多普勒激光雷达的飞机尾涡识别方法

为了提高民航安全和飞行效率，实现对尾涡的准确识别，对飞机尾涡的空气动力学理论，特别是经典的Hallock-Burnham尾涡速度数学模型进行了分析研究。结合多普勒激光雷达探测涡流风场径向速度的原理，建立了雷达飞机尾涡探测的径向速度标准模型，引入滑动窗口思想，提出一种基于波形相似度匹配的方法，对尾涡进行自动识别，并给出了详细的算法流程；利用实测的激光雷达风场及雷达底层数据和假设检验方法对该识别方法进行了理论分析和实验验证。结果表明，该算法对飞机尾涡的有效识别率为90%。研究结果对进一步的尾涡监测具有一定参考价值。     

基于k最近邻的激光雷达飞机尾涡识别

为了对脉冲多普勒激光雷达探测径向速度场进行识别,建立了基于k最近邻(KNN)方法的分类模型。结合飞机尾涡Hallock-Burnham模型和脉冲多普勒激光雷达特性,提取脉冲多普勒激光雷达探测径向速度场的特征参量。基于现有测试数据,在非均匀背景风场下利用KNN方法对飞机尾涡进行识别。结果表明,以准确率(ACC)和ROC曲线下的面积(AUC)作为评估标准,所提出的方法对尾流识别所获得的ACC和AUC分别为0.772和0.855。该方法可有效地识别飞机尾涡并具备较好的鲁棒性。     

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.     

飞机尾涡相干激光探测系统设计与性能分析

为保证飞行安全,并尽可能地提高机场跑道容量,对飞机尾涡相干激光探测系统进行了设计。从飞机尾涡激光探测的总体要求出发,提出相干激光探测系统结构,同时针对激光光源参数以及平衡探测光路结构进行设计,给出整个系统的设计参数。通过对所设计系统的探测信噪比以及测速精度的仿真分析表明,所设计的飞机尾涡相干激光探测系统能够满足尾涡探测的需求,当脉冲能量达到25 mJ以上时,雷达在探测距离7 km内的探测信噪比大于3 dB;在2 km内测速精度优于0.2 m/s。     

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...     

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%。     

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%。     

基于雷达探测数据的ARJ21尾流遭遇响应研究

为了缩减ARJ21飞机与前机的尾流间隔、提高空域容量和机场运行效率, 采用基于机场激光测风雷达实际探测飞机尾涡数据, 结合国产客机ARJ21空气动力学响应模型, 进行了理论分析和实验验证, 取得了ARJ21飞机在不同前机尾流作用下受到的气动力和力矩随时间的变化情况。结果表明, ARJ21飞机作为后机跟随重型机B747, 间隔9.3km, 此时处于无颠簸状态, 滚转力矩系数小于极限范围; ARJ21飞机作为后机跟随中型机A320、B737, 间隔6km, 此时处于无颠簸状态, 滚转力矩系数小于极限范围。此研究结果说明ARJ21飞机尾流间隔具有一定的缩减空间。     

运动目标微多普勒效应的激光雷达相干探测及特征提取

在建立口径为200mm,波长为1550nm的全光纤型激光相干雷达探测系统的基础上,展开对运动目标微多普勒效应的实验研究。对实验获取信号进行频谱分析和时域-频域联合分析的结果表明,时间-频域联合分析方法可有效地提取运动目标的微多普勒效应特征,从而得到目标在20～2000Hz的振动特征。利用这些特征可区分和识别不同运动目标,为目标的探测、分类和识别提供了一条有效的途径。     

ADS-B民航飞机实时参数信息的提取及验证

采用软件定义无线电(SDR)技术提取ADS-B信息。首先运用软件无线电技术和射频前端从飞机的ADS-B信号中获得I/Q数据;然后结合CPR全球解码算法解调出飞机的ICAO、高度、坐标、速度等信息;最后通过飞机高速运动产生的多普勒效应来对解调信息进行分析和验证。由SDR技术开发的ADS-B信息解码系统具有解码准确、廉价的开发成本和灵活性好等特点。     

激光雷达探测合肥云层高度方法研究及分析

为了通过雷达回波信号廓线图准确确定云底、云峰、云顶高度,采用微分识别法着重分析了多峰时如何判别单层云和多层云,介绍了雷达结构系统,讨论了2008年5月期间合肥地区云层的高度、厚度、光学厚度的激光雷达探测结果,并进行了理论分析和实验验证。为验证方法的可行性,将雷达和芬兰Vaisala云高仪(探测距离0km～7km)对准同一片云,取得了实测数据,并进行了对比分析。结果表明,用微分法所得云高数据与Vaisala在7km以下较吻合,7km以上所测的卷云和SAGEⅡ所测的卷云高度基本一致,且实验所测合肥上空的高层卷云基本上都是薄卷云,云峰主要分布在9km～12km范围之内。这一结果对以后研究云层高度反演、并与卫星数据进行校验对比是有帮助的。     

逆合成孔径成像激光雷达微多普勒效应分析及特征提取

 研究了基于逆合成孔径成像激光雷达的目标微多普勒效应,分析了激光信号高载频和大带宽对目标微动点一维距离像的影响,在此基础上建立了相应的微多普勒特征参数方程并讨论了快时间对微多普勒效应的影响.针对逆合成孔径成像激光雷达系统目标微多普勒效应的特点,提出了一种结合二值数学形态学腐蚀膨胀运算和推广Hough变换的目标微多普勒特征提取方法.仿真实验验证了文中微多普勒效应理论分析和微多普勒特征提取算法的正确性,并证明了逆合成孔径成像激光雷达对厘米或毫米量级微动观测的有效性.