專利名稱：尾流的雷達(dá)監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及空中交通控制以及飛行安全領(lǐng)域。本發(fā)明尤其涉及管 理沿著一個相同的空中走廊的一前一后兩架飛機之間的相對距離的安全規(guī) 則，特別是在起飛階段期間以及進(jìn)場和著陸階段期間。
背景技術(shù)：
在空中交通控制領(lǐng)域，已經(jīng)建立了飛機之間的安全距離(由ICAO (國 際民航組織)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn))以避免與飛機遇到由位于其前面的飛機產(chǎn)生的 尾流(也被稱為"尾渦流")相關(guān)的危險。在通過尾流的飛機處于易受損的 情況下，這種尾流實際上尤其危險，例如飛機在起飛和著陸階段期間經(jīng)歷 尾流，特別是在進(jìn)入到用于進(jìn)場著陸的ILS (即，儀表著陸系統(tǒng))導(dǎo)向區(qū)域 時，同時飛機距地面具有相對小的距離并且處于相對擁擠的導(dǎo)航區(qū)域中。
當(dāng)前，出于安全考慮，并且由于對尾流隨時間的變化了解得相對較少， 由ICAO提出的分隔兩架飛機的距離與明顯的安全余量相對應(yīng)。這些安全 距離沒有專門考慮影響該現(xiàn)象消失速率的氣象條件(大氣的自然湍流)，也 沒有專門考慮影響其通過空間的運動的高空氣象條件(例如側(cè)風(fēng))。
面對空中交通的持續(xù)和快速增加并且隨著新型的寬體飛機(空中客車 A380和波音B747-8)的問世，產(chǎn)生了與下面兩個相互矛盾的限制相關(guān)的雙
重問題
-第一限制表現(xiàn)出以下事實寬體飛機比中體或者窄體飛機產(chǎn)生更大的 尾流。因此，在缺乏補充參數(shù)的情況下，對于寬體飛機而言飛機必須遵守 的安全距離自然地必須絕對大于對于中體或者窄體飛機必須遵守的安全距 離；特別是在起飛和著陸階段。這一限制導(dǎo)致對于位于寬體飛機后面的飛 機而言在起飛和著陸期間等待時間的可預(yù)測延長。
-第二限制表現(xiàn)出以下事實為了處理更大的空中交通，需要加速旋轉(zhuǎn) 以避免阻塞航空集散站。面對這些相互矛盾的限制， 一種解決方案在于使機場基礎(chǔ)設(shè)施變得復(fù) 雜以允許飛機在起飛和著陸時沿著多樣化的軌道(走廊)行進(jìn)，從而通過 沿著不同的起飛或者著陸軸移動，兩架飛機可以彼此相對接近地行進(jìn)，這 允許在尾流仍然危險的情況下，每一架飛機都不經(jīng)過前面飛機的尾跡。然 而，除了需要安裝許多機場都不存在的相對復(fù)雜的導(dǎo)向設(shè)備之外，這種方 案還不可能確定在這種或者那種情況下應(yīng)用的安全距離是否是剛好的充分 距離或者是否相反地對其進(jìn)行了太寬的評估。
另一公知的方案在于試圖利用傳感器檢測尾流的存在以及該湍流的距 離。已經(jīng)研究了用于檢測尾流的各種類型的傳感器，并且特別是能夠執(zhí)行 多普勒測量的多普勒激光雷達(dá)和脈沖激光發(fā)射系統(tǒng)。用于實際使用的該類 型傳感器的主要缺點在于，其只能在晴朗的天氣中正確操作。在霧天或者 雨天，不能夠再使用激光雷達(dá)。而且，盡管激光雷達(dá)比雷達(dá)具有更好的角 度分辨率，但是激光雷達(dá)具有較小的距離和多普勒分辨率。具體地說，激 光雷達(dá)不能測量關(guān)于湍流螺旋的幾何尺寸的某些細(xì)節(jié)，這些幾何尺寸的細(xì) 節(jié)尤其能夠確定其消失狀態(tài)，從而不能充分獲得關(guān)于所檢測的尾流的知識。 