一种飞机尾流威胁区域预测告警方法技术

本发明专利技术涉及一种飞机尾流威胁区域预测告警方法，通过在机场布置两部激光雷达，第一激光雷达布置到跑道一侧用于测量下滑道风场，作为飞机尾涡强度环量预测模型以及尾涡涡核运动轨迹预测模型的重要输入参数，第二激光雷达布置在跑道外、下滑道下方，获取飞机飞过第二激光雷达与下滑道交点时的实际尾涡强度环量以及实际尾涡涡核位置，用以对预测模型进行校准，从而准确预测出尾涡的消散和运动情况，识别潜在的尾涡遭遇风险，并在空管自动化系统上进行提醒和显示，以便管制员能尽早采取应对措施，化解空中交通安全隐患、确保飞行安全。化解空中交通安全隐患、确保飞行安全。化解空中交通安全隐患、确保飞行安全。

【技术实现步骤摘要】
一种飞机尾流威胁区域预测告警方法


[0001]本专利技术涉及民航雷达安全管理领域，尤其涉及一种飞机尾流威胁区域预测告警方法。

技术介绍

[0002]尾流是飞机在产生升力时的伴随物，是后机飞行安全的重要威胁之一。当后机进入前机所形成的尾涡流场时，在诱导下洗速度作用下，可能会发生倾斜、滚转、失速、急剧俯仰等影响飞行安全的危险情况。随着空中交通运输量的持续快速增长、以及通信、导航、监视技术与性能的提升，空中交通管制间隔不断缩减、终端管制空域的空中交通密度日益提高，由此带来的尾流遭遇风险和安全管控压力也越来越大。
[0003]我国民航空中交通管理部门所适用的空中交通自动化管理系统主要包括法国泰蕾兹集团的“EURO
‑
CAT”、西班牙INDRA公司的“INDRA自动化系统”、南京莱斯集团的“牧羊人—2000”等。上述产品有的不提供尾流告警，有的只提供的简单的尾流间隔告警，即当前后飞机的实际间距接近或小于尾流间隔标准时提供告警。这类告警目前都是按照固定的尾流间隔值来提供的，不能考虑尾流的实际危害区域和程度。在实际运行中，由于侧风、湍流、温度、地面效应和大气层结特性等的作用，以及飞机在型号、重量、翼展、飞行速度、稳定性、操纵性、定位容差等方面的差异，使得在大部分飞行条件下的尾涡真实滞空时间和影响范围与尾流间隔标准存在较大差异性，现行间隔标准无法准确反映飞机尾流的真实强度和消散影响。同时，在气象条件满足要求时，空管部门会授权飞行员采用目视前机的方式来缩小前后机间距，提高空中交通通行能力。此时前后机的间距通常会小于当前公布的尾流间隔标准，由此带来的尾流遭遇风险也大幅度增加。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种飞机尾流威胁区域预测告警方法。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案予以实现：一种飞机尾流威胁区域预测告警方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.在跑道一侧、下滑道下方分别设置第一激光雷达和第二激光雷达；S2.所述第一激光雷达沿着下滑道方向通过左右扫射形成多条激光光束A，各所述激光光束A形成第一光束面，所述第一光束面与下滑道平行设置，获得每条激光光束A中各距离门上的径向风速值V
p
；S3.通过所述径向风速值V
p
计算下滑道上相应距离门处的顺顶风分量和侧风分量；S4.飞机飞行参数的接收与处理，所述飞行参数包括航班号、机型、时刻、经度、纬度、高度、速度矢量、加速度矢量、飞机真空速以及飞机重量；S5.通过所述速度矢量、飞机真空速、飞机重量和侧风分量，建立飞机尾涡强度环
量预测模型以及尾涡涡核运动轨迹预测模型；S6.所述第二激光雷达采用垂直扫描方式形成多条激光光束B，各所述激光光束B形成第二光束面，所述第二光束面与跑道垂直，获得每条激光光束B中各距离门上的径向风速值V
p，
；S7.结合所述径向风速值V
p，
，反演出飞机飞过激光光束B与下滑道交点时的实际尾涡强度环量以及实际尾涡涡核位置；S8.根据所述实际尾涡强度环量以及实际尾涡涡核位置，修正所述飞机尾涡强度环量预测模型以及尾涡涡核运动轨迹预测模型；S9.针对下滑道上的飞机，通过遍历搜索出前后飞机组合，根据修正后的所述飞机尾涡强度环量预测模型以及尾涡涡核运动轨迹预测模型，对各所述前后飞机组合进行预警。
[0006]根据上述技术方案，优选地，步骤S3包括：获取左右临近激光光束A相同距离门上的径向风速值V
p1
和V
p2
；建立东西风分量V
x
、南北风分量V
y
与径向风速的方程组，求取东西风分量V
x
、南北风分量V
y
；建立东西风分量V
x
、南北风分量V
y
与下滑道上的顺顶风分量、侧风分量的方程组，求取下滑道上相应距离门处的顺顶风分量和侧风分量。
[0007]根据上述技术方案，优选地，步骤S4包括：弥补丢失的位置数据；根据前后时刻的位置数据，计算出速度矢量，并结合下滑道上相应距离门处的顺顶风分量和侧风分量，求取飞机真空速。
