一种激光雷达与风廓线雷达联合探测识别风切变的方法技术

技术编号:24329780 阅读:179 留言:0更新日期:2020-05-29 19:13
本发明专利技术涉及气象探测及激光雷达应用领域,具体是涉及一种激光雷达与风廓线雷达联合探测识别风切变的方法。通过风廓线雷达获取风廓线雷达上空的风场数据,通过激光雷达获取激光雷达上空的风场数据。通过激光雷达上空的风场数据和风廓线雷达上空的风场数据,获取机场跑道上空的风切变数据,所述风切变数据包括风切变的值、发生风切变的时间、风切变的高度位置。若风切变的值大于标准值,则机场的报警系统提示告警信息,否则不提示告警信息,告警信息包括发生风切变的值大于标准值的高度位置和时间。

A method of joint detection and recognition of wind shear by lidar and wind profile radar

【技术实现步骤摘要】
一种激光雷达与风廓线雷达联合探测识别风切变的方法
本专利技术涉及气象探测及激光雷达应用领域,具体是涉及一种激光雷达与风廓线雷达联合探测识别风切变的方法。
技术介绍
风切变是一种大气现象,风向、风速在空中水平和(或)垂直距离上的变化。风切变按风向可分为水平风的水平切变、水平风的垂直切变、垂直风的切变,水平风的水平切变是风向和(或)风速在水平距离上的变化,水平风的垂直切变是风向和(或)风速在垂直距离上的变化,垂直风的切变是垂直风(即升降气流)在水平或航迹方向上的变化,下冲气流是垂直风的切变的一种形式,呈现为一股强烈的下降气流,范围小而强度很大的下冲气流称为微下冲气流。据世界气象组织和国际民航组织统计,风切变是对飞机起降阶段飞行安全威胁最大的天气现象,许多重大空难事故是由风切变引起。目前国内现有的探测风切变是通过单个雷达进行单站探测,难以覆盖整个机场跑道的上空,获取的数据有限,导致探测的准确性低。
技术实现思路
为解决上述技术问题,本专利技术提供了一种激光雷达与风廓线雷达联合探测识别风切变的方法,能够扩大探测的覆盖范围,提高探测的准确性。为实现上述目的,本专利技术采用了以下技术方案:一种激光雷达与风廓线雷达联合探测识别风切变的方法,包括如下步骤:S1,通过风廓线雷达获取风廓线雷达上空的风场数据,通过激光雷达获取激光雷达上空的风场数据,风场数据包括风速、该风速所在的高度位置、发生该风速的时间;S2,通过激光雷达上空的风场数据和风廓线雷达上空的风场数据,获取机场跑道上空的风切变数据,所述风切变数据包括风切变的值、发生风切变的时间、风切变的高度位置;其中,风切变的值为在同一高度上的风廓线雷达获取的风速与激光雷达获取的风速的两者之差的绝对值;S3,若风切变的值大于标准值,则机场的报警系统提示告警信息,告警信息包括发生风切变的值大于标准值的高度位置和时间。进一步,风切变的值为Fi:Fi=|Vi*cos(Di+θ)-vi*cos(di+θ)|其中,Fi为高度i位置处的风切变的值,Vi为风廓线雷达上空高度i位置处的风速大小,Di为风廓线雷达上空高度i位置处的风向,vi为激光雷达上空高度i位置处的风速,di为激光雷达上空高度i位置处的风向,风向即风的方向与水平面之间的夹角,θ为常数。进一步,其中,v1i、v2i、v3i、v4i分别是激光雷达的第一个波束、第二个波束、第三个波束、第四个波束在高度i位置处获取的风的分速度,v1i、v2i、v3i、v4i与水平方向的夹角均为α,offset为设定的校准角度。进一步优选的,第一个波束和第三个波束关于竖直方向对称设置,第二个波束和第四个波束关于竖直方向对称设置。进一步优选的,第一个波束、第二个波束、第三个波束、第四个波束均匀分布在激光雷达扫描形成的圆周上。进一步优选的,在同一高度i位置处,激光雷达获取其上空高度i处风速vi的时间为t激光,风廓线雷达获取其上空高度i处风速Vi的时间为t风廓,若t激光与t风廓之差的绝对值小于设定的阈值,则保存风速vi,否则删除该风速vi并采用相邻时间和/或相邻位置的风速填充,填充之后的风速作为激光雷达上空高度i处的风速v′i。进一步优选的,其中,其中,hi-1为i-1位置处的高度,hi为i位置处的高度,hi+1为i+1位置处的高度,hi+1大于hi,hi大于hi-1,xi+1为hi+1高度的风速vi+1在直角坐标系中的横坐标,yi+1为hi+1高度的风速vi+1在直角坐标系中的纵坐标,xi-1为hi-1高度的风速vi-1在直角坐标系中的横坐标,yi-1为hi-1高度的风速vi-1在直角坐标系中的纵坐标;其中,在高度hi+1处,第一个波束获取的风的分速度为v1(i+1),第二个波束获取的风的分速度v2(i+1),第三个波束获取的风的分速度v3(i+1),第四个波束获取的风的分速度v4(i+1),风速vi+1为v1(i+1)、v2(i+1)、v3(i+1)和v4(i+1)的合速度;在高度hi-1处,第一个波束获取的风的分速度为v1(i-1),第二个波束获取的风的分速度v2(i-1),第三个波束获取的风的分速度v3(i-1),第四个波束获取的风的分速度v4(i-1),风速vi-1为v1(i-1)、v2(i-1)、v3(i-1)和v4(i-1)的合速度。进一步,所述激光雷达和风廓线雷达分别位于飞机跑道长度方向的两端。进一步优选的,所述相邻时间为5s本专利技术的有益效果如下:(1)本专利技术利用了激光雷达垂直廓线模式探测提供的数据与原有的风廓线雷达数据,进行数据分析计算,判断风切变是否发生以及进行风场数据和告警界面显示。激光雷达和风廓线雷达同时进行探测,一方面能够增大探测范围,覆盖飞机跑道的上空,获取更多的探测数据,以便提高获取的风切变的准确度。另一方面激光雷达和风廓线雷达彼此作为参照,能够判断出获取的数据是否准确,进一步提高了探测的准确性,降低飞机事故的发生。(2)通过实时采集获取的激光雷达数据和风廓线雷达数据,采用三维坐标系中数据转换计算的方式进行识别,准确率高。利用不同探测雷达进行机场跑道上方不同高度位置的风切变识别,解决了单个类型的雷达的限制问题,也解决了传统基于地面站的低空风切变预警系统无法探测高空风场的问题。(3)本专利技术的探测方法能够获取飞机跑道上空不同高度的风切变,以便获知风机在哪个高度是安全的。(4)当两个雷达获取风速的时间差值大于阈值时,剔除这个风速,并采用相近时间或相邻位置上的激光雷达与风廓线雷达数据进行填充,提高后续风切变计算的准确性,剔除无效数据提高数据质量,提升风切变识别的精确度和告警信息的完整度。(5)激光雷达分辨率高,通过数据分层计算,提高水平风垂直切变的探测精确性,重点关注飞机降落点上空区域,保障了飞机降落时的飞行安全。附图说明图1为本专利技术的雷达波束扫描示意图;图2为本专利技术的流程图;图3为本专利技术的激光雷达和风廓线雷达在飞机跑道上的分布示意图;图4为本专利技术的探测结果在告警系统上的示意图。具体实施方式以下结合实施例和说明书附图,对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。实施例一种激光雷达与风廓线雷达联合探测识别风切变的方法,如图2所示,包括如下步骤:S1,如图3所示,风廓线雷达和激光雷达分布在飞机跑道的两端,飞机跑道南北设置,飞机从风廓线雷达飞向激光雷达,也可以从激光雷达飞向风廓线雷达。可以采用两个相同的雷达,比如两个激光雷达。本实施例中,是采用两个不同类型的雷达,分别是风廓线雷达和激光雷达,解决了其他设备探测中的不足以及水平切变和水平风垂直切变的同时探测问题。符合ICAO国际标准里对重点区域的探测。通过风廓线雷达获取风廓线雷达上空的风场数据,通过激光雷达获取激光雷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达与风廓线雷达联合探测识别风切变的方法,其特征在于,包括如下步骤:/nS1,通过风廓线雷达获取风廓线雷达上空的风场数据,通过激光雷达获取激光雷达上空的风场数据,风场数据包括风速、该风速所在的高度位置、发生该风速的时间;/nS2,通过激光雷达上空的风场数据和风廓线雷达上空的风场数据,获取机场跑道上空的风切变数据,所述风切变数据包括风切变的值、发生风切变的时间、风切变的高度位置;其中,风切变的值为在同一高度上的风廓线雷达获取的风速与激光雷达获取的风速的两者之差的绝对值;/nS3,若风切变的值大于标准值,则机场的报警系统提示告警信息,否则不提示告警信息,告警信息包括发生风切变的值大于标准值的高度位置和时间。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达与风廓线雷达联合探测识别风切变的方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1,通过风廓线雷达获取风廓线雷达上空的风场数据,通过激光雷达获取激光雷达上空的风场数据,风场数据包括风速、该风速所在的高度位置、发生该风速的时间;
S2,通过激光雷达上空的风场数据和风廓线雷达上空的风场数据,获取机场跑道上空的风切变数据,所述风切变数据包括风切变的值、发生风切变的时间、风切变的高度位置;其中,风切变的值为在同一高度上的风廓线雷达获取的风速与激光雷达获取的风速的两者之差的绝对值;
S3,若风切变的值大于标准值,则机场的报警系统提示告警信息,否则不提示告警信息,告警信息包括发生风切变的值大于标准值的高度位置和时间。