而且，當(dāng)前的激光雷達(dá)系統(tǒng)不能在與工作需求兼容的時間跨度中監(jiān)控足夠 寬的空間區(qū)段，從而不能對機場區(qū)域進(jìn)行有效監(jiān)控。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種方案，在通常的機場運輸情景中，能夠確 定給定的飛機與位于其路線上的前面飛機之間是否具有足夠距離，從而不 必在該給定的飛機本身處于易受損情況下受到由該前面飛機產(chǎn)生的尾流的 影響，例如在起飛或者著陸階段。
這里的問題在于能夠?qū)崟r并且在所有天氣(晴朗天氣，霧天，雨天等) 中確定該尾流的行為，使得能夠根據(jù)跑道的配置以及天氣條件來動態(tài)地調(diào) 整飛機之間的安全距離，同時確保高的安全等級。
為此目的，本發(fā)明的主題是一種用于檢測和分級由飛機產(chǎn)生的尾流的 狀態(tài)和演化的方法，該方法以該尾流反射的雷達(dá)信號為基礎(chǔ)，并且通過給 定尺寸的分析單元按照距離和方向?qū)@些信號進(jìn)行分析，其特征在于，所 述方法包括-第一初步主要檢測步驟，適于檢測和定位單元中的湍流， -第二主要步驟，用于確定所檢測的湍流的強度，
-第三主要步驟，用于確定所檢測的湍流的年齡(age)以及對所述湍 流進(jìn)行表征的幾何參數(shù)；
對于在完成所述第一步驟之后已經(jīng)檢測到湍流的每一個分析單元，彼 此獨立并且并行地執(zhí)行所述第二步驟和第三步驟。
根據(jù)本發(fā)明，所述第一主要步驟本身包括
-第一步驟，進(jìn)行高分辨率的頻譜分解，
-第二步驟，計算所接收信號的高分辨率多普勒頻譜的熵s，
-第三步驟，通過與為該單元測量的所述熵s的等級的固定閾值進(jìn)行比
較，而針對每一個觀察單元檢測湍流的存在；
該第一主要步驟提供關(guān)于所檢測的湍流的位置的指示以及關(guān)于所接收
的相應(yīng)信號的頻率的豐富度(richness)的指示。 根據(jù)本發(fā)明，所述第二主要步驟本身包括
-第一步驟，通過所接收的信號的傅立葉變換進(jìn)行頻譜分解， -第二步驟，對所獲得的多普勒頻譜進(jìn)行歸一化， -第三步驟，通過與相對固定閾值的比較來檢測所述多普勒頻譜的明顯 等級的分量，
-第四步驟，計算所述湍流內(nèi)的切線速度r(O的環(huán)流(circulation) r， -第五步驟，基于所述多普勒頻譜的所述明顯分量來計算所述切線速度
r(r)的方差Z;
第二主要步驟提供關(guān)于所檢測的湍流的強度的指示。
根據(jù)本發(fā)明，所述第三主要步驟本身包括
-第一步驟，通過確定所接收的信號的自回歸模型的特征多項式的根來 確定所接收的信號的高分辨率多普勒頻譜的所述頻率分量，
-第二步驟，分析所述多普勒頻譜的所述分量的密度以及在所述分析時 間上這些分量的值的變化斜率；
該第三主要步驟提供關(guān)于所檢測的湍流的演化階段的指示以及關(guān)于所 檢測的湍流的幾何尺寸的指示。


通過如下作為非限制性示例的特定實施例以及相關(guān)附圖的描述能夠更 好地理解本發(fā)明的特點和優(yōu)點。在附圖中 -圖1到圖3是尾流現(xiàn)象的示意性說明。 -圖4是該尾流隨時間演化的說明。
-圖5是根據(jù)本發(fā)明的方法的基本示意圖。
-圖6是示意性地表示與最近形成的閾值湍流相對應(yīng)的信號的多普勒 頻譜的分量的演化的頻譜圖。
-圖7是頻譜圖，其示意性地表示與當(dāng)前演化的閾值湍流相對應(yīng)的信號 的多普勒頻譜的分量的演化。
-圖8是頻譜圖，其示意性地表示與消失過程中的閾值湍流相對應(yīng)的信 號的多普勒頻譜的分量的演化。
