CN110441776A - 一种中小型机载平台气象雷达风切变检测与显示方法 - Google Patents

一种中小型机载平台气象雷达风切变检测与显示方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110441776A
CN110441776A CN201910587707.XA CN201910587707A CN110441776A CN 110441776 A CN110441776 A CN 110441776A CN 201910587707 A CN201910587707 A CN 201910587707A CN 110441776 A CN110441776 A CN 110441776A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wind
shear
wind shear
small
wind speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910587707.XA
Other languages
English (en)
Inventor
高霞
周晔
李志科
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leihua Electronic Technology Research Institute Aviation Industry Corp of China
Original Assignee
Leihua Electronic Technology Research Institute Aviation Industry Corp of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leihua Electronic Technology Research Institute Aviation Industry Corp of China filed Critical Leihua Electronic Technology Research Institute Aviation Industry Corp of China
Priority to CN201910587707.XA priority Critical patent/CN110441776A/zh
Publication of CN110441776A publication Critical patent/CN110441776A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/95—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for meteorological use
    • G01S13/953—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for meteorological use mounted on aircraft
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/04—Display arrangements
    • G01S7/046—Display arrangements using an intermediate storage device, e.g. a recording/reproducing device
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

一种中小型机载平台气象雷达风切变检测与显示方法，所述方法包括如下步骤：S1：信号发射与接收；S2：地杂波抑制；S3：风速提取；S4：重复步骤S2～S3，得到天线探测范围内的气象速度和谱宽数据；S5：中值滤波；S6：风速切变量计算；S7：风切变区提取；S8：对检测结果进行送显。本发明针对中小型机载平台对风切变的探测需求，从风切变风场速度存在风速切变的本质出发，探索一种新的风切变检测与显示方式，通过采用不用的颜色标识不同大小的风速切变量，并对大于一定等级的风切变，标示切变位置，提醒飞行员注意，使得飞行员能够直观获得风切变告警信息，提升中小型机载平台对风切变的探测感知能力，进一步提高飞行安全。