2.如权利要求1所述的探测识别风切变的方法,其特征在于,风切变的值为Fi:
Fi=|Vi*cos(Di+θ)-vi*cos(di+θ)|
其中,Fi为高度i位置处的风切变的值,Vi为风廓线雷达上空高度i位置处的风速大小,Di为风廓线雷达上空高度i位置处的风向,vi为激光雷达上空高度i位置处的风速,di为激光雷达上空高度i位置处的风向,风向即风的方向与水平面之间的夹角,θ为常数。


3.如权利要求2所述的探测识别风切变的方法,其特征在于:






其中,v1i、v2i、v3i、v4i分别是激光雷达的第一个波束、第二个波束、第三个波束、第四个波束在高度i位置处获取的风的分速度,v1i、v2i、v3i、v4i与水平方向的夹角均为α,offset为设定的校准角度。


4.如权利要求3所述的探测识别风切变的方法,其特征在于:第一个波束和第三个波束关于竖直方向对称设置,第二个波束和第四个波束关于竖直方向对称设置。


5.如权利要求4所述的探测识别风切变的方法,其特征在于:第一个波束、第二个波束、第三个波束、第四个...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘淑昕丁少聪曹小元刘志鹏张靖雷雅慧刘杨仇逸菲戚颖
申请(专利权)人:安徽四创电子股份有限公司
类型:发明
国别省市:安徽;34

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