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
中国民用航空飞行学院空中交通管理学院, 四川 广汉 618307
为明确ARJ21飞机近地阶段的尾涡观测效率及演化过程, 基于在双流机场开展的尾涡实地探测, 提出一种基于相关多普勒激光雷达径向风速的尾涡快速识别方法, 并基于此方法分析ARJ21飞机起降阶段的尾涡演化过程。结果显示, ARJ21飞机的尾涡在近地面处产生, 然后向下、向外扩散, 尾涡环量随时间变化逐渐减小, 但在特定的近地效应影响下, 会发生二次涡诱导主涡反弹现象, 涡核高度由13 m处上升至18 m处。同时, 侧风条件会加速ARJ21飞机的尾涡耗散, 并使其平移至跑道外, 尾涡持续时间由非侧向风下的约70 s缩减至侧风条件下的约42 s。
相关多普勒激光雷达 尾涡识别 近地效应 尾涡耗散 coherent doppler lidar wake vortex detection ARJ21 ARJ21 near-ground effect wake vortex dissipation
1 广东科技学院，广东东莞 523083
2 空军航空大学，吉林长春 130000
本文对飞机尾喷流诱导速度进行了仿真研究。建立了飞机尾涡模型以及尾喷口喷流模型，并仿真了飞机流场中的诱导速度。然后应用 CFD(computational fluid dynamics)对飞机的流场进行计算，并将 CFD计算结果与尾喷流模型计算结果进行对比。仿真对比结果表明：飞机尾后 100 m区域内，尾涡模型计算结果误差较大，此时应采用 CFD对尾流场进行计算；而在尾后 100 m区域外尾涡模型与 CFD计算结果较为一致，尾涡模型的计算结果能够达到精度要求。
尾喷流 诱导速度 尾涡模型 喷流模型 jet and wake flow, induced velocity, wake vortex m CFD
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
中国民用航空飞行学院 空中交通管理学院，广汉 618307
为了对脉冲多普勒激光雷达探测径向速度场进行识别，建立了基于k最近邻(KNN)方法的分类模型。结合飞机尾涡Hallock-Burnham模型和脉冲多普勒激光雷达特性，提取脉冲多普勒激光雷达探测径向速度场的特征参量。基于现有测试数据，在非均匀背景风场下利用KNN方法对飞机尾涡进行识别。结果表明，以准确率(ACC)和ROC曲线下的面积(AUC)作为评估标准，所提出的方法对尾流识别所获得的ACC和AUC分别为0.772和0.855。该方法可有效地识别飞机尾涡并具备较好的鲁棒性。
激光技术 多普勒激光雷达 k最近邻 特征提取 尾涡识别 laser technique Doppler LiDAR k-nearest neighbor feature extraction wake vortex identification
中国民用航空飞行学院空中交通管理学院，四川广汉 618307
为解决飞机尾涡威胁后机飞行安全问题，保障空中交通安全，提高机场和空域容量，提出了一种基于 AlexNet卷积神经网络模型的算法，实现飞机尾涡的准确识别。结合多普勒激光雷达探测原理和 Hallck-Burnham尾涡速度经典模型，构建了 AlexNet神经网络模型提取大气风场中的尾涡速度云图的图像特征，识别飞机尾涡。研究表明，该模型能够准确识别目标空域中的飞机尾涡，网络模型收敛后对尾涡识别的准确率高达 91.30%，并具有低虚警率，能有效地实现对飞机尾涡的识别和预警，达到尾涡监测的目的。
尾涡识别 AlexNet卷积神经网络 目标识别 多普勒激光雷达 wake vortex identification AlexNet convolution neural network target recognition Doppler LiDAR
中国民用航空飞行学院 空中交通管理学院, 广汉 618307
为了提高民航安全和飞行效率, 实现对尾涡的准确识别, 对飞机尾涡的空气动力学理论, 特别是经典的Hallock-Burnham尾涡速度数学模型进行了分析研究。结合多普勒激光雷达探测涡流风场径向速度的原理, 建立了雷达飞机尾涡探测的径向速度标准模型,引入滑动窗口思想, 提出一种基于波形相似度匹配的方法, 对尾涡进行自动识别, 并给出了详细的算法流程;利用实测的激光雷达风场及雷达底层数据和假设检验方法对该识别方法进行了理论分析和实验验证。结果表明, 该算法对飞机尾涡的有效识别率为90%。研究结果对进一步的尾涡监测具有一定参考价值。
信号处理 多普V328.3 TN958.98勒激光雷达 尾涡识别 Hallock-Burnham速度模型 滑动窗口 波形匹配 signal processing Doppler lidar wake vortex identification Hallock-Burnham velocity model sliding window waveform matching
1 电子科技大学 电子工程学院，四川 成都 611731
2 中电科柯林斯航空电子有限公司，四川 成都 611731
尾涡是一种空气漩涡，是固定翼飞机机翼产生升力的副产品，它会影响其他飞机的飞行安全。特别是在飞机起飞降落阶段，飞机遭遇尾涡可能带来灾难性的后果。本文从尾涡的雷达探测、行为预测、尾涡安全系统应用三个方面，梳理了国内外研究尾涡雷达系统的现状。重点介绍了几种动态尾涡间隔缩短技术，展望了关于尾涡的拓展应用的前景与方向。
尾涡 尾涡间隔 动态尾涡间隔缩短 尾涡咨询系统 wake vortex wake vortex spacing dynamic wake vortex separation reduction wake vortex advisory system 太赫兹科学与电子信息学报
2018, 16(6): 1003
1 国防科学技术大学 电子科学与工程学院，湖南 长沙410073
2 电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室，湖南 长沙410073
构建了尾流中云雾滴运动微分方程，通过求解运动方程得到了尾流中云雾滴的运动轨迹、速度分布等特性.分析了尾流中云雾滴的密度分布特性，并以典型的W波段雷达为例，分析了云雾中尾流的探测距离.在此基础上，提出了一种云雾中尾流雷达多普勒特性模拟方法，得到了典型毫米波雷达空间分辨率和观测视角下云雾中尾流的多普勒特性.研究结果表明，云雾中尾流毫米波雷达回波调制了丰富的尾流速度场信息，可为航空安全提供特征支撑.
飞机尾流 航空安全 毫米波雷达 多普勒 aircraft wake vortex air safety millimeter-wave radar Doppler
