机载气象雷达

摘要： 在机载气象雷达前视阵下,由于杂波的距离依赖性导致独立同分布(independent identically distributed,IID)训练样本严重不足,传统的空时自适应处理(space-time adaptive processing,STAP)算法性能下降,风场速度估计不准。针对此问题,提出一种基于同伦稀疏STAP的低空风切变风速估计方法,该方法仅需少量IID训练样本就能够达到较好的风场速度估计效果。首先,利用同伦稀疏恢复算法估计杂波协方差矩阵,从而重构出高分辨率的杂波空时二维谱。然后,通过求解STAP处理器的最优权矢量自适应滤除杂波。最后,实现对风场风速的准确估计。仿真结果证明所提方法的有效性。

摘要： 本文针对机载气象雷达前视快速扫描下的多普勒模糊问题,提出了两种多普勒解模糊算法:基于改进方位向波束形成算法和基于阻塞矩阵算法。基于改进方位向波束形成算法在传统的Capon波束形成的基础上,利用空间谱积分的方法对非期望信号协方差矩阵进行重构和对导向矢量进行估计,进一步提高了算法的鲁棒性,降低方位角估计误差;基于阻塞矩阵算法需要估计导向矢量,并利用导向矢量计算阻塞矩阵,将接收信号进行多普勒模糊相消预处理,阻塞每个多普勒频点的模糊多普勒分量,以达到解模糊的目的。通过仿真实验证明,两种方法均可以有效地恢复信号的多普勒信息,其中基于阻塞矩阵算法与基于改进方位向波束形成算法相比,有更优良的性能,并有更小的运算量。

摘要： 三维可视化系统能够为机载气象雷达回波数据分析提供支持。本文以预先提取的气象目标三维点云数据为基础,设计了一种面向机载气象雷达目标的三维建模方法。首先运用α-shape算法提取气象目标的外轮廓点云,并通过主元分析法求取点的法向量,再利用泊松重建算法对具有法向信息的外轮廓点云进行三维表面重建。结果表明,该方法得到的气象目标三维重建结果轮廓清晰,表面细节特征明显,能够反映气象目标的空间结构分布特征。相较于仅使用α-shape算法和移动立方体算法,该方法在重建精度和计算效率方面均有提高。重建模型整体上满足机载气象目标三维建模的要求,可以为未来的机载显控气象信息平台三维可视化提供技术支持。

摘要： 作为危险气象感知的重要手段,机载气象雷达在航空安全保障中发挥着重要作用.本文通过分析机载气象雷达的发展历程和国内外产品及技术,展望了机载气象雷达的发展趋势,并对其关键技术与难点进行了梳理,分析结果可以促进国内相关技术的研究和发展.

摘要： 结合机载气象雷达探测信息,本文提出了一种融合动态风险图和改进A*算法的动态改航规划方法.该方法首先利用机载气象雷达的探测结果,将其进行离散化处理,建立一个定期更新的动态风险图,以此作为算法的仿真环境;然后,综合考虑了航迹长度、航迹偏离度和管制约束等因素来构造算法的代价函数,基于该代价函数进行航迹规划.同时,对A*算法的搜索方式进行了改进,并对规划后的航迹进行了平滑优化处理;最后,提出两种不同策略进行了仿真分析试验,试验结果验证了所提方法的有效性,并且适用于动态改航规划.

摘要： 机载气象雷达是飞机在航行途中的重要安全保障,而强度大,范围广的地杂波会干扰气象目标的正确识别.当气象目标和地面散射点处于同一距离门时,通过时域和多普勒域的杂波抑制方法存在一定缺陷,无法精确抑制地杂波.根据气象回波和地杂波到达雷达时的俯仰信息不同,采用俯仰维排列的天线阵进行地杂波抑制,并针对传统波束形成算法收敛速度慢,以及对协方差矩阵失配弱鲁棒的问题,提出了一种基于协方差矩阵重构的鲁棒波束形成算法.仿真实验以及仿真数据处理结果表明,该方法收敛速度快,能够在保留气象信息的前提下,有效抑制地杂波.