具體實施例方式
首先參照圖1到圖4，其示意性地說明了由飛機11產(chǎn)生的尾流現(xiàn)象。 如這三幅圖所示，通過在飛機的后面產(chǎn)生兩個漩渦21和22 (旋渦)來實現(xiàn) 尾流，所述兩個漩渦21和22 (旋渦)導(dǎo)致氣團(tuán)沿相反的方向旋轉(zhuǎn)。因而人 們將其稱為"反向旋轉(zhuǎn)"的漩渦。
每一個渦流21、 22都呈現(xiàn)螺旋的形式，螺旋的點相對于中心位于距離
K^處，該距離K^按照所進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)數(shù)量呈指數(shù)變化，以便將所考慮的點 連接到中心。因而其可以表示為如下關(guān)系式
K0 = ".eAe其中0從O變化到7Wr (iV為整數(shù)) [1]
其中，"和6代表螺旋的幾何參數(shù)。
另外，每一個渦流還以其半徑^的核31進(jìn)行表征。 已經(jīng)知道，通過確定某些物理特性的值來評估與飛機產(chǎn)生的尾流相關(guān) 的危險。
因而，通過分隔構(gòu)成該湍流的兩個渦流(旋渦)的中心的距離6。，湍 流通常以其尺寸進(jìn)行表征。該距離通過以下關(guān)系式給出
60=^ [2]其中，如圖l所示，5代表飛機的翼展。就因數(shù)s而言等于;r/4，從而6。 基本等于翼展^的3/4。
按照公知的方式，該湍流也以兩個渦流21和22內(nèi)側(cè)的氣團(tuán)的切線速
度進(jìn)行表征。該速度遵循指數(shù)法則，在核的半徑^處，在渦流的核31內(nèi)側(cè)， 切線速度從中心朝向外周增加，而在核的外側(cè)，切線速度根據(jù)半徑K。減少。
因而，按照公知的方式，可以通過如下關(guān)系式來定義切線速度 <formula>formula see original document page 9</formula>以及
<formula>formula see original document page 9</formula>
Kmax由如下關(guān)系定義<formula>formula see original document page 9</formula> 其中，r代表向量r沿著形成該渦流的螺旋的環(huán)流。
因而，渦流內(nèi)側(cè)的切線速度能夠平均達(dá)到或者實際超過+ /-10m"。
按照公知的方式，該湍流還以湍流中氣團(tuán)速度的環(huán)流r進(jìn)行表征。代表 氣團(tuán)切線速度的動力矩(單位為附2")(渦流的切線速度^與其半徑K。乘 積的積分)的環(huán)流r使得可以對尾流的強度進(jìn)行特征。將環(huán)流的初始值r。定 義為與飛機的重量成正比并且與其翼展和速度成反比的量，因而其可以表
示為<formula>formula see original document page 9</formula>
其中，M代表飛機的質(zhì)量，K代表其速度并且5代表其翼展。參數(shù)g， p和^分別代表重力加速度，飛機機翼幾何尺寸的參數(shù)特性以及等于"/4的 因數(shù)。
而且，已經(jīng)知道，由飛機產(chǎn)生的尾流隨時間演化，該演化如圖4所示， 兩個渦流21和22隨時間演化。因而，他們會自然地以速度^損失高度(由 于反向旋轉(zhuǎn))，該速度^與飛機的翼展5成反比，并且表示為如下關(guān)系式<formula>formula see original document page 9</formula>因而，對于平均尺寸的飛機，獲得平均為2w〃級的降落速度。