Description

一种中小型机载平台气象雷达风切变检测与显示方法
技术领域
本发明属于气象雷达领域，具体涉及一种机载气象雷达风切变检测与显示方法
背景技术
风切变是气象中一种独特的现象，它是指大气中一段很小的距离内，风速、风向单独或两者同时发生急剧变化。国际航空界公认低空风切变是飞机起飞和着陆阶段的一个重要危险因素，1986年，NASA和FAA开展了一项联合计划，研究低空风切变对运输类飞机的危害，经过2年多时间的研究，建立了低空风切变探测适航标准，要求飞机在遭遇风切变时，机载气象多普勒雷达能提前30—40秒对飞行员发出告警，有效提高了飞行安全。
国内外的研究表明，风切变对中小型飞机同样具有一定的飞行安全威胁。但低空风切变探测适航标准仅针对大型运输机，其提供的风切变告警准则与告警门限设置与飞机的飞行状态、飞机的类型等有关系，无法应用于中小型机载平台。因此需要开发一套独立的风切变探测与告警系统，用于中小型机载平台风切变探测。
发明目的
为了解决中小型机载平台对风切变的探测需求，本发明将风切变检测与飞机脱离，回归风切变现象的本质，即风速的切变，提供了一种新的风切变检测与显示方法，使飞行员能够直观获得风切变危险性的信息，提升中小型机载平台对风切变的探测感知能力，进一步提高飞行安全。
技术方案
为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种中小型机载平台气象雷达风切变检测与显示方法，所述方法包括如下步骤：
S1：信号发射与接收；
S2：地杂波抑制；
S3：风速提取；
S4：重复步骤S2～S3，得到天线探测范围内的气象速度和谱宽数据；
S5：中值滤波；
S6：风速切变量计算；
S7：风切变区提取；
S8：对检测结果进行送显。
优选的，所述步骤S1包括：
在风切变探测模式下，天线进行方位维扫描，将探测空域分为NAz，NAz≥60个方位单元，每个方位单位称为一条方位线；
在每条方位线上依次发射Nf，Nf＝64,128个相参脉冲，并对每个发射脉冲接收到的信号进行采样，采样个数为NR，NR≥60，每个采样点称为一个距离单元；
其中，对于第iNAz,iNAz＝1,2,…NAz条方位线，回波信号记为iNf＝1,2,…Nf，iNR＝1,2,…NR。
优选的，所述步骤S2包括：
提取第iNAz个距离单元上的回波信号，记为对进行频域地杂波抑制处理，得到地杂波抑制后的数据
优选的，所述步骤S3包括：
对进行Nf点fft处理后得到其频域数据判断其能量是否大于检测门限；
若大于检测门限，则进行一阶距与二阶距计算，得到对应的风速以及谱宽
若不大于检测门限，则将对应的风速以及谱宽设置为0。
优选的，所述步骤S4包括：
依次对每个方位单元iNAz,iNAz＝1,2,…NAz，每个距离单元回波数据iNR，iNR＝1,2,…NR进行风速、谱宽计算；
完成一个天线行扫描后得到天线探测范围内的气象速度和谱宽数据VSP1(iNAz,iNR)，WSP(iNAz,iNR)。
优选的，所述步骤S5包括：
对VSP1(iNAz,iNR)进行方位向与距离向上二维中值滤波，得到中值滤波后的数据VSP(iNAz,iNR)。
优选的，所述步骤S6包括：
提取第iNAz条方位线中值滤波后的数据VSP(iNR)，对每个距离单元iNR进行相邻的N个距离单元的风速直线拟合，计算拟合后的直线斜率K(iNR)，根据此斜率即可计算出风速切变量dV(iNR)，在完成所有方位线的计算后，得到一个天线扫描行的风速切变量dV(iNAz,iNR)。
优选的，所述步骤S7包括：
在方位与距离二维面上对大于风速切变量阈值门限的数据点进行聚类，形成风切变区，对风切变区的面积门限进行计算，保留大于面积阈值的风切变区。
优选的，所述步骤S8包括：
对步骤S6所测的风速切变量进行N级量化，用N个不同的颜色表示；
对步骤S7所判断出来的风切变区，提取其方位与距离范围，采用鲜明的框进行标示。
有益效果：
本发明针对中小型机载平台对风切变的探测需求，从风切变风场速度存在风速切变的本质出发，探索一种新的风切变显示与告警方式，通过采用不用的颜色标识不同大小的风速切变量，并对大于一定等级的风切变，标示切变位置，提醒飞行员注意，使得飞行员能够直观获得风切变告警信息，提升中小型机载平台对风切变的探测感知能力，进一步提高飞行安全。
本发明可应用于军用和民用中小型机载平台，提升了中小型机载平台气象雷达对风切变的探测感知能力，可进一步提高飞行安全，具有良好的市场应用前景。
附图说明：
图1：典型风切变示意图；
图2：风速直线拟合；
图3：风切变显示。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步描述，
如图1所示为典型风切变示意图，风速在ΔR距离上存在ΔV变化，ΔR不变的情况下，ΔV越大则风切变越强，同理，ΔV不变的情况下，ΔR越小，风切变越强，即风切变强度可用风速的切变量dV＝ΔV/ΔR进行表征，风切变的危险性与风切变的强度以及其空间持续范围有关，如图2所示为风速直线拟合示意图，其为步骤S6中对每个距离单元iNR进行相邻的N个距离单元的风速直线拟合。
实施例一：
(1)信号发射与接收：在风切变探测模式下，天线进行方位维±30度扫描，将探测空域分为NAz，NAz＝60个方位单元，每个方位单位称为一条方位线，在每个方位线上依次发射Nf，Nf＝64个相参脉冲，并对每个发射脉冲接收到的信号进行1M采样，采样个数为NR，NR＝80，每个采样点为称为距离单元，对于第iNAz,iNAz＝1,2,…NAz条方位线，回波信号记为iNf＝1,2,…Nf，iNR＝1,2,…NR。
(2)地杂波抑制：提取第iNR个距离单元上的回波信号，记为对进行频域地杂波抑制处理，得到地杂波抑制后的数据
(3)风速提取：对进行Nf点fft处理后得到其频域数据计算第iNR距离单元的气象回波能量SUM1，当SUM1大于检测门限ThreP时，进行速度谱宽计算。
其中V(iNf)表示FFT后第iNf条谱线对应的速度
(4)重复步骤(2)～(3),依次对每个方位单元iNAz,iNAz＝1,2,…NAz，每个距离单元回波数据iNR，iNR＝1,2,…NR进行风速计算，完成一个天线行扫描后得到天线探测范围内的气象速度数据VSP1(iNAz,iNR)，WSP(iNAz,iNR)。
(5)中值滤波:为了提高风速切变量计算的准确性，对VSP1(iNAz,iNR)在方位向与距离向上进行二维中值滤波，中值滤波器的大小为5×3，中值滤波后的数据记为VSP(iNAz,iNR)。
(6)风速切变量计算：提取第iNAz条方位线中值滤波后的数据VSP(iNR)，对每个距离单元iNR进行相邻的N,N＝5个距离单元的风速线性拟合，dR为距离单元的大小，150m，计算拟合后的直线斜率K(iNR)，根据此斜率计算出dV(iNR)，完成所有方位线的计算后，得到一个天线扫描行的风速切变量dV(iNAz,iNR)。
其中，
dV(iNR)＝K*1000 (10)
(7)风切变区提取：首先查找大于预设阈值门限dVthre(dVthre＝10m/s/km)的数据点，并设为初始种子点。以该种子点为中心，依次遍历该点5×5邻域，判断邻域点是否满足阈值条件，满足的邻域点成为新的种子点，继续搜索，直到所有种子点遍历完成，不再有新种子点后，将所有的种子点进行存储与标识，完成一个“风切变区”的生成。而后重新开始搜索初始种子点，采用邻域搜索法，继续进行“风切变区”的查找，直到在方位维、距离维遍历完所有的速度切变数据。最后风切变区进行面积门限判断，保留大于面积门限的风切变区。
(8)送显与告警
对风速切变量进行N级量化，用N个不同的颜色表示，对于风切变区，采用鲜明的框进行标示。

