[发明专利]利用机载雷达对风场进行危险性评估的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对风场进行危险性评估的方法。更具体地说，本发明涉及一种利用机 载雷达对风场进行危险性评估的方法。

背景技术

穿越危险风场的飞行会导致飞机颠簸和较大的机体过载，不仅严重影响客机的乘坐品 质，还会导致客舱致伤等危险事件，遭遇紊流时乘客受伤的事故时有发生。

目前在役飞行器对紊流及微下冲风切变等扰动风场的探测和预警，主要依靠以气象雷 达为核心的探测设备。现在的气象雷达广泛使用多普勒相参体制，这种雷达可以提供风场 的平均径向速度和谱宽数据，分别包含了风场速度的平均值和方差信息。

当前已经有成熟的方法，可以利用雷达谱宽数据对风场的紊流耗散率等微观结构性参 数进行估计。尽管谱宽以及紊流耗散率都包含了风场速度的均方根信息，但是并不能直接 用于评估风场对飞行器飞行的影响。从飞行员和地面指挥人员的角度，更希望获取风场对 飞行影响程度的直观信息。

当前的气象雷达大多只能为飞行员和指挥员提供基本反射率因子、平均径向速度和谱 宽等直接观测数据，由使用者根据经验去判断风场的危险程度。新一代的气象雷达，如 2001年左右罗克韦尔-柯林斯(RockwellCollins)公司开发的紊流探测和预警系统 (TurbulencePredictionandWarningSystem,TPAWS)，预先通过大量的飞行实验积累风场 谱宽和飞机响应的对应数据，并存储在雷达存储器中，雷达装机使用时，根据预先存储的 数据和探测得到的雷达谱宽，对飞机响应的法向过载均方根进行估算，并将估算结果显示 出来。这种方法有这样一些缺点：(1)成本较高，而且穿越危险风场的飞行试验具有较大 的危险性；(2)使用法向过载均方根作为评价依据，难于充分考虑脉冲振动；(3)评价过 载的均方根，没有考虑振动频率对人体健康和舒适性评估的影响；(4)飞机各轴向都存在 振动，使用法向过载均方根仅做单一方向的振动评估偏于片面。

基于这样的背景，针对风场危险性进行评估的方法需求，需要一种使用机载雷达对风 场进行危险性评估的方法，以方便飞行员和地面指挥人员及时对空域风场的危险性建立直 观认识，并及时做出飞行决策，以避免飞行事故并提高乘客的乘坐舒适性。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供比现有雷达更为直观详细的风场信息，对风场的评估更加 全面和合理。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种利用机载雷达对风场进行危险性 评估的方法，包括以下步骤：

步骤一、机载雷达对目标区域的风场进行实时测量，以得到所述风场的紊流强度的估 算值，并对风场进行数字重建；

步骤二、利用步骤一得到的数字重建后的风场，结合雷达载机的飞机模型和飞行参数 进行飞行动力学仿真，得到飞机穿越风场时的三轴移动加速度和三轴转动加速度；

步骤三、设定最小观测区间，对目标区域进行划分，将步骤二得到的三轴移动加速度 和三轴转动加速度按照所述最小观测区间进行离散化，通过快速数字傅里叶变换算法将离 散化的三轴移动加速度和三轴转动加速度的时域信号转化为频域信号，将转化后的三轴移 动加速度和三轴转动加速度根据不同频段的影响等级依次进行加权求和和全时长均方根 求取，得到三轴均方根移动加速度和三轴均方根转动加速度；

步骤四、将步骤三中多个最小观测区间内得到的三轴均方根移动加速度和三轴均方根 转动加速度进行加权求和，得到飞机穿越风场飞行时的等效总振动量，将所述等效总振动 量与预先设定的等效总振动量的指标进行对比，进而完成对风场的危险性评估。

优选的是，所述的利用机载雷达对风场进行危险性评估的方法中，所述步骤三中的最 小观测区间为空间尺度上的最小观测区间或时间尺度上的最小观测区间。

优选的是，所述的利用机载雷达对风场进行危险性评估的方法中，所述最小观测区间 为400米或5秒。

优选的是，所述的利用机载雷达对风场进行危险性评估的方法中，所述步骤三中还包 括，采用加海明窗的形式对快速数字傅里叶变化算法导致的信息失真进行误差修正。

优选的是，所述的利用机载雷达对风场进行危险性评估的方法中，所述步骤二中得到 的飞机穿越风场时的三轴移动加速度的计算公式如下：