Molas 3D 多普勒扫描风激光雷达提高民航安全和效率

风切变和民航安全

风切变是一种大气现象,是风速在水平和垂直方向上的突然变化。风切变,尤其是低空风切变,是许多航空事故的主要因素,尤其是涉及飞机的事故。直到最近几十年,人们对其对航空安全的影响知之甚少,但激光雷达技术的最新进展有助于提高我们对风切变影响的理解。如今,机载激光雷达常用于监测飞行中的风速,而地面多普勒 3D 扫描测风激光雷达可以检测机场附近的风速变化。 

风切变对航空飞行的危害极大,特别是在起飞和降落过程中,由于飞行速度低,风切变会对飞机的空速产生很大的影响,导致飞机的姿态和高度突然变化,有时甚至是灾难性的。结果在低海拔地区。 1985年,一架飞机在美国达拉斯福克斯机场坠毁,造成137人死亡。从那时起,风切变就被作为一个国际课题来研究。据位于博尔德的国家大气研究中心主任科尔曼介绍,1985 年以后,美国的所有飞机都配备了风切变探测器,而 1990 年代的加拿大也配备了风切变探测器。

3D Dopper 扫描测风激光雷达如何检测风切变?

3-D 风激光雷达图像是风场的 3D 表示。图像通常是从上面拍摄的。风速以米/秒为单位。例如,在跑道上飞行的飞机可能会遇到 14 m/s 的风速。在这个高度,地表风很轻,与大气层的上层相反。

这种类型的风激光雷达扫描使用固定在固定仰角的光学头。反过来,方位角从 0 到 360 度不断迭代。这将创建一个以 2D 透视图显示为圆形的锥面。

三维测风激光雷达图像是多幅图像的合成。这些数据由专家解释,以产生对机场状况的准确预测。它还可用于识别与风有关的条件。除了检测风切变外,它还可用于识别微爆。如果特定天气事件伴有强风,则会生成警报。

使用这项技术,激光雷达可以探测到可能影响航空的恶劣天气现象。例如,低层风切变通常伴随着下暴。为了检测风切变,可以通过计算机算法对激光雷达数据进行处理和分析。此外,还评估了激光雷达数据的气溶胶含量。

多普勒3D扫描风激光雷达下滑道扫描原理

多普勒 3D 扫描风激光雷达滑行路径扫描 2
多普勒 3D 扫描风激光雷达滑行路径扫描

下滑道扫描侧重于观察飞机起降区域的风场,扫描过程中方位角和俯仰角同时变化。

使用 3D Scanning Wind LiDAR 的 PPI 模式检测风切变

多普勒 3D 扫描风激光雷达 PPI 模式检测风切变

PPI扫描原理:在恒定LiDAR俯仰角的情况下,方位角摆动扫描。

然后用合成的C因子来判断风切变:

  • 当C因子在0.068-0.138之间时,考虑中等风切变;
  • 当C因子在0.139-0.206之间时,考虑强风切变
  • 当 C 因子大于 0.207 时,考虑强风切变。

飞机尾涡检测

飞行中的飞机机翼会扰乱大气,形成一个围绕机翼向相反方向旋转的封闭涡流,这就是飞机尾涡。涡流很强,存在时间长,会使后面的飞机安全飞行。造成严重威胁,使飞机在机场起飞或降落时的跟踪距离受到限制,从而降低了机场容量。

       这一问题已成为国内外飞机飞行安全和机场航控领域的关键问题。尾涡特性及其探测技术的研究对解决这一问题具有重要意义。一是利用先进的尾涡探测技术实现飞机避让。尾涡可以达到保证飞行安全的目的;此外,还可突破传统安全飞行间距标准的限制,大幅提升机场运输能力。

飞机尾流涡
飞机尾流涡流 2

使用3D扫描风激光雷达的PPI模式检测飞机尾涡

3D扫描风激光雷达涡流检测

RHI风切变探测原理:在雷达方位角不变的情况下,俯仰角摆动扫描。

现场照片

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