Claims (9)

1.一种中小型机载平台气象雷达风切变检测与显示方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1：信号发射与接收；
S2：地杂波抑制；
S3：风速提取；
S4：重复步骤S2～S3，得到天线探测范围内的气象速度和谱宽数据；
S5：中值滤波；
S6：风速切变量计算；
S7：风切变区提取；
S8：对检测结果进行送显。
2.根据权利要求1所述的中小型机载平台气象雷达风切变检测与显示方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
在风切变探测模式下，天线进行方位维扫描，将探测空域分为NAz，NAz≥60个方位单元，每个方位单位称为一条方位线；
在每条方位线上依次发射Nf，Nf＝64,128个相参脉冲，并对每个发射脉冲接收到的信号进行采样，采样个数为NR，NR≥60，每个采样点称为一个距离单元；
其中，对于第iNAz,iNAz＝1,2,…NAz条方位线，回波信号记为iNf＝1,2,…Nf，iNR＝1,2,…NR。
3.根据权利要求2所述的中小型机载平台气象雷达风切变检测与显示方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
提取第iNAz个距离单元上的回波信号，记为对进行频域地杂波抑制处理，得到地杂波抑制后的数据
4.根据权利要求3所述的中小型机载气象雷达风切变检测与显示方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
对进行Nf点fft处理后得到其频域数据判断其能量是否大于检测门限；
若大于检测门限，则进行一阶距与二阶距计算，得到对应的风速以及谱宽
若不大于检测门限，则将对应的风速以及谱宽设置为0。
5.根据权利要求4所述的中小型机载气象雷达风切变检测与显示方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
依次对每个方位单元iNAz,iNAz＝1,2,…NAz，每个距离单元回波数据iNR，iNR＝1,2,…NR进行风速、谱宽计算；
完成一个天线行扫描后得到天线探测范围内的气象速度和谱宽数据VSP1(iNAz,iNR)，WSP(iNAz,iNR)。
6.根据权利要求5所述的中小型机载气象雷达风切变检测与显示方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
对VSP1(iNAz,iNR)进行方位向与距离向上二维中值滤波，得到中值滤波后的数据VSP(iNAz,iNR)。
7.根据权利要求6所述的中小型机载气象雷达风切变检测与显示方法，其特征在于，所述步骤S6包括：
提取第iNAz条方位线中值滤波后的数据VSP(iNR)，对每个距离单元iNR进行相邻的N个距离单元的风速直线拟合，计算拟合后的直线斜率K(iNR)，根据此斜率即可计算出风速切变量dV(iNR)，在完成所有方位线的计算后，得到一个天线扫描行的风速切变量dV(iNAz,iNR)。
8.根据权利要求7所述的中小型机载气象雷达风切变检测与显示方法，其特征在于，所述步骤S7包括：
在方位与距离二维面上对大于风速切变量阈值门限的数据点进行聚类，形成风切变区，对风切变区的面积门限进行计算，保留大于面积阈值的风切变区。
9.根据权利要求8所述的中小型机载气象雷达风切变检测与显示方法，其特征在于，所述步骤S8包括：
对步骤S6所测的风速切变量进行N级量化，用N个不同的颜色表示；
对步骤S7所判断出来的风切变区，提取其方位与距离范围，采用鲜明的框进行标示。
CN201910587707.XA 2019-07-02 2019-07-02 一种中小型机载平台气象雷达风切变检测与显示方法 Pending CN110441776A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910587707.XA CN110441776A (zh) 2019-07-02 2019-07-02 一种中小型机载平台气象雷达风切变检测与显示方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910587707.XA CN110441776A (zh) 2019-07-02 2019-07-02 一种中小型机载平台气象雷达风切变检测与显示方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110441776A true CN110441776A (zh) 2019-11-12

