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机载气象雷达是检测飞行中湍流的重要设备,对于保障飞行的安全具有重大意义。它通过判断回波信号谱宽是否超过门限来检测湍流,关键在于检测门限的设定。将其看成一个统计问题进行解决,提出了利用统计学中置信度来设置门限的方法,根据湍流微粒的概率分布推导了置信度与检测门限的关系,并利用其进行检测门限设置。最后利用仿真的气象雷达回波信号进行了实验,实验结果表明提出的方法能够检测出实验中设置的湍流区域,验证了方法的有效性。
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第
29
卷第
4
期
2011
年
8
月
中同民航大学学报
Vo
l.
29
No
.4
August
2011
JOURNAL
OF
CIVIL AVIATION UNIVERSITY
OF
CHINA
基于统计置信度的浦流检测门限确定方法
卢晓光,夏冬
(中国民航大学智能信号与图像处理天津市重点实验室,天津
300300)
摘
要:机载气象雷达是检测飞行中瑞流的重要设备,对于保障飞行的安全具有重大意义
υ
它通过判断回波信号谱
宽是否超过门限来检测端流,关键在于检测门限的设定
3
将其看成一个统计问题进行解决,提出了利用统
计学中置信度来设置门限的方法,根据消沉微粒的概率分布推导了置信度与检测
l
门限的关系,并利用其进
行检测门限设置
u
最后利用仿真的气象雷达回波信号进行了实验,实验结果表明提出的方法能够检测出实
验中设置的瑞流区域,验证了方法的有效性二
关键词:机载气象雷达;端流检测:谱宽;置信度门
nt
中图分类号:
TN974
文献标识码
:A
文章编号:
1674-5590(2011)04-0027-04
Method for Setting Threshold of Turbulence Detection
ßased on Statistical Confidence Level
LU
Xiao-
伊
ang
,XIA Dong
(Tumjin
Key
Lahor
a1
ory for A dvanced Sign
o1
Pr
ocessmg,
CA
UC
,
Ti
叫
in
300300,Chma)
Abstract:
Airbom
t'
weather radar is a key equipment to detect the turbulence exist ing in the
f1
ight path , which is very
important for aviation safety. The weather target with the spectrum width of the e('ho ex('eeding the detection
threshold is classified as turbulence
, so the key to detect turbulence is threshold' s setting. A statistical model
of the problem is established
and
a threshold setting method based on statistical ('onfidence level is presented
in this
pape
r.
According the velocity distribution characteristics of turbulent particles , the relation between the
confidence levels
and
threshold is derived. Then it is used to set the threshold for acquiring the defined
confidence leve
l.
The detection results with simulated weather signal demonstrate that the located three
turbulent areas in simulated scene are detected successfully
,so it is effective.
Key
words:
airbome weather
radar;
turbulence detection; spectrum width;
('O
nfidence level threshold
i
由流是造成飞机颠簸的主要原因,严重影响着飞
行的安全性[飞机载气象雷达是一种重要的航空电子
设备,具有气象探测、气象回避等功能,它为航空运输
的安全性提供了保障,是民航飞机的"双眼"。机载气
象雷达都具有揣流检测的功能
I
习,可以探测飞机前方
存在的揣流区域,从而引导飞行员避开这些危险区
域,保障飞行的舒适性与安全性。
;自流是由大量不规则运动的微粒组成的,而且这
些微粒的速度在较小的范围内变化剧烈,具有较宽的
速度谱,即速度偏差较大。雷达的出现使揣流检测成
为可能。最早通过雷达反射率因子即雷达回波幅度判
断
I
坷,准确度不高;多普勒雷达出现后,利用速度谱宽
的判断方法出现
[4l
,也是目前机载气象雷达最常用的
方法。在近几年研究者又提出了诸如旋涡分散率等
一些新的检测量|叫,但计算起来较复杂,或者需要其
他的辅助信息。最简单而且实际中普遍使用的是谱宽
法,也是目前民航机载气象雷达应用的方法
I
可。对民用
客机而言,一般认为速度偏差大于
5
m/
s
的气团即为
揣流目标[飞机载气象雷达正是通过测量气象目标的
速度信息检测揣流,比较目标回波信号的谱宽与预设
揣流门限的大小判别揣流的存在性
[2.8-9]
。机载气象雷
达是脉冲多普勒雷达,通过对目标的多次采样探测气
象信息。由于气象目标是体目标,其回波是由大量散
射粒子叠加而成,回波会具有一定的起伏,对同一目标
不同脉冲采样的回波不尽相同,判断的结果当然会有
差别。测出的谱宽值有的大于门限,有的小于门限。那
收稿日期:
2011-03-22
基金项目:国家自然科学基金资助项目
(61071194
)
作者简介:卢晓光
(1983
一),男,山西忻州人,助教,硕士,研究方向为机载气象雷达信号处理.
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