摘要： 湍流是威胁航空安全的重大隐患.美国航空无线电技术委员会新修订的机载气象雷达最低性能标准DO-220A要求湍流检测时考虑飞机特性的影响.因此,本文以垂直载荷因子为检测依据,验证分析湍流检测方法,这对机载气象雷达准确探测湍流有实际意义.首先,构建湍流模型并量化飞机特性的影响,然后结合湍流谱宽,求解飞机垂直载荷因子.其次,依据贝叶斯准则,确定基于统计特性的最佳湍流检测门限.最后,利用遭遇湍流飞机的实际ADS-B(automaticdependentsurveillance-broadcast,广播式自动相关监视)数据估算垂直载荷因子.估算结果表明,飞机遭遇湍流时的垂直载荷因子大于检测门限,需进行告警处理,与实际情况相符,验证了该方法检测湍流的合理性.

摘要： 机载气象雷达系统进行气象探测时易受到强地杂波的干扰,从而导致目标信息丢失.为准确检测地杂波中的气象目标,获取完整的目标信息,本文提出了一种基于卷积神经网络(Convolution Neural Networks,CNN)的机载气象雷达目标检测方法.该方法联合时域、多普勒域和俯仰维空域信息,将杂波相位对准指标、多普勒速度和干涉相位作为CNN的输入,并给出详细的网络结构.本文通过模拟雷达回波仿真产生训练集和测试集,并对所提网络进行训练和测试.仿真结果表明,与目前的气象目标检测方法相比,该方法具有较高的检测概率,而且在谱矩信息变化的情况下仍可维持较好的检测性能,具有很好的鲁棒性.此外,仿真结果表明CNN比传统的贝叶斯分类器和支持向量机等分类网络具有更好的分类性能.

摘要： 针对机载气象雷达在复杂的地形环境下探测低空风切变时,地杂波呈现的非均匀特征导致难以准确获得杂波统计特性,进而影响杂波抑制效果,使得风切变风速估计不准的问题,该文提出一种色加载知识辅助STAP(CL-KA-STAP)的低空风切变风速估计方法.该方法首先构造降维联合时空变换矩阵,并对待检测距离单元的回波信号进行降维处理,然后将由数字高程模型(DEM)和国家土地覆盖数据库(NLCD)获取的先验知识融入到组合空时主通道自适应处理器(CMCAP)中,构造色加载系数优化函数求解色加载系数,最后构造滤波器,实现杂波自适应滤波并准确估计风速.后续仿真结果证明了所提方法的有效性.

摘要： 飞机装机设备在装机条件下的维护保障和周期定检需使用的检测设备是装机单位面临的重要议题.本文对综合保障装备的发展阶段进行了分析和总结.针对新型机载气象雷达在原位环境下的检测使用要求设计了一种基于CPCI总线架构的便携式原位检测系统.文中分别对检测系统的组成、工作原理、功能特点等进行了描述.该系统能通过429总线与雷达进行通信信息数据交互.检测设备能够在机载原位环境下向雷达提供典型气象回波目标信号和读取雷达总线数据BIT信息,从而对雷达整机与天线的接收功能进行检测.

摘要： 通过提高机载气象雷达对气象目标探测和识别的准确率,可以降低危险气象引起的飞行事故,提高飞行安全.本文对气象雷达的极化探测原理进行了研究,对比了传统气象雷达与极化气象雷达的探测性能,研究了极化气象雷达获取的多个目标极化回波特征值,并分析了极化技术在实现水凝物目标识别方面的优势.针对航空飞行安全对机载气象雷达的需求,讨论了机载气象雷达极化技术发展的必要性、可行性和经济性,提出了机载极化气象雷达实现气象探测和水凝物识别的关键技术.

摘要： 机载气象雷达的风切变探测能力,能够保证驾驶员在起降阶段提前知晓低空风切变的信息,达到确保民航飞机飞行安全的目的.但由于风切变具有时间短、强度大、区域小、危险性高等特点,使得雷达回波数据较难直接获取.因此,开展风切变的雷达回波仿真研究具有重要的现实意义.本文以TASS模型和气象目标的微物理特性为基础,利用流体力学仿真软件构造低空风切变的三维风场模型,采用反距离加权平均法对原始的非均匀风场数据进行预处理,并结合撒点法仿真的思想实现高保真的低空风切变三维回波仿真.仿真结果表明:回波数据可真实地反映出风切变回波信号的气象特征,仿真过程设计合理,仿真数据有效可靠.

