[发明专利]基于多普勒速度极差的晴空飞机尾流特征参数估计方法

说明书

本发明提供一种基于多普勒速度极差的晴空飞机尾流特征参数估计方法。技术方案包括：步骤一：利用激光雷达探测系统，获取激光雷达扫描区域内不同测量单元处的多普勒速度并计算多普勒速度极差；步骤二：根据多普勒速度极差分别计算尾流的两个漩涡涡心到激光雷达的径向距离；步骤三：对两个漩涡涡心径向距离处不同仰角上测量单元的多普勒速度分别进行平滑；步骤四：利用平滑后的多普勒速度分别计算尾流的两个漩涡涡心所在径向方向上的仰角；步骤五：根据两个漩涡涡心到激光雷达的径向距离及对应的仰角，计算两个漩涡的环量。本发明计算量小、正确率高。

技术领域

本发明属于航空安全技术领域，涉及基于激光雷达探测的晴空条件下飞机尾流特征参数(即涡心位置和环量)的估计方法。

背景技术

飞机尾流是飞机飞行时在其后方产生的一对反向旋转的强烈漩涡，其对后续飞机的飞行安全具有重大影响，可能使后机产生抖动、颠簸，甚至失去控制，因此引起了航空安全领域的广泛关注。对飞机尾流进行探测并对其特征参数(涡心位置，环量)进行估计，有助于空管(空中交通管制)人员评估飞机尾流的危险性，并据此动态地制定航班的起降计划，以有效提升机场的飞机起降容量，降低航班晚点率。

本发明主要关注晴空条件下飞机尾流的探测和参数估计问题。在此条件下，探测飞机尾流的有效传感器为激光雷达。目前，基于激光雷达探测的晴空飞机尾流特征参数估计方法主要有两大类。

第一类方法属于速度包络匹配方法，参见文献[1]，这类方法首先根据多普勒速度谱以及与回波信噪比相关的门限值得到尾流的速度包络分布，继而根据速度包络估计出涡心位置，再基于现有的速度模型计算环量值。这类方法虽然计算量较小，但是往往误差较大。第二类方法属于模板匹配方法，参见文献[2]，这类方法通常首先建立表征尾流参数与测量数据之间的数学模型，然后利用激光雷达回波数据对数学模型进行拟合，得到待求特征参数的估计值。这一类方法往往需要进行非线性拟合(如最小二乘，最大似然)计算，耗费的计算时间较长，不利于飞机尾流的实时探测和参数估计。

所以，在实际应用中亟需发展飞机尾流特征参数的快速估计方法，使其能够兼具计算量小和准确率高的优点，为空中交通管制中基于尾流探测的飞机动态间隔调度提供技术支撑。

发明内容

本发明的目的是利用激光雷达探测得到的飞机尾流多普勒速度数据，较快速准确地得到飞机尾流的特征参数——飞机尾流的强度和位置。其中，飞机尾流的强度用漩涡环量来表征，尾流的位置由两个涡心的位置来表征。

为了实现上述目的，本发明的步骤示意图如图1所示。接下来将对其中的步骤进行说明。

步骤一：利用激光雷达探测系统，获取激光雷达扫描区域内不同测量单元处的多普勒速度并计算多普勒速度极差；

步骤二：根据多普勒速度极差分别计算尾流的两个漩涡涡心到激光雷达的径向距离；

步骤三：对两个漩涡涡心径向距离处不同仰角上测量单元的多普勒速度分别进行平滑；

步骤四：利用平滑后的多普勒速度分别计算尾流的两个漩涡涡心所在径向方向上的仰角；

步骤五：根据两个漩涡涡心到激光雷达的径向距离及对应的仰角，计算两个漩涡的环量。

其中，步骤三的具体内容如下：