【摘要】：低空風(fēng)切變嚴(yán)重威脅著飛行安全,尤其飛機(jī)的起飛和著陸階段,是公認(rèn)的空中隱形殺手,而激光測風(fēng)雷達(dá)可以提供高時空分辨率的低空三維風(fēng)場信息,是探測低空風(fēng)切變的新型有利手段。目前國內(nèi)利用激光測風(fēng)雷達(dá)來識別低空風(fēng)切變的研究尚處于起步階段,進(jìn)行低空風(fēng)切變的識別算法研究具有重要意義。本文利用2015年7-9月和2016年1-4月在東北和昆明長水機(jī)場試驗得到的激光測風(fēng)雷達(dá)風(fēng)場實測資料,使用“K-鄰域頻數(shù)法”對激光雷達(dá)測風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)據(jù)質(zhì)量控制,并在晴、陰、霧霾和雨(含雷暴)等天氣背景下,通過與氣象常用小球測風(fēng)和風(fēng)廓線雷達(dá)風(fēng)場探測數(shù)據(jù)作對比,分析激光測風(fēng)雷達(dá)在以上天氣類型下風(fēng)場探測的精度、穩(wěn)定度以及誤差來源�；谏鲜龉ぷ�,利用最小二乘法線性擬合,設(shè)計了通過合成徑向和切向切變來識別低空風(fēng)切變的算法,并根據(jù)低空風(fēng)切變氣象特征和激光雷達(dá)測風(fēng)數(shù)據(jù)特點,結(jié)合航空器起飛降落安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,設(shè)計了低空風(fēng)切變告警閾值及重點監(jiān)測區(qū)域,且根據(jù)航空氣象服務(wù)用戶需求不同使用不同方式提供低空風(fēng)切變告警信息;最后,運用實例對切變告警系統(tǒng)識別效果進(jìn)行了檢驗。得到了如下結(jié)論:(1)低空風(fēng)切變通過同時影響迎角和空速從而影響升力和阻力,并最終破壞飛機(jī)的平衡影響飛機(jī)飛行安全。由強(qiáng)對流天氣、鋒面系統(tǒng)、逆溫層、空中急流、地面障礙物等因素引起的風(fēng)切變中,輻射逆溫、超低空急流和地形抬升引起的干性風(fēng)切變(晴空風(fēng)切變)是激光雷達(dá)擅長探測的類型。(2)K-領(lǐng)域頻數(shù)法能有效濾除噪聲回波和對缺測值進(jìn)行填補(bǔ),依據(jù)激光雷達(dá)測風(fēng)數(shù)據(jù)特點,通過多組對比試驗,得到適用于激光測風(fēng)雷達(dá)的最優(yōu)參數(shù)配置,使得運用該算法在抑制噪聲填補(bǔ)缺測的同時亦不會改變徑向速度的庫間脈動性。(3)通過對比晴天、陰天、霧霾天和雨天四種天氣類型下,激光測風(fēng)雷達(dá)和風(fēng)廓線雷達(dá)與探空氣球風(fēng)場探測的相關(guān)性、標(biāo)準(zhǔn)差和平均偏差,可知:晴、陰和霧霾天條件下,激光測風(fēng)雷達(dá)測風(fēng)精度優(yōu)于風(fēng)廓線雷達(dá),其水平風(fēng)與真值誤差的標(biāo)準(zhǔn)差低于風(fēng)廓線雷達(dá)的一半;其水平風(fēng)的標(biāo)準(zhǔn)差低于風(fēng)廓線雷達(dá)的一半;雨天(含雷暴)條件下,激光測風(fēng)雷達(dá)最大可測高度明顯降低,有時僅為風(fēng)廓線雷達(dá)的一半,表明其風(fēng)場探測受降水衰減影響比風(fēng)廓線雷達(dá)嚴(yán)重;激光測風(fēng)雷達(dá)測風(fēng)穩(wěn)定性優(yōu)于風(fēng)廓線雷達(dá),垂向連續(xù)高度上其與真值的相關(guān)系數(shù)少變且均達(dá)到0.9以上;以上天氣類型下,兩種雷達(dá)測風(fēng)精度都受大氣風(fēng)速變化影響,且隨大氣風(fēng)速增加呈不同變化趨勢。(4)基于低空風(fēng)切變的氣象特征及本質(zhì),提出利用最小二乘線性擬合的合成切變識別算法,有效識別出了低空風(fēng)切變,并依據(jù)航空器起飛降落安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,設(shè)計切變告警閾值和重點監(jiān)測區(qū)域,完成了低空風(fēng)切變告警算法的實現(xiàn)和切變準(zhǔn)確定位的目標(biāo)。(5)經(jīng)實例驗證表明,30例低空風(fēng)切變中,本文算法可識別出20例,命中率達(dá)66.67%,洛.馬WindAnalyer激光雷達(dá)只識別16例,命中率為53.33%,本文算法在識別低空風(fēng)切變發(fā)生時間、持續(xù)時段、定位精度和強(qiáng)度大小等方面均優(yōu)于WindAnalyer雷達(dá);其中有13例為晴空風(fēng)切變,本文算法可識別11例,命中率為84.61%,洛.馬激光雷達(dá)只識別了9例,命中率為69.23%,都遠(yuǎn)高于其他天氣類型下的命中率,可見激光雷達(dá)更適宜探測晴空風(fēng)切變。(6)分析識別失敗樣本得知,水汽分子含量、雨強(qiáng)、氣溶膠濃度、地物遮擋等都會造成激光雷達(dá)傳輸衰減,影響了本文算法和WindAnalyer雷達(dá)算法的風(fēng)切變識別效果。
【學(xué)位授予單位】：成都信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P412.25
【圖文】：

圖 2-1 相干激光測風(fēng)雷達(dá)系統(tǒng)框圖公式可解釋如下雷達(dá)發(fā)射信號可表示為：fxV.cos0 AOMp x λf =(f + f )= f + （2光與大氣中氣溶膠碰撞后產(chǎn)生的散射光被雷達(dá)接收器接收，探測到的光信號

如圖 2-2 所示。正東方向為 x標(biāo)系。設(shè)激光雷達(dá)測得的徑向角為ψ，矢量在直角坐標(biāo)系各個幾何關(guān)系為：Vr u cos θ cos ψ v sin θ cos ψ

016.05.08-2016.10.15風(fēng)場影響航班情況統(tǒng)計

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2773909