[发明专利]基于侧视雷达的降雨条件下飞机尾流环量估计方法

说明书

本发明提供一种基于侧视雷达的降雨条件下飞机尾流环量估计方法，利用单站侧视Doppler雷达进行探测。技术方案包括下述步骤：第一步、无飞机尾流时，通过最强散射雨滴的多普勒速度计算其下落末速度；第二步、有飞机尾流时，根据最强散射雨滴的多普勒速度和飞机尾流的对称关系计算各雷达距离单元内最强散射雨滴的运动速度；第三步、对最强散射雨滴的运动速度求物质导数得到其对应的加速度；第四步、利用非线性最小二乘方法优化求解最强散射雨滴的运动方程获得飞机尾流速度环量。本发明可以实现飞机在起飞和降落阶段的尾流的速度环量估计。

技术领域

本发明属于航空安全技术领域，涉及降雨条件下飞机尾流的速度环量估计方法，可为飞机在机场起降阶段的尾流危害定量评估提供有效的技术支撑。

背景技术

飞机尾流是飞机飞行时因机翼上下翼面压力差而在其后方形成的一种反向旋转的强烈涡旋，具有空间尺度大、持续时间长、旋转强烈等特点。飞机尾流对后续飞机的飞行安全具有严重影响，如可能发生翻滚、抖动、失速等。据美国国家交通安全委员会的统计，1993年到2000年间美国境内约三分之一的航空事故与尾流相关；在机场和航空母舰的进港/离港航线上，由于飞机起降密集，飞机尾流的影响更大，是制约机场吞吐量、航空母舰飞机起降的主要因素之一。尾流实时探测现已成为航空领域亟需解决的关键技术问题，亦是欧洲统一天空空管计划和美国下一代航空运输系统等重大科技计划的重要组成部分，引起了法国Thales公司，法国国家航天航空研究中心，德国宇航中心、美国国家航空航天局、联邦航空局、林肯实验室、波音公司等机构强烈的研究兴趣。

速度环量是描述飞机尾流强度的一个最直接的量，也是航空安全领域评估飞机尾流危害最常使用的参量。在降雨条件下，飞机尾流的散射主要来自尾流内部受到尾流速度场调制的雨滴，通过雷达探测和反演雨滴的运动参数可望实现飞机尾流的速度环量估计。法国Thales公司根据飞机尾流多普勒特性，在忽略雨滴惯性的情况下，基于Doppler谱建立了各阶谱矩与尾流速度环量的比例关系式，见参考文献“F.Barbaresco,V.Brion,andN.Jeannin,Radar wake-vortices cross-section/Doppler signaturecharacterization based on simulation and field tests trials,IET Radar,Sonar&Navigation,vol.10,no.1,pp.82–96,2016.”。但这种方法未考虑雨滴的惯性和变加速特性，对于毛毛雨以上降雨量的情况下不再适用。因此，亟需发展较为普适的基于雷达探测的降雨条件下飞机尾流速度环量估计方法，为航空安全中飞机的自适应飞行、机场跑道上飞机的起降间隔管理提供重要的支撑。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：本发明拟在有降雨但无侧风的条件下，通过侧视(即雷达位于机场跑道的一侧)Doppler雷达探测尾流内部雨滴的速度变化来间接估计尾流的速度环量参数。

本发明技术方案是：一种基于侧视雷达的降雨条件下飞机尾流环量估计方法，利用单站侧视Doppler雷达进行探测，其特征在于，包括下述步骤：

第一步、无飞机尾流时，通过最强散射雨滴的多普勒速度计算其下落末速度；

第二步、有飞机尾流时，根据最强散射雨滴的多普勒速度和飞机尾流的对称关系计算各雷达距离单元内最强散射雨滴的运动速度；

第三步、对最强散射雨滴的运动速度求物质导数得到其对应的加速度；

第四步、利用非线性最小二乘方法优化求解最强散射雨滴的运动方程获得飞机尾流速度环量。

采用本发明可取得以下技术效果：本发明针对降雨条件下飞机尾流，提出一种基于单站Doppler雷达(置于跑道一侧)的飞机尾流速度环量估计方法，可以实现飞机在起飞和降落阶段的尾流的速度环量估计，为定量评估飞机尾流危害性并实时调整飞机起降间隔等方面提供支撑。

附图说明