該尾流還會受到風(fēng)的影響，從而兩個渦流或者旋渦也會受到風(fēng)的可能 作用，并且會被側(cè)風(fēng)吹送。
此外，當(dāng)尾流位于地面附近時，已知其還會受到其它更復(fù)雜現(xiàn)象的影 響，例如一個渦流相對于另一個渦流旋轉(zhuǎn)的風(fēng)剪切現(xiàn)象，或者來自地面的 回彈引起偽鏡象渦流的其它現(xiàn)象。
最后，按照自然的方式，已知尾流根據(jù)大氣的自然湍流并且在與自破
壞現(xiàn)象相關(guān)的"撬波(crow wave)"的作用下衰減并且消失，其中大氣的自 然湍流以TKE (湍流動能)和EDR (渦流消散率)進(jìn)行表征，并且自破壞 現(xiàn)象與其周圍的渦流打旋相關(guān)聯(lián)。該衰減和消失尤其導(dǎo)致強度的累進(jìn)損失 以及湍流內(nèi)氣團(tuán)速度的降低。因而，給定的湍流經(jīng)歷跟隨有衰減階段以及 消失階段的生長階段。
就尾流而言，在航空飛行中進(jìn)行的研究已經(jīng)表明，在到達(dá)機場的進(jìn)場 期間最危險的區(qū)域有兩個。第一個區(qū)域與ILS攔截區(qū)域(由ILS定義的進(jìn) 場錐面的進(jìn)入點，位于地面上方700m到1000m)相對應(yīng)。在該區(qū)域中，實 際上，來自各個方向的飛機與由ILS定義的降落軸對準(zhǔn)，同時在該點處產(chǎn) 生進(jìn)入到該進(jìn)場錐面的飛機將不得不經(jīng)過的尾流。由于上述的回彈現(xiàn)象， 第二區(qū)域與最終的地面進(jìn)場相對應(yīng)。因此，對于其中飛機機動飛行在很低 或者非常低的高度處一起關(guān)閉的這兩個區(qū)域，每一架飛機不僅需要能夠檢 測到其前方的湍流的存在，而且還需要能夠評估由所檢測的湍流產(chǎn)生的干 擾強度。
現(xiàn)在參照圖5，其表示用于檢測和表征尾流的方法的基本流程圖。 為此，根據(jù)本發(fā)明的方法執(zhí)行三個不同的主要步驟 -第一基本主要檢測步驟51，其適于檢測和定位湍流， -第二主要步驟52，其可以確定所檢測的湍流的強度， -第三主要步驟53，其可以一次同時地確定所檢測的湍流的年齡以及 表征該湍流的幾何參數(shù)。
通過根據(jù)本發(fā)明的方法處理的數(shù)據(jù)54由所接收的雷達(dá)信號的采樣構(gòu) 成。這里，按照公知的方式，每一個信號采樣與在距離和方向方面由其徑 向距離以及方向和尺寸確定的空間單元發(fā)出的信號相對應(yīng)，該尺寸按照公
10知的方式定義所接收的信號的分辨率。就幅值和相位而言通過實部分量I 和虛部分量Q定義每一個信號采樣。
基于這些輸入數(shù)據(jù)，根據(jù)本發(fā)明的方法給出如下指示
-所檢測的湍流的位置55，
-關(guān)于相應(yīng)信號的頻譜豐富度的指示56，
-與所檢測的湍流的強度相關(guān)的指示57，
-關(guān)于所檢測的湍流的年齡的指示58，
-表征該湍流的幾何參數(shù)的值59。
根據(jù)本發(fā)明，在幾個步驟中執(zhí)行檢測任務(wù)51:
-第一步驟511，對所接收的信號進(jìn)行高分辨率多普勒分析，
-第二步驟512，計算在前一步驟中確定的多普勒頻譜的熵，
-第三步驟513，檢測本身。