摘要： 针对机载气象雷达气象模式地杂波抑制问题,提出利用回波幅度信息的基于数字高程模型( DEM,Digital Eleration Model)的时域地杂波剔除方法。首先利用回波幅度信息对存在雷达回波信号的数据区域进行分割,然后对区域的边界距离单元利用基于DEM的可视性算法分析其触地情况。根据分析结果可知,存在回波信号的区域可分成仅含气象的区域、仅含杂波的区域以及二者相连的区域,其中相连区域还需进行逐距离单元判断确定分界距离单元。将杂波存在的距离单元予以剔除,即可去除地杂波。经实测数据验证,该方法能够根据雷达参数和DEM数据准确地判断杂波所在的距离单元,有效地剔除地杂波。提出的方法仅处理存在回波信号的区域,且不需要对所有的距离单元进行分析,可以大大减小运算量。

摘要： 湍流是影响飞行安全的重要因素，在利用机载气象雷达进行检测时，通常是通过回波信号的谱宽来判断目标的。但是回波信号的谱宽不仅与气象目标本身有关，还与雷达参数有关，检测时需要进行定标。本文从大气湍流微粒问相关性的角度讨论了机载气象雷达中湍流的定标问题。不考虑相关性时，通过公式推导，证明目标的方位角和距离等因素对于谱宽的测量是没有影响的。考虑大气湍流微粒间的相关性时，引入大气湍流的相关模型，研究了目标方位以及飞机速度对于谱宽的影响，并通过仿真给出了定性分析。

摘要： 采用快速傅里叶变换(FFT)的周期图法是经典功率谱估计中的主要方法之一,但在实际信号处理时,其很难同时保证较好的谱分辨率和方差性能,因此须采用改进的周期图法(即Welch法)进行功率谱估计.本文所研究的内容就是在机载气象雷达仿真器终端对气象回波信号进行功率谱估计以判定有无揣流的算法，研究了改进后的周期图法原理的基础上,通过MATLAB仿真,分析了不同窗函数类型、窗函数长度等因素对估计结果的影响.仿真结果表明,与周期图法相比,Welch法通过选择适当的窗函数类型和窗函数长度,可以较好地改善谱估计结果的分辨率和方差性能,但是在短数据的谱估计上具有一定的局限性.

摘要： 高保真的低空风切变数据是进行低空风切变检测和飞行性能分析的必要基础.为解决低空风切变危险性高、发生突然且持续时间短等带来的真实数据不易获取的难题,本文提出了一种利用函数拟合的低空风切变三维建模方法.该方法依据风切变的流体力学特征,通过函数拟合的方式建立风场类型及特征可变的三维密度场和速度场,并按照现有机载气象雷达在风切变探测模式下的天线扫描与工作方式,实现低空风切变雷达回波仿真.仿真结果表明:该方法可灵活快速地实现低空风切变三维风场建模,雷达回波的速度估计结果较好地反映了低空风切变径向速度沿距离方向呈现反"S"型特征的分布特点.

摘要： 机载气象雷达在探测低空风切变时,有用信号会淹没在强杂波背景中.该文将相控阵体制引入机载气象雷达中,提出了基于空时幅相估计(APES,Amplitude and Phase Estimation)的低空风切变风速估计方法.该方法通过构造基于空时APES的空时滤波器,自适应地抑制地杂波并匹配低空风切变信号,估计风切变信号的多普勒频率并计算风场风速,最终实现机载前视气象雷达对分布式低空风切变目标的有效检测.仿真结果表明,在高杂噪比、低信噪比的情况下,该方法可有效地自适应抑制地杂波并精确地估计风场速度.

