尾流是飞机飞行时的必然产物，对航空安全有重大威胁，还限制着航空效率和容量的提升，飞机尾流涡核的精准辨识是动态缩减尾流间隔的前提，目前晴空尾涡探测的主要工具是相干多普勒激光雷达（CDL）。针对使用激光雷达进行飞机尾流探测中受限于雷达时空分辨率和背景风场的影响导致的识别和反演尾流关键参数误差较大这一问题，提出一种在激光雷达探测数据基础上基于贝叶斯网络（BN）和均方误差（MSE）构建的尾涡参数反演模型。搭建大气背景风和湍流环境，并将其叠加到模拟的尾涡速度场上，得到用于训练模型的仿真数据集。实验结果表明：所提算法能够得到误差较小的参数反演结果（仿真算例中涡核位置偏差在2 m以内，环量偏差在5%以内）；在实际算例中，所提算法与传统算法相比，反演速度场均方误差显著降低（平均超过50%）。本研究可用于机场实时尾涡监测，对尾涡间隔标准制定有重要意义。
激光雷达 航空安全 飞机尾涡 贝叶斯网络 尾涡特征参数反演模型 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0428006
1 中国海洋大学 信息科学与工程学部海洋技术学院，山东 青岛 266100
2 中国科学院上海光学精密机械研究所 空间激光信息传输与探测技术重点实验室，上海 201800
3 崂山实验室 区域海洋动力学与数值模拟功能实验室，山东 青岛 266237
4 青岛镭测创芯科技有限公司，山东 青岛 266100
实时准确获取飞机尾涡的特征参数信息，将有利于在保持机场基础设施的情形下进一步提升机场吞吐量。相干多普勒激光雷达作为飞机尾涡的有效探测手段，可提供其位置与强度信息。针对飞机尾涡特征反演算法在近地面环境下出现的误识别及定位精度下降问题，通过采用区域聚焦的方法减少背景环境对识别精度的影响，并引入尾涡的旋转特征、对反演结果检验，以此提高结果的可靠性。针对扫描中尾涡的移动、扭曲或数据缺失引起的强度评估不准问题，通过尾涡速度分布校正和理想化飞机尾涡模型校正两步来提高强度反演精度。经成都双流国际机场观测数据验证，该优化算法的正确识别率提高2.8%，漏报率下降2.7%，虚警率下降20.86%。
大气光学 飞机尾涡 激光雷达 航空安全 快速识别 atmospheric optics aircraft wake vortex lidar aviation safety fast identification 红外与激光工程
2023, 52(11): 20230160
1 成都信息工程大学 大气科学学院 高原大气与环境四川省重点实验室, 成都 610225
2 中国民航 青海空管分局 气象台, 西宁 810000
低空风切变是航空安全的重大威胁, 为了研究高原机场典型低空风切变精细结构和演变规律, 针对西宁机场2020-02-13出现的两类低空风切变过程, 利用FC-Ⅲ型激光测风雷达资料, 结合地面实况和风廓线雷达资料进行了分析。结果表明, 两类风切变成因和演变特征有所差异, 顺风切变线呈“锥形”, 由机场西侧向东“嵌入”跑道, 而逆风辐合线则呈“弓状”, 自东向西影响机场, 最大风速均超过20m/s; 风场垂直结构具有不同特征, 超过15m/s风速带向下传播造成顺风切变, 逆风切变时风向首先在近地面变化超过160°; 两次过程下滑道模式相邻时刻风速差均超过15m/s。高时空分辨率激光测风雷达能较好地探测到风切变的演变过程和精细结构, 这对提高航空安全保障具有重要意义。
激光技术 低空风切变 航空安全 垂直结构 演变特征 laser technique low-level wind shear aviation safety vertical structure evolution characteristics
1 中国海洋大学信息科学与工程学院海洋技术系, 山东 青岛 266100
2 青岛海洋科学与技术试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室, 山东 青岛 266237
3 中国海洋大学海洋高等研究院, 山东 青岛 266100
4 青岛镭测创芯科技有限公司, 山东 青岛 266100
5 中国民用航空飞行学院空中交通管理学院, 四川 广汉 618307
相干多普勒激光雷达(Coherent Doppler Lidar, CDL)凭借高精度、高时空分辨率等优势已成为晴空尾涡探测的主要手段。为了提高飞机尾涡观测效率并实现数据的快速处理和实时显示,基于2018年在四川开展的尾涡观测实验,提出了一种基于CDL频谱宽度和径向风速的尾涡快速识别方法,并基于此方法分析了典型机型的尾涡演化过程。结果表明,不同机型的尾涡演化趋势相似,均在距地面约50 m处产生并向下、向外扩散,尾涡环量逐渐减小,但由于近地面效应的影响,会伴有短时间环量增加现象。随着飞机重量和翼展的减小,尾涡的耗散时间缩短,左右涡初始涡核的间距减小,频谱宽度融合现象更明显,该现象消失所历经的时间增加。
大气光学 激光雷达 航空安全 飞机尾涡 快速识别与演化
1 Institute for Advanced Ocean Study, College of Information Science and Engineering, Ocean Remote Sensing Institute, Ocean University of China，Qingdao26600，China