通過執(zhí)行基于自回歸(autoregressive)濾波的分析方案來執(zhí)行高分辨率 多普勒分析步驟511，這能夠基于限制的信號采樣序列通過其反射系數(shù)a為 每一個(距離，方位角)單元確定所接收的信號的頻譜模型。為了計算系 數(shù)a，可以使用任何公知的方案，例如以Burg的柵格算法為例。然而，按 照實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選方式，執(zhí)行用于確定模型的等級和系數(shù)^ 的方案是基于"正則化自回歸"濾波的多普勒分析方案，這在由本申請人 于1995年6月13日遞交的申請?zhí)枮?5 06983以及于2005年9月6日遞交 的申請?zhí)枮?5 09095的法國專利申請中進(jìn)行了描述，該方案能夠基于限制 的信號采樣序列滿意地評估自回歸模型的系數(shù)a 。在這里沒有詳細(xì)描述該 方案，但是該方案特別在于將執(zhí)行Burg算法或者其它"MUSIC"(多信 號分類)類型算法的分塊自回歸柵格濾波與所謂的正則化方案相關(guān)聯(lián)，該 正規(guī)化方案在于向所獲得的每一個系數(shù)// 應(yīng)用系數(shù)，這使得在只有小數(shù)量 的采樣可用時也能夠有利地限制由自回歸濾波造成的數(shù)字不穩(wěn)定的后果。 然后將所獲得的系數(shù);/"稱為"正則化"系數(shù)。
步驟511之后是步驟512，在步驟512期間，使用系數(shù)^來計算所獲得 的多普勒頻譜的熵S 。用于表征頻譜分量中頻譜的豐富度的該熵的表示為其中，iV代表在步驟511中定義的模型的系數(shù)^的數(shù)量。
因此，在步驟513中，將針對每一個(距離，方位角)單元計算的熵S
與根據(jù)檢測概率和故障報警概率標(biāo)準(zhǔn)固定的閾值s，進(jìn)行比較。通過這種方 式，檢測表現(xiàn)出熵s大于閾值&的每一個單元并且將其認(rèn)為是其中氣團(tuán)呈現(xiàn)
出與尾波相關(guān)聯(lián)的干擾的區(qū)域。因而，在完成任務(wù)51的步驟513之后，可 以獲得其中可能已經(jīng)檢測到湍流的(距離，方位角)單元的映射。
根據(jù)本發(fā)明，任務(wù)52的目的在于表征所檢測的湍流的強度。因此，僅 將其應(yīng)用到任務(wù)51已經(jīng)產(chǎn)生檢測的單元。與任務(wù)51類似，任務(wù)52也按照 幾個步驟執(zhí)行
-第一步驟521，在此期間執(zhí)行對所接收的信號的頻譜的常規(guī)頻譜分
析，
-第二步驟522，歸一化該頻譜分量的等級，
-第三步驟523，檢測明顯的頻譜分量，
-第四步驟524，在此期間計算表征該湍流的切線速度的環(huán)流r，
-第五步驟525，在此期間計算相同切線速度的方差Z。
通過應(yīng)用常規(guī)頻譜分析方案來執(zhí)行第一步驟521，例如通過傅立葉變 換。該頻譜分析可以確定表征該湍流的多普勒頻譜的分量。在步驟521之 后是步驟522，步驟522的目的是相對于頻率面中的周圍信號等級來歸一化 所獲得的多普勒頻譜。對于每一頻率，可以例如通過CFAR (即，恒定虛警 率)類型的公知方法，基于在所考慮的頻率附近的頻譜等級的平均值和方 差來執(zhí)行頻率軸上信號頻譜的歸一化。
在歸一化步驟522之后是步驟523，步驟523檢測明顯的頻譜分量，即 表征該湍流的頻譜分量。與步驟513期間類似，這里通過對每一個頻譜分 量的歸一化等級與閾值&進(jìn)行比較來執(zhí)行檢測。這里保留其等級超過該閾 值的每一個分量以表征該湍流。
在確定了明顯的頻譜分量之后，步驟524計算在所考慮的單元中氣團(tuán) 的切線速度的環(huán)流r。環(huán)流r按照公知的方式(在任意的因數(shù)之內(nèi))通過下 面的比例關(guān)系式定義<formula>formula see original document page 13</formula>9]
