一种基于制造技术

本发明专利技术属于激光雷达应用技术领域，具体公开了一种基于

【技术实现步骤摘要】
一种基于LMD
‑
TCN的激光雷达低空小尺度风切变区域告警方法


[0001]本专利技术涉及激光雷达应用
，具体为一种基于
LMD
‑
TCN
的激光雷达低空小尺度风切变区域告警方法
。

技术介绍

[0002]天气情况会直接影响飞机飞行的安全与效率，风切变尤其是低空风切变是飞机飞行过程中最需注意的天气状况之一，是大气中的一种现象，是风在空间中的一种变化，其具有变化速度快
、
作用空间小
、
影响强度大的特点
。
飞机在其降落过程中有时会遇到风切变的干扰，由于此时飞机具有飞行高度低
、
操控难度高
、
稳定性下降等特点，因此很容易发生机毁人亡的事故，所以低空风切变的危害很大，给飞机的起飞降落阶段带来了巨大的威胁
。
[0003]目前我国各个机场多用多普勒测风激光雷达来探测风切变，其原理是通过对低空气溶胶等示踪物的相干检测，来实现对低空大气风场的快速三维测量，对低空风切变，局地的小尺度风切变具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于
LMD
‑
TCN
的激光雷达低空小尺度风切变区域告警方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：设定测风激光雷达的放置位置
、
扫描方式
、
扫描范围，利用测风激光雷达对规定的下滑道扫描区域进行扫描，获得扫描区域内的径向风速数据信息
。
步骤二：通过
LMD
‑
TCN
方法对风速数据信息进行质量控制，质量控制后得到合格的径向风速数据时间序列
。
步骤三：进行风场的反演，得到扫描区域内各个测量点的径向速度，切向速度，水平速度等相关数据信息
。
步骤四：根据风场反演得到的相关数据信息，算出整个立体测量区域内的平均速度信息值，进而算出每个风速测量点的脉动风速数据信息
。
步骤五：根据上述各测量点的脉动速度信息，按照一定的规则发布风切变的告警信息
。2.
根据权利要求1所述的区域告警方法，其特征在于：所述设定测风激光雷达的设置位置
、
扫描范围方法是将测风激光雷达部署在飞机降落跑道中心点高
200m
处，扫描方式为
PPI
扫描，扫描区域需对飞机的下滑道形成立体式的完全覆盖，扫描角度为
φ
，
φ
＝
1、3、35
，三个高度角，扫描区域以雷达为原点覆盖的半径为
10n mile(18520m)
，覆盖的区域为水平方向上覆盖跑道中心线左右8°
的区域内，形成一个垂直扫描角度覆盖范围为
34
°
，水平扫描角度范围为
16
°
的立体式下滑道扫描区域，通过扫描区域内的各个扫描点得到区域内的径向风速数据值，记录下一段时间内的径向风速数据值数据
。3.
根据权利要求1所述的区域告警方法，其特征在于：所述步骤二中对风速数据进行质量控制，质量控制后得到合格的径向风速数据矩阵具体步骤是：从扫描得到的径向风速数据中进行基本质量控制选取，得到其中的风速时间序列
x(t)
，
t
＝1，2，
…
n
；通过
LMD
分析方法对风速时间序列
x(t)
进行分解，分解得到主要的
M
l
序列和残留的
R
l
序列，其中
M
l
序列数量为
k
个，
R
l
序列数量为1个，分解式子如下：其中
LMD(LocalMean Decomposition
，局域均值分解
)
是一种非平稳信号的处理方法，方法过程是将一个非平稳的多分量信号分解为若干个乘积函数分量序列
M
l
，其中每一个
M
l
分量由一个包络信号和一个纯调频信号直接求出，包络信号是该分量的顺势幅值，纯调频信号可以求出一个瞬时频率，将所有
M
l
分量序列的瞬时幅值和瞬时频率相组合，就可以得到原始信号的完整的时频分布信号；对上述过程得到的两种时间序列分别建立
TCN
时间模型，利用网格搜索对模型的超参数进行寻优，从而得到最佳的时间模型；其中
TCN(Temporal ConvoLutional Network
，时间卷积网络
)
是将卷积神经网络应用于处理时间序列数据的一种新方法；将各个
TCN
时间模型寻优后得到的最佳时间模型进行叠加，得到最终需要的总风速序列预测模型
T
l
；利用特定的评价指标来评估所建模型的预测精度；
将
LMD
‑
TCN
方法得到的总预测模型
T
l
与插入随机误差后的观测序列模型
T1′
进行对比，若两者之间的差值不满足下式，则认为数据为可疑值；
|T
l
′
(i)
‑
T
l
(i)|≤f*a
其中
f
为质控参数，
a
为观测序列模型
T
l
′
的标准差；将可疑值去掉，得到质量控制之后的径向风速数据序列
E
Nl
。4.
根据权利要求1所述的区域告警方法，其特征在于：所述步骤三中进行风场的反演，得到扫描区域内各个测量点的径向速度，切向速度，水平速度等相关数据信息，风场反演步骤是：建立两个坐标系，第一个坐标系以激光雷达的位置为原点用平直的方式来描述径向风速测量点的位置，用
(x
，
y
，
z)
来表示，第二个坐标系以激光雷达的位置为原点用球形的方式来描述风速测量点距离，用
(r
，
φ
，
θ
)
来表示；其中
x
表示为风速测量点距离机场跑道垂直方向上的距离，
y
表示为测量点距离机场跑道平行方向上的距离，
z
为测量点距离机场跑道地面的距离，
φ
表示为激光雷达的高度角，
θ
表示为激光雷达扫描的方位角，
r
表示为风速测量点到激光雷达的距离长度；设一个分析单元
(u
，
...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄子波，张春辉，刘伟领，陈星，邵靖媛，邢志伟，台宏达，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：