涡度-散度法反演基于单多普勒激光雷达的低空三维风场

基于机场上空的低空小尺度天气系统风场结构以及单多普勒激光雷达测风原理,选取涡度-散度方法作为风场的反演方法,对方法进行改进后对由激光雷达得到的径向风速数据进行处理,实现对机场上空的三维风场的反演。最后对机场上空的天气结构进行了仿真,实现了基于涡度-散度方法的风场反演,并分析了反演的误差,结果表明能较好地反映小尺度的风场结构。     

基于单激光雷达的低空风场反演与精度分析

利用激光雷达进行风场检测,可以通过多普勒频移来获取径向速度矢量,对于单一的激光雷达测速系统测得的数据要进一步反演才能得到三维的风场信息.文中介绍了一种基于双边缘的直接探测激光雷达系统,采用圆锥扫描方式,对于获取的径向速度信息选取扫描圆锥的垂直截面上互相正交的四个点,在均匀风的假定下,利用空间几何的特性求出中心点的三维速度信息,并依据雷达系统对于径向速度的测量精度,综合考虑了角度和距离分辨率以及由观测坐标系到地面坐标系的变换对精度的影响,计算结果表明:反演的三维风矢量精度最差可达到2.8 m/s.     

激光雷达中基于组合纹理的低空风切变识别算法

针对不同的风切变在激光雷达图像上所呈现的不同纹理特性,提出了一种组合局部纹理特征和全局纹理特征的识别方法。先分别从激光雷达风切变图像中提取LBP特征和灰度-梯度共生矩阵特征,LBP特征反应图像的局部纹理,代表风场局部风速的变化,灰度-梯度共生矩阵特征反应图像的全局纹理,代表风场全局的风速变化,再通过典型相关分析对两种特征进行融合,最后采用最近邻分类器对三种风切变进行匹配识别。实验结果表明,该算法对三种低空风切变的平均识别率达到99.02%,与三种单一的纹理特征分类识别相比,分别提高了18.86%,5.88%和7.01%。     

小尺度风场反演中的多普勒激光雷达数据同化方法分析

基于小尺度天气结构风场反演和变分同化方法理论,分析了平滑罚函数在变分同化方法中的作用,通过模拟它在不同多普勒雷达观测数据误差时的变化,总结了平滑罚因子在整个反演过程中的作用.得出结论,对小尺度天气结构,平滑罚因子可以提高数据反演的精度,而且选择适当的平滑罚因子对提高反演质量有明显的作用,可以很好地应用于真实测量数据的反演,并给出确定平滑罚因子的一般算法.     

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。      

非线性方程法确定低空探测机载激光雷达消光系数边界值

提出了机载激光雷达进行低空探测时确定消光系数边界值的非线性方程法。首先根据机载激光雷达方程推导出消光系数边界值与机载激光雷达回波信号之间的函数关系,构建一个以消光系数边界值为变量的非线性方程。然后采用改进Jarratt法求此非线性方程的数值解,得到消光系数边界值。使用地基激光雷达真实回波信号数据模拟得到的机载激光雷达回波信号,进行了实验验证,并与斜坡法进行了比较。结果表明,本方法确定边界值的相对误差比斜坡法减小5.9%,由于其具有六阶的收敛特性,迭代次数仅为3次。该方法不需辅助测量设备,精度较高,收敛速度快,迭代次数少,具有良好的应用前景。