[0008]根据上述技术方案，优选地，步骤S5包括：根据计算尾涡初始强度环量，其中m为飞机重量，n
y
为飞机法向过载，ρ为空气密度，V为飞机真空速，B为翼展，s为翼型参数，取值为0.25π；建立飞机尾涡强度环量预测模型：，其中为尾涡在时间t时的强度环量，t为尾涡生成后的持续时间；建立尾涡涡核运动轨迹预测模型：，其中x为涡核在飞机正后方相距飞机的距离，y为涡核在飞机侧向相距飞机的距离，z为涡核下沉高度，V
g
为速度矢量，V
wc
为侧风分量，k为调节系数，取值为0.45。
[0009]根据上述技术方案，优选地，步骤S7包括：仿真涡核不同区域的速度谱特征，建立涡核侧向不同位置的径向速度谱特征数据库；
提取刚飞越过所述第二激光雷达的飞机的回传参数，得到尾涡初始范围；根据每条激光光束B中各距离门上的径向风速值V
p，
，构建激光光束B中各距离门上的速度谱；从所述径向速度谱特征数据库中提取不少于3条最接近的速度谱，并提取最接近的速度谱对应的尾涡位置数据，经过加权后得到所述实际尾涡涡核位置；根据所述实际尾涡涡核位置通过积分计算所述实际尾涡强度环量。
[0010]根据上述技术方案，优选地，步骤S9包括：根据所述飞机尾涡强度环量预测模型计算后机遭遇尾涡后的响应参数，所述响应参数包括最大坡度角、最大高度损失、最大垂直速度、最大真空速变化、最大载荷因子；根据所述尾涡涡核运动轨迹预测模型以及后机可接受尾涡诱导力矩系数，划定出前后飞机组合的所述尾涡危害区域边界；确定预警等级。
[0011]本专利技术的有益效果是：本专利技术通过激光雷达对机场下滑道上风场的探测，实现对飞机尾涡运动和强度消散的准确建模，有助于科学、合理地确定尾涡危害区域边界，有助于空中交通管制员能更好地识别潜在的尾涡遭遇风险，以便管制员能尽早采取应对措施，化解空中交通安全隐患、确保飞行安全。
附图说明
[0012]图1是本专利技术的方法流程示意图。
[0013]图2是第一激光雷达、第二激光雷达布设位置的俯视结构示意图。
[0014]图3是以径向风速值V
p1
为例，径向风速值V
p1
与东西风分量V
x
、南北风分量V
y
的关系图。
[0015]图4是下滑道扫描方式下，东西风分量V
x
、南北风分量V
y
、顺顶风分量V
a
、侧风分量V
b
之间对应关系图。
[0016]图5是步骤S7中，实际尾涡强度环量以及实际尾涡涡核位置的反演流程示意图。
具体实施方式
[0017]为了使本
的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞机尾流威胁区域预测告警方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.在跑道一侧、下滑道下方分别设置第一激光雷达和第二激光雷达；S2.所述第一激光雷达沿着下滑道方向通过左右扫射形成多条激光光束A，各所述激光光束A形成第一光束面，所述第一光束面与下滑道平行设置，获得每条激光光束A中各距离门上的径向风速值V
p
；S3.通过所述径向风速值V
p
计算下滑道上相应距离门处的顺顶风分量和侧风分量；S4.飞机飞行参数的接收与处理，所述飞行参数包括航班号、机型、时刻、经度、纬度、高度、速度矢量、加速度矢量、飞机真空速以及飞机重量；S5.通过所述速度矢量、飞机真空速、飞机重量和侧风分量，建立飞机尾涡强度环量预测模型以及尾涡涡核运动轨迹预测模型；S6.所述第二激光雷达采用垂直扫描方式形成多条激光光束B，各所述激光光束B形成第二光束面，所述第二光束面与跑道垂直，获得每条激光光束B中各距离门上的径向风速值V
p，
；S7.结合所述径向风速值V
p，
，反演出飞机飞过激光光束B与下滑道交点时的实际尾涡强度环量以及实际尾涡涡核位置；S8.根据所述实际尾涡强度环量以及实际尾涡涡核位置，修正所述飞机尾涡强度环量预测模型以及尾涡涡核运动轨迹预测模型；S9.针对下滑道上的飞机，通过遍历搜索出前后飞机组合，根据修正后的所述飞机尾涡强度环量预测模型以及尾涡涡核运动轨迹预测模型，对各所述前后飞机组合进行预警。2.根据权利要求1所述一种飞机尾流威胁区域预测告警方法，其特征在于，步骤S3包括：获取左右临近激光光束A相同距离门上的径向风速值V
p1
和V
p2
；建立东西风分量V
x
、南北风分量V
y
与径向风速的方程组，求取东西风分量V
x
、南北风分量V
y
；建立东西风分量V
x
、南北风分量V
y
与下滑道上...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏志强，张同荣，朱续辉，吕振海，刘聪，任强，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：