利用机载雷达对风场进行数字重建的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种风场重建方法。更具体地说，本发明设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】
[0002] 穿越危险风场的飞行会导致飞机颠鑛和较大的机体过载，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，遭遇素流时乘客受伤的事故时有发生。
[0003] 目前在役飞行器对素流及微下冲风切变等扰动风场的探测和预警，主要依靠 W气 象雷达为核屯、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W对素流和风切变等目标风场进行测量，提供风场的Ξ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。
[0004] 尽管雷达谱宽包含了素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。
[0005] 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(Rockwell Collins)公司利用机载多普勒气象雷达开发了新的素 流探测和预警系统（Turbulence Prediction and Warning System,TPAWS)，研发部口预先 通过大量的飞行实验积累数据，建立素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，但是运样的方法 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W节省成本。
[0006] 基于运样的背景，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，W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】
[0007] 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。
[000引本发明还有一个目的是提供一种可W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。
[0009] 为了实现本发明的运些目的和其它优点，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W下步骤：
[0010] 步骤一、机载雷达对目标区域的风场进行实时测量，W得到所述风场的谱宽数据 和所述风场的平均径向速度；
[0011] 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素流强度的 估算值，由雷达载机的飞行参数得到所述风场的素流尺度分布，将素流强度的估算值与素 流尺度分布结合得到飞行空间不同位置的传递函数，进而建立素流风场的数字模型；
[0012] 步骤Ξ、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；
[0013] 步骤四、将步骤二建立的素流风场的数字模型和步骤Ξ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。
[0014] 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。
[0015] 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糖度。
[0016] 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素流风场的数字模型。
[0017] 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)由所述风场的素流强度的估算值结合德莱顿模型计算得到。
[0018] 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素流频谱模型计算得到所述风场的素流强度的估算值。
[0019] 本发明至少包括W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Ξ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W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Ξ维风场数字 模型可W用于风场评价、风场飞行仿真W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。
[0020] 本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本 发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
【附图说明】
[0021 ]图1为本发明的利用机载雷达对风场进行数字重建的方法的流程示意图；
[0022] 图2为本发明的实施例中的机载雷达对风场进行探测得到的谱宽数据；
[0023] 图3为本发明的实施例中的完成数字重建的风场中屯、线上的Ξ轴风速分布示意 图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，W令本领域技术人员参照说明书文 字能够据W实施。
[0025] 应当理解，本文所使用的诸如"具有"、"包含"W及"包括"术语并不配出一个或多 个其它元件或其组合的存在或添加。
[0026] 如图1所示，本发明提供一种利用机载雷达对风场进行数字重建的方法，一般的扰 动风场由素流风场风速波动与平均风速两部分组成，其中素流风场需要借助素流强度值建 立，而平均风速信息可由多普勒雷达提供的平均径向速度给出。风场建模的主要参数有素 流尺度和素流强度，素流的尺度随雷达载机的飞行高度和地形粗糖度而变化，其取值已有 成熟的研究成果，素流的强度基于多普勒雷达的素流强度估计值。具体包括w下步骤：
[0027] 步骤一、机载雷达对目标区域的风场进行实时测量，W得到所述风场的谱宽数据 和所述风场的平均径向速度。机载雷达可W为多普勒气象雷达，风场的谱宽数据包含有风 场速度的均方根信息，风场的平均径向速度反映了素流风速随机波动的基准值信息。
[0028] 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素流强度的 估算值，求解风场的素流强度的估算值，需要借助雷达谱宽数据和素流频谱模型建立封闭 方程组，进行数值迭代求解。由雷达载机的飞行参数得到所述风场的素流尺度分布，将素流 强度的估算值与素流尺度分布结合得到飞行空间不同位置的传递函数，运样就可W在保证 谱宽/素流强度等效的情况下，进而建立素流风场的数字模型。
[0029] 步骤Ξ、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。
[0030] 步骤四、将步骤二建立的素流风场的数字模型和步骤Ξ建立的平均风速风场按照 空间分布进行线性叠加，两种模型相结合，从而对风场进行数字重建，得到风场中屯、线上的 Ξ轴风速分布。
[0031] 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。
[0032] 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