摘要： 风切变是引起空难事故的重要原因之一。具有风切变探测能力的机载前视气象雷达对于保障航空安全非常重要。由于风切变现象具有危害大、持续时间短且不易探测的特点，实际数据较难获取。因此，风切变回波信号仿真对风切变检测技术的研究和验证具有重要意义。本文对风切变雷达回波信号的仿真提出了一个新思路：首先通过使用风场仿真软件生成一个较为真实的风切变风场，再由此根据雷达参数高保真地对风切变雷达回波信号进行仿真。通过仿真结果与风切变结构特征的对比，表明仿真过程合理，仿真数据有效。

摘要： 本文根据低空风切变目标的基本特征，基于机载前视风切变雷达的工作条件，提出一种回波仿真的方法，并进行了回波的射频模拟，通过雷达实物平台的验证，证明了该回波仿真方法以及对其进行的射频模拟手段合理、有效，能够为机载前视风切变雷达的研制工作提供有力支撑。

摘要： 本发明提供一种结合气象报文的机载雷达气象数据融合显示方法，包括以下步骤：步骤一、设定飞机上的气象报文系统接收到设定范围内其他所有飞机发送的报文信息，并提取报文信息中的设定信息；步骤二、设定飞机上的机载雷达接收设定信息并通过计算获取设定飞机与第一目标飞机之间的相对信息参数；步骤三、设定相对信息阈值，将相对信息参数与相对信息阈值进行比较；步骤四、当相对信息参数与相对信息阈值的比较结果为第一结果时，则返回执行步骤二；步骤五、当相对信息参数与相对信息阈值的比较结果为第二结果时，对设定飞机的类型与第一目标飞机的类型进行比较；步骤六、根据比较结果对结冰状态参数和湍流强度参数进行判别，并实现告警显示。

摘要： 本发明提供了一种机载气象雷达多扫描多重频全空域气象目标探测方法，涉及气象雷达信号处理技术领域，利用多扫描机载气象雷达，在垂直方向上采取低、中、高三波束的扫描方法，水平方向采取变密度扫描，航向及两侧区域采用较密集扫描，提高探测精度，远离航向区域采用适当稀疏扫描，提高扫描和后续数据处理的速度，对获取的三波束扫描回波信号进行合成，获取载机前方全空域气象目标分布情况，为飞行安全提供有力保障，本发明可提高机载气象雷达探测精度，增大探测距离，抑制地杂波干扰，获取全空域气象目标分布情况。

摘要： 本公开实施例提供一种机载相控阵气象雷达扫描方法、装置及机载相控阵气象雷达，属于雷达技术领域，包括：确定载机当前的飞行高度；根据飞行高度，确定第一次扫描的第一扫描参数；按照第一扫描参数扫描载机的前视区域，获得前视区域内的气象云团分布；从全部气象云团分布中查找需要二次扫描的目标气象云团；根据飞行高度和目标气象云团的方位参数，确定目标气象团区域对应的第二扫描参数，第一俯仰扫描间隔大于第二俯仰扫描间隔，第一俯仰扫描个数小于第二俯仰扫描个数；按照第二扫描参数扫描目标气象云团，获得目标气象云团的气象反射率立体数据。提升了机载气象雷达对气象的探测感知与显示能力，可进一步提高飞行安全，减少不必要的偏航。

摘要： 本发明提供了一种机载气象雷达复合探测波形数据库，所述波形数据库包括单PRF相参波形数据子库、双PRF相参波形数据子库以及单PRF跳频波形数据子库。该探测波形数据库，优化了多扫描模式下不同俯仰层的气象探测波形，并且基于该数据库的雷达气象探测方法即可提升高空弱反射率气象目标的探测能力，又可精确估计气象目标速度、谱宽等信息，雷达利用气象目标的强度、速度及谱宽等反映气象特性的信息来辅助实现气象威胁性分析，并预测危险气象目标的发展趋势及运动特性，提升雷达对气象目标的探测性能及精确告警能力。

摘要： 本发明提供一种机载气象雷达的气象与地杂波的鉴别方法，包括以下步骤：步骤一、地形高度信息提取，从地形高度数据库中提取当前雷达扫描方位对应的地形高度信息；步骤二、杂波区划分，根据地形高度信息计算各个地形点采样时相对于雷达的俯仰角度，根据俯仰角度进行杂波区划分；步骤三、回波高度估计，对杂波区进行回波高度估计；步骤四、气象回波与地杂波鉴别，利用高度分布特征进行气象回波与地杂波的鉴别，并提取混叠在地杂波中的气象回波目标。利用单脉冲测角技术估计回波高度并利用气象和地形高度分布差异实现气象回波和地杂波的鉴别，提高地杂波抑制性能。

