[发明专利]基于上视雷达的降雨条件下飞机尾流速度环量估计方法

摘要

本发明提供一种基于上视雷达的降雨条件下飞机尾流速度环量估计方法。利用上视Doppler雷达进行探测，技术方案包括下述步骤：第一步、无飞机尾流时，计算最强散射雨滴的下落末速度；第二步、有飞机尾流时，计算各雷达距离单元内最强散射雨滴的速度和加速度；第三步、利用非线性最小二乘方法优化求解最强散射雨滴的运动方程获得飞机尾流速度环量。采用本发明可以实现飞机起飞和降落阶段尾流的速度环量估计，为定量评估飞机尾流危害性并实时调整飞机起降间隔提供技术支撑。

主权项

1.一种基于上视雷达的降雨条件下飞机尾流速度环量估计方法，Doppler雷达位于机场跑道的正中央，并且波束方向竖直向上；以Doppler雷达天线所在处为坐标原点，x轴位于水平面内与机场跑道中轴线垂直，y轴的方向竖直向上；Doppler雷达波束宽度为Δθ，第n个雷达距离单元距离Doppler雷达的距离为R_n；飞机尾流左右两涡的速度环量分别记为‑Γ₀和Γ₀，尾流两涡心的位置分别为和尾流两涡心的下沉速度记为V_d，两涡对尾流内部某点P的诱导速度分别为V_L和V_R，两者的合速度即为该点处飞机尾流的速度；其特征在于，包括下述步骤：第一步、无飞机尾流时，计算最强散射雨滴的下落末速度：在降雨条件下，利用波束竖直向上的Doppler雷达持续测量，得到雨滴群的多普勒速度谱，设从第n个雷达距离单元的多普勒速度谱中求出最强谱分量所对应的Doppler速度利用下式计算最强散射雨滴在无尾流的静止大气下的下落末速度V_T：其中N是雷达距离单元数目；第二步、有飞机尾流时，计算各雷达距离单元内最强散射雨滴的速度和加速度:在降雨条件下，有飞机尾流时利用Doppler雷达连续测量，得到雨滴群的多普勒速度谱，具体过程为：设在探测时刻t_m，第n个雷达距离单元的y方向坐标为y_n，从第n个雷达距离单元的多普勒速度谱中求出最强谱分量所对应的Doppler速度对多普勒速度谱中附近的速度分量取数学期望得到对应的Doppler速度V_D(y_n,t_m)；Doppler速度V_D(y_n,t_m)取负值即是第n个雷达距离单元内部最强散射雨滴所对应的速度，记作对获取的各雷达距离单元的最强散射雨滴速度在时间t和空间y方向坐标进行二维拟合，记拟合后的最强散射雨滴速度时空分布为V(y,t)；对速度时空分布V(y,t)求物质导数得到最强散射雨滴所对应的加速度分布a(y,t)：第三步、利用非线性最小二乘方法优化求解最强散射雨滴的运动方程获得飞机尾流速度环量：最强散射雨滴对应的运动方程是：其中Γ为时间t对应的待获取的飞机尾流速度环量，y₀为飞机尾流涡心的y方向坐标，为飞机尾流涡间距，B为飞机翼展，V_T为最强散射雨滴的下落末速度，y_n为第n个雷达距离单元坐标，V_c(y_n,t)为时间t对应的飞机尾流与雨滴的速度差异，|V_c(y_n,t)|表示对速度V_c(y_n,t)求模值，g＝9.8为重力加速度大小；利用3个以上雷达距离单元上的观测数据，利用非线性最小二乘法求解最强散射雨滴对应的运动方程中的未知量Γ、y0、b0的估计值。