[发明专利]基于激光雷达的机场风场特征探测方法、装置和设备

权利要求书

1.一种基于激光雷达的机场风场特征探测方法，其特征在于，包括步骤：

根据设定的配置策略对部署在机场预定位置的激光雷达进行扫描策略配置；

根据所述激光雷达进行体积扫描获取的多普勒径向速度信息，反演得到扫描体积内的三维风场；

从所述三维风场中提取600米以下的风场数据，根据所述600米以下的风场数据计算得到相应的F因子数值；

提取所述多普勒径向速度信息中35.3°高度角的径向风速数据，通过部分傅里叶分解算法计算得到不同高度上的湍流的动能强度；

提取所述多普勒径向速度信息中各高度角的多普勒频谱数据，通过多普勒频谱方法计算得到风场各径向距离上的湍流耗散率；

根据设定的配置策略对部署在机场预定位置的激光雷达进行扫描策略配置的步骤，包括：

确定所述激光雷达部署的所述机场预定位置；所述机场预定位置距离飞机跑道的垂直距离为100m至200m之间的任一距离值，所述激光雷达与飞机下滑道之间无障碍物遮挡；

以所述激光雷达为原点建立笛卡尔坐标系(x,y,z)和球坐标系(φ,θ,r)；其中，x表示水平面垂直所述飞机跑道方向上距所述激光雷达的距离，y表示平行所述飞机跑道方向上距所述激光雷达的距离，z表示垂直方向上距所述激光雷达的距离，φ表示高度角，θ表示方位角，r表示到所述激光雷达的径向距离；

设定所述激光雷达交替采用不同高度角PPI扫描的方式进行体积扫描；其中，不同高度角按照φ＝1,3,8,15,25,35.3,45,90进行配置。

2.根据权利要求1所述的基于激光雷达的机场风场特征探测方法，其特征在于，设定所述激光雷达交替采用不同高度角PPI扫描的方式进行体积扫描的步骤，包括：

设定所述激光雷达在每个高度角采用完整PPI扫描方式或扇区PPI扫描方式获得各高度角的所述多普勒径向速度信息；

设定所述激光雷达的旋转角速度和扫描扇区大小分别随关注的探测空间区域可调。

3.根据权利要求1或2所述的基于激光雷达的机场风场特征探测方法，其特征在于，根据所述激光雷达进行体积扫描获取的多普勒径向速度信息，反演得到扫描体积内的三维风场的步骤，包括：

在所述激光雷达的扫描空间中选取分析体积单元，确定所述分析体积单元内各点的反演速度；

其中，所述分析体积单元为高度角跨度为方位角跨度为且径向距离跨度为的连续区域，所述分析体积单元内所有速度相等；

其中，φ_l表示所述分析体积单元内中心点的高度角，θ_m表示所述分析体积单元内中心点的方位角，r_n表示所述分析体积单元内中心点的径向距离，δφ、δθ和δr分别表示所述激光雷达的高度角、方位角和径向分辨率，I、J和K分别表示所述分析体积单元内的高度角、方位角和径向分辨单元的个数；

将任一点的所述反演速度转换至所述笛卡尔坐标系中，得到所述三维风场；所述三维风场为：

其中，u、v和w分别表示所述笛卡尔坐标系中x轴、y轴和z轴的速度分量，u_lmn表示所述分析体积单元内中心点的径向速度，v_lmn表示所述分析体积单元内中心点的水平切向速度，w_lmn表示u_lmn和v_lmn所在平面法向的垂直速度。

4.根据权利要求1所述的基于激光雷达的机场风场特征探测方法，其特征在于，从所述三维风场中提取600米以下的风场数据，根据所述600米以下的风场数据计算得到相应的F因子数值的步骤，包括：

若所述激光雷达和飞机降落点之间的连线与飞机跑道的夹角小于30°，则飞机下滑道内的迎头风速为方位角上的3°高度角的径向速度；

根据所述三维风场提取所述飞机下滑道内的垂直风速；

根据所述迎头风速和所述垂直风速，计算得到所述F因子数值；所述F因子数值通过如下公式计算得到：

其中，V_h表示所述迎头风速，w表示所述垂直风速，g表示重力加速度，V_a表示飞机进场速度。