摘要： 本发明提供一种机载气象雷达气象试验评估方法，包括以下步骤：步骤一、地基天气雷达组网数据的获取；根据气象试验位置，获取气象试验位置周边多个地基雷达的数据并进行成像处理；步骤二、载机视角的地基天气雷达图像的获取；获取载机在各地基天气雷达成像图中的坐标并截取载机视角的地基天气雷达图像；步骤三、地基天气雷达组网的图像融合；利用图像处理的方法将获取的多个载机视角的地基天气雷达图像进行距离加权融合得到最终的地基雷达图像。将地基天气雷达组网融合后的图像作为衡量机载雷达气象探测性能的标准，对机载雷达气象探测的性能进行验证，该方法充分利用雷达组网的优势，提高了机载气象目标验证的准确性。

摘要： 本发明公开了一种基于CNN的机载气象雷达气象目标检测方法，包括：通过双通道垂直阵列接收系统接收雷达数据，接收到的雷达数据分为通道1回波数据和通道2回波数据；计算CPA值；计算多普勒速度值；计算干涉相位值，并对干涉相位进行补偿；将获取的CPA值、多普勒速度值和补偿后的涉相位值三种参数信息整合成三维数据；利用训练好的CNN模型对得到的三维数据进行检测，得到气象目标检测结果。本发明首次将CNN应用在气象目标检测，利用垂直阵列系统获取气象目标的多普勒信息和空域信息，然后将三种参数一同输入到CNN中，进而得到最终的检测结果，该方案受谱矩信息变化影响小，极大地提高了检测性能，同时也简化了流程，具有检测精度高，简单易实现的特点。

摘要： 本公开实施例提供一种气象探测方法、装置及机载气象雷达，属于雷达技术领域，包括：对机载气象雷达的前方区域进行多俯仰层扫描，获取对应不同俯仰层的雷达回波数据；根据雷达回波数据，获取前方区域内的全部气象目标及每个气象目标对应的位置参数；根据机载气象雷达的飞行高度和以及气象目标的位置参数，计算气象目标的平面坐标和垂直高度；根据全部气象目标的平面坐标和垂直高度，形成机载气象雷达的前方区域的三维气象数据；显示三维气象数据。可应用于现有的机载气象雷达，方便快捷，有效的实现对气象发展高度的测量，增强了雷达对危险气象的判别和评估能力，极大的保障飞行安全。

摘要： 本发明公开了利用外部气象数据提高机载气象雷达的性能。具体公开了气象雷达控制系统包括处理器，其配置成从航空器上携带的气象雷达系统获取适于从航空器延伸的第一区域的第一气象数据。第一气象数据包括在第一区域中的气象事件的第一位置。处理器进一步配置成经由通信系统从外部位置接收关于航空器的第二区域的第二气象数据，其中第二气象数据包括在第二区域中的气象事件的第二位置，并且将第一气象数据和第二气象数据相关联。处理器进一步配置成基于相关联的气象数据生成用于显示的显示数据，其中显示数据用于至少部分由第一和第二区域所限定的显示区域，并将显示数据提供到航空器上的显示系统。

摘要： 本发明提供了一种机载气象雷达多扫描多重频全空域气象目标探测方法，涉及气象雷达信号处理技术领域，利用多扫描机载气象雷达，在垂直方向上采取低、中、高三波束的扫描方法，水平方向采取变密度扫描，航向及两侧区域采用较密集扫描，提高探测精度，远离航向区域采用适当稀疏扫描，提高扫描和后续数据处理的速度，对获取的三波束扫描回波信号进行合成，获取载机前方全空域气象目标分布情况，为飞行安全提供有力保障，本发明可提高机载气象雷达探测精度，增大探测距离，抑制地杂波干扰，获取全空域气象目标分布情况。