Family

ID=68429398

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910587707.XA Pending CN110441776A (zh) 2019-07-02 2019-07-02 一种中小型机载平台气象雷达风切变检测与显示方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110441776A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115937007A (zh) * 2022-03-04 2023-04-07 中科三清科技有限公司 风切变的识别方法、装置、电子设备及介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4875770A (en) * 1987-03-23 1989-10-24 Lockheed Corporation Wind shear detector
CN101776695A (zh) * 2010-03-08 2010-07-14 江苏省电力试验研究院有限公司 风力发电系统风速风向测量方法
CN101825647A (zh) * 2009-01-30 2010-09-08 通用电气公司 风速测量系统和方法
CN104280566A (zh) * 2014-09-29 2015-01-14 中国民航大学 基于空时幅相估计的低空风切变风速估计方法
CN106772387A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所 一种风切变识别方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4875770A (en) * 1987-03-23 1989-10-24 Lockheed Corporation Wind shear detector
CN101825647A (zh) * 2009-01-30 2010-09-08 通用电气公司 风速测量系统和方法
CN101776695A (zh) * 2010-03-08 2010-07-14 江苏省电力试验研究院有限公司 风力发电系统风速风向测量方法
CN104280566A (zh) * 2014-09-29 2015-01-14 中国民航大学 基于空时幅相估计的低空风切变风速估计方法
CN106772387A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所 一种风切变识别方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
侯晓珊: "一类新型风暴特征的设计实现及有效分析", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)基础科学辑》 *
张彪: "基于STAP的机载气象雷达低空风切变检测方法研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)信息科技辑》 *
谢日华: "基于激光测风雷达的风场非线性预测方法研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)基础科学辑》 *
韩雁飞: "强杂波背景下的低空风切变检测技术研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)信息科技辑》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115937007A (zh) * 2022-03-04 2023-04-07 中科三清科技有限公司 风切变的识别方法、装置、电子设备及介质
CN115937007B (zh) * 2022-03-04 2023-08-01 中科三清科技有限公司 风切变的识别方法、装置、电子设备及介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8334799B2 (en) Method for radar monitoring of wake turbulence
Cober et al. Characterizations of aircraft icing environments that include supercooled large drops
US7515087B1 (en) Weather radar system and method using data from a lightning sensor
US9869766B1 (en) Enhancement of airborne weather radar performance using external weather data
EP2078967A1 (en) System and method for selectable weather object display
CN105388535B (zh) 基于现有机载设备的航空气象风观测方法
Liao et al. A study on the feasibility of dual-wavelength radar for identification of hydrometeor phases
US11402498B1 (en) Radar system and method for detecting hazards associated with particles or bodies
CN102721967A (zh) 基于风场扰动类型的空中目标发现方法
CN108896995A (zh) 一种机载气象雷达雷暴识别方法
CN111045009A (zh) 基于l波段双极化雷达的电力线探测与识别方法
Chan LIDAR-based turbulence intensity calculation using glide-path scans of the Doppler LIght Detection And Ranging (LIDAR) systems at the Hong Kong International Airport and comparison with flight data and a turbulence alerting system
Xie et al. Precipitation and microphysical processes observed by three polarimetric X-band radars and ground-based instrumentation during HOPE
CN110441776A (zh) 一种中小型机载平台气象雷达风切变检测与显示方法
Politovich et al. The Juneau terrain-induced turbulence alert system
Ryzhikov et al. Simulation of acconting for the impact of ground clutter on the calculation of hazard index of the degree of danger of clouds in the on-board pulse doppler weather radar
Wolde et al. Characterization of the Pilot X-band radar responses to the HIWC environment during the Cayenne HAIC-HIWC 2015 Campaign
JPH08509061A (ja) 飛行中ドップラー気象レーダーウィンドシャー検出システム
Luce et al. On the performance of the range imaging technique estimated using unmanned aerial vehicles during the ShUREX 2015 campaign
Barbaresco et al. Wake vortex X-band radar monitoring: Paris-CDG airport 2008 campaign results & prospectives
Luce et al. On the estimation of vertical air velocity and detection of atmospheric turbulence from the ascent rate of balloon soundings
D'Amico et al. The X-WALD project: Towards a Cleaner sky
Saillant et al. Using VHF navigation aid to estimate radar cross section of airliners by inverting the radar equation
Dufournet et al. Towards the improvement of cloud microphysical retrievals using simultaneous Doppler and polarimetric radar measurements
Casassa et al. Airborne GPR on high Andean glaciers-First results from 6000 m altitude

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191112

RJ01 Rejection of invention patent application after publication