针对性设计了重点监测区域和告警方式;并于2016年春季和2018年春夏季,在气候、地形复杂度不同的多个机场进行低空风切变监测试验,通过分别与国外某型激光测风雷达以及同时段航空器报告结果做对比,评估本文算法的切变识别能力。试验结果表明,本文算法可以有效监测到激光测风雷达探测范围内的低空风切变,命中率可达88%以上。     

高分辨单脉冲雷达距离像回波建模仿真

为了有效模拟和分析雷达目标回波特点,提出了一种数字仿真方法来建模和设计雷达目标回波。通过对高分辨单脉冲雷达的原理分析,设计雷达目标回波仿真系统框架,将系统分解成多个模块,针对每个模块建立相应的数字模型,并利用计算机软件实现,仿真表明该方法能有效建立雷达目标三通道一维距离像回波,并对后续单脉冲跟踪数据处理的研究具有指导意义。     

多普勒天气雷达与风廓线雷达测风比较

多普勒天气雷达可以在线性风场的假设条件下,从其所获取的径向速度数据中通过傅氏变换求解得到不同高度上的环境水平风矢量及散度;风廓线雷达以空中湍流为目标,在风场一致性及各向同性的假设条件下,通过测量目标运动的径向速度来反演所在地上空的三维风场。新一代多普勒天气雷达可以测量测站周围30km内不同高度层上的平均风场,测量范围大;风廓线雷达可比较准确地测量测站上空的三维风场,且垂直分辨率较高。两者的测量机理不同,探测的空中目标也存在一定的差异。其测量结果可以互相补充,前提是两者的测量具有很好的一致性和可比较性。这对正确理解和合理利用这两种雷达数据都有一定的帮助。