[发明专利]利用机载雷达对风场进行数字重建的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风场重建方法。更具体地说，本发明涉及一种利用机载雷达对风场进 行数字重建的方法。

背景技术

穿越危险风场的飞行会导致飞机颠簸和较大的机体过载，不仅严重影响客机的乘坐品 质，还会导致客舱致伤等危险事件，遭遇紊流时乘客受伤的事故时有发生。

目前在役飞行器对紊流及微下冲风切变等扰动风场的探测和预警，主要依靠以气象雷 达为核心的探测设备。现在的气象雷达广泛使用多普勒相参体制，多普勒体制气象雷达可 以对紊流和风切变等目标风场进行测量，提供风场的三种统计特征，其中雷达谱宽数据提 供了风场速度的均方根信息。

尽管雷达谱宽包含了紊流风场的速度均方根信息，但是并不能提供符合该统计特征的 风场数字模型。而为了对穿风场飞行的飞行安全进行研究，或者开发新一代的风场探测设 备，都需要有风场数字模型。

现在也有其他的方法借助机载雷达对风场的飞行安全性进行预测，例如在2001年左 右，罗克韦尔-柯林斯(RockwellCollins)公司利用机载多普勒气象雷达开发了新的紊流 探测和预警系统(TurbulencePredictionandWarningSystem,TPAWS)，研发部门预先通过 大量的飞行实验积累数据，建立紊流风场统计特征与飞机飞行响应之间的数值对应关系， 雷达装机使用时根据探测得到的风场统计特征对飞行安全进行预测，但是这样的方法试验 成本较高且具有一定的危险性。如果能够利用雷达数据对风场进行数字重建，则可避免大 量的飞行试验以节省成本。

基于这样的背景，面对风场数字模型的使用需求，需要一种基于雷达探测数据对风场 进行还原和建模的方法，以方便对风场的飞行安全进行研究，并有利于雷达等风场探测设 备的二次开发。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种可以根据需要提供按空间分布或者按时间分布的风 速和风速方向信号，克服现有机载雷达只能提供风场统计特征的局限的利用机载雷达对风 场进行数字重建的方法。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种利用机载雷达对风场进行数字重 建的方法，包括以下步骤：

步骤一、机载雷达对目标区域的风场进行实时测量，以得到所述风场的谱宽数据和所 述风场的平均径向速度；

步骤二、利用步骤一得到的所述风场的谱宽数据计算得到所述风场的紊流强度的估算 值，由雷达载机的飞行参数得到所述风场的紊流尺度分布，将紊流强度的估算值与紊流尺 度分布结合得到飞行空间不同位置的传递函数，进而建立紊流风场的数字模型；

步骤三、利用步骤一得到的所述风场的平均径向速度建立平均风速风场；

步骤四、将步骤二建立的紊流风场的数字模型和步骤三建立的平均风速风场按照空间 分布进行线性叠加，从而对风场进行数字重建。

优选的是，所述的利用机载雷达对风场进行数字重建的方法中，所述步骤二中的雷达 载机的飞行参数包括雷达的位置信息和载机的飞行参数。

优选的是，所述的利用机载雷达对风场进行数字重建的方法中，所述载机的飞行参数 包括载机的飞行高度和地形粗糙度。

优选的是，所述的利用机载雷达对风场进行数字重建的方法中，所述步骤二中，使用 由零均值白噪声通过传递函数为G(s)的滤波器的方法建立紊流风场的数字模型。

优选的是，所述的利用机载雷达对风场进行数字重建的方法中，所述传递函数G(s) 由所述风场的紊流强度的估算值结合德莱顿模型计算得到。

优选的是，所述的利用机载雷达对风场进行数字重建的方法中，利用步骤一得到的所 述风场的谱宽数据结合紊流频谱模型计算得到所述风场的紊流强度的估算值。

本发明至少包括以下有益效果：本发明利用机载雷达探测风场所得到的统计特征，结 合雷达载机的飞行参数，建立一个三维尺度的风场数字模型，所建立的风场数字模型的统 计特征与雷达探测结果一致，也即在满足研究和使用需求的前提下，完成了对机载雷达所 探测风场的数字重建。本发明可以根据需要提供按空间分布或者按时间分布的风速和风速 方向信号，克服了现有机载雷达只能提供风场统计特征的局限。所得的三维风场数字模型 可以用于风场评价、风场飞行仿真以及风场变化规律等研究，为雷达等风场探测产品的二 次开发提供了方法基础。