2 Institute for Advanced Ocean Study, College of Information Science and Engineering, Ocean Remote Sensing Institute, Ocean University of China，Qingdao26600，China
3 North China Regional Air Traffic Management Bureau of CAAC, Beijing100621, China
为实现不同成因类型的低空风切变观测，利用两台相干多普勒测风激光雷达在北京首都国际机场展开试验观测。针对干性雷暴和地形引起的两类风切变，分别采用多普勒波束摆动（Doppler Beam Swing，简称DBS）和下滑道两种扫描模式进行风切变的探测与识别。结果表明，DBS模式风切变识别方法可有效识别干性雷暴引起的水平低空风切变，下滑道模式可有效识别地形诱导的下滑道顺风和逆风风切变。干性雷暴造成的风速骤增、风向突变和上升下降气流的强烈对流是引发低空风切变的主要原因。地形诱导风切变主要由高速气流和复杂下垫面相互作用产生，具有偶发性和瞬变性的特点。
激光雷达 航空安全 低空风切变识别 干性雷暴 地形 lidar aviation safety low-level wind shear dry thunderstorms terrain
1 Chengdu Southwest Institute of Technical Physics, Chengdu60225, China
2 College of Atmospheric Science, Chengdu University of Information Technology, Plateau Atmosphere and Environment Key Laboratory of Sichuan Province, Chengdu6105, China
介绍了低空风切变识别的研究情况，提出了一种基于激光测风雷达的机场低空风切变识别算法，针对性设计了重点监测区域和告警方式；并于2016年春季和2018年春夏季，在气候、地形复杂度不同的多个机场进行低空风切变监测试验，通过分别与国外某型激光测风雷达以及同时段航空器报告结果做对比，评估本文算法的切变识别能力。试验结果表明，本文算法可以有效监测到激光测风雷达探测范围内的低空风切变，命中率可达88%以上。
低空风切变 激光测风雷达 航空安全 low-level wind shear laser wind radar civil aviation safety
1 中国海洋大学 信息科学与工程学院 海洋遥感研究所, 山东 青岛 266100
2 青岛海洋科学与技术国家实验室 区域海洋动力学与数值模拟功能实验室, 山东 青岛 266237
3 青岛镭测创芯科技有限公司, 山东 青岛 266000
介绍了低空风切变及其预警的研究工作、相干多普勒测风激光雷达反演风场算法以及计算下滑道逆风廓线算法.进一步分析了2015年冬季和2016年春季北京首都机场低空风切变观测实验中所观测到的风切变案例, 利用多种测量模式开展案例中风切变的监测, 并对风切变观测结果进行了验证.实验结果表明, 短距相干多普勒测风激光雷达多种测量模式均可能有效探测低空风切变.
低空风切变 相干多普勒激光雷达 逆风廓线 航空安全 low-level wind shear coherent Doppler lidar headwind profiles civil aviation safety
航空人为因素会对航空安全产生重要影响，通过提取飞行员多生理信号主成分评估飞行员工作负荷是航空人为因素重要研究内容之一。提出一种有效提取飞行任务中多生理信号稀疏主成分的高效算法——稀疏主成分分析(SPCA)，它通过对标准主成分分析(PCA)施加限定的约束或惩罚项来实现结果的稀疏。经过模拟飞行实验采集的多维生理信号数据集和公共数据集的实验，结果显示与标准PCA相比，SPCA提取的稀疏主成分解释性更强、计算用时更短。
飞行安全 工作负荷评估 稀疏主成分分析 多维生理信号 aviation safety workload evaluation Sparse Principal Component Analysis ( SPCA ) multiple physiological signals
1 空军工程大学 理学院,西安 710051
2 空军工程大学 电讯工程学院,西安 710077
3 复旦大学 波散射与遥感信息国家教育部重点实验室,上海 200433
利用线性调频步进体制高分辨雷达对鸟类目标进行ISAR成像是解决航空安全保障中鸟情探测问题的一个全新且重要的技术途径。为了得到鸟类目标更清晰的像,准确判断其运动状态显得至关重要。基于线性调频步进体制雷达微多普勒效应的产生原理,在距离-慢时间谱图上,针对鸟类目标特性,通过对精高分辨距离像进行分析,提出了一种利用进退法搜索相邻精高分辨距离像的互相关系数的方法来判别鸟类目标运动状态。仿真结果证明了其可行性和有效性。
航空安全 鸟类目标 线性调频步进信号 距离-慢时间谱图 精高分辨距离像 互相关系数 进退法 aviation safety avian linear frequency-stepped chirp signal spectrogram high-resolution range profile cross correlation coefficient advance-retreat method
