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。

基于速度结构函数的多普勒激光雷达低空湍流预警算法

为提高激光雷达对小尺度低空湍流的预警率,提出了一种将下滑道扫描与横向速度结构函数相结合的预警算法。首先,把下滑道扫描方式下得到的扫描扇区分成多个重叠的子扇区,采用空间波动法计算每个子扇区的横向结构函数。其次,将结构函数与Von Karman模型预测的结构函数拟合得到涡流耗散率,并以国际民航组织规定的湍流阈值来判断湍流强度。使用香港天文台安装在香港国际机场实的激光雷达采集数据进行了实验验证,结果表明新方法能够检测出纵向速度结构函数未能检测出的小尺度湍流。该方法是有效的,对于提高湍流的预警率有重要意义。

测风激光雷达修正F因子的小尺度风切变检测算法

针对由复杂地形或地理环境等因素诱发范围小但强度大的晴空风切变无法被已有风切变算法检测的问题,提出一种测风激光雷达修正F因子来检测这种小尺度风切变的算法。将传统F因子中雷达无法直接测量的垂直风速分量通过理论模型转换为径向风速梯度的函数,将解算F因子的关键点落在得到径向风速梯度的问题上。先从晴空风场数据中提取出激光雷达下滑道扫描的风速廓线,再用最小二乘法计算风速廓线的径向梯度,进一步求解得到修正后的F因子,并根据其经验阈值来判别风切变,最后使用香港国际机场提供的实测激光雷达风场数据进行了实验验证。实验结果表明,当风切变范围在400~800m时,该算法能够检测出现有斜坡算法无法检测到的小尺度风切变,并将小尺度风切变检测范围扩大2NM。该方法利用地面激光雷达数据来衡量机载指标变化,并在检测几百米的小尺度风切变方面效果明显,对于降低风切变漏报率和提高风切变预警率都具有重要意义。

机场多普勒激光雷达风切变探测与识别

近年来北京首都国际机场航班量增长,遭遇风切变的概率增加,目前仍缺乏有效预警风切变的手段。本文使用安装在北京首都国际机场跑道旁边的多普勒激光雷达执行下滑道扫描模式,对跑道附近区域进行风场探测,获取飞机起降区域的三维风场结构。通过对实时探测资料进行插值处理,选取飞机下降过程中所经区域内的数据来构成下滑道顶风廓线,并采用风切变识别算法对顶风廓线进行检测,以此获得风切变发生的位置和区域,并将其标识出来,从而为管制员指挥飞机起降以及飞行员执行飞机起降提供预警。本文使用飞机机组提供的风切变报告对研究结果进行验证,结果表明该方法能检测出飞机下滑道路径上的风切变,统计结果显示预警率达到了73.33%。研究结果为多普勒激光雷达有效探测和识别机场风切变提供了参考依据。