其中，F(xiàn)(。代表在考慮所接收的信號的多普勒頻譜時(頻率/;的)速 度分量K的值。
如前所述，該環(huán)流代表湍流內(nèi)氣團(tuán)的切線速度的動力矩(單位為m2/。， 即在所考慮的旋渦點處氣團(tuán)運動的切線速度^與該點到該旋渦的中心的距
離K。乘積的積分。這能夠有利地表征在所考慮的(距離，方位角)單元中 檢測到的尾流的整體強度。
與步驟524同時進(jìn)行，步驟525基于明顯的頻譜分量來計算在所考慮 的單元中氣團(tuán)的切線速度的降低的方差丄。降低的方差丄按照公知的方式 (在任意的因數(shù)內(nèi))通過如下的比例關(guān)系式定義
- [10]
與環(huán)流r類似，方差丄能夠有利地表征在所考慮的(距離，方位角)單 元中檢測到的尾流的整體強度。實際上，該方差丄表征了由該湍流產(chǎn)生的氣 團(tuán)的干擾的傳播，并且因此表征了這些氣團(tuán)的更大或者更小擾動程度。
在完成了任務(wù)52的步驟524和525之后，對于已經(jīng)在其中檢測到湍流 并且任務(wù)51提供了位置的每一個單元，獲得了兩個指示丄和r，這使得能 夠表征所檢測到的湍流的強度。
根據(jù)本發(fā)明，就任務(wù)53而言其具有允許確定與所檢測的湍流相關(guān)的某 些幾何參數(shù)以及確定該湍流的年齡或者更加精確地確定其演化程度的雙重 目的。為此，任務(wù)53包括如下步驟
-第一步驟531，對于每一個(距離，方向)單元，確定所接收的信號 的多普勒頻譜的分量，
-第二步驟532，僅對于其中已經(jīng)檢測到湍流的單元執(zhí)行該信號的頻譜 分量的頻率隨時間的變化的分析。基于在高分辨率多普勒分析步驟511期間確定的自回歸模型來執(zhí)行第
一步驟531。其主要在于通過計算表征該模型的多項式的根來確定該模型的
自然頻率。因此，有利地獲得了所接收的信號的良好頻譜分解。
就第二步驟532而言其在于分析多普勒頻譜在分析時間間隔Af上的演 化，在該分析時間間隔AG期間，將雷達(dá)檢測裝置導(dǎo)向到所考慮的(距離， 方位角)單元上。根據(jù)本發(fā)明，對于其中己經(jīng)檢測到湍流的每一個單元， 評估多普勒頻譜的每一個分量的頻率隨時間變化的斜率。如圖6到8所示， 該分析能夠有利地確定所檢測的湍流的演化階段。
圖6示意性地示出了對于給定的(距離，方位角)單元在(時間，多 普勒速度)平面中與當(dāng)前形成的湍流相對應(yīng)的信號的頻譜分量的頻率隨時 間的演化。應(yīng)該注意到，在圖6中，與圖7和圖8中的相同，通過以m"表 示的相應(yīng)速度來表示多普勒頻率。在圖中可以看出，湍流以頻譜進(jìn)行表征， 在多普勒速度(即，位于Om/s和土L之間)空間中表示的頻譜的分量有許 多并且被緊密壓緊。而且，這些分量都表現(xiàn)出正的演化斜率61，每一個分 量的值隨時間增加。從而可以看出，在該演化階段，湍流的切線速度增加 并且伴隨著其強度的增加。因此，建議通知到達(dá)與被考慮的單元相對應(yīng)的 區(qū)域中的任何飛機，該區(qū)域被高度干擾并且該干擾還沒有達(dá)到其最大值。
圖7以相同的方式示出了與會被分級為成熟的湍流相對應(yīng)的信號的頻 譜分量的頻率隨時間的演化。這種湍流以分量不太多并且分隔得更遠(yuǎn)的頻 譜進(jìn)行表征。而且，對于這些分量中的一些71，多普勒頻率(并且因此速 度)隨時間增加，而對于另外一些72，多普勒頻率(并且因此速度)隨時 間降低。因而，某些頻譜分量表現(xiàn)出正的演化斜率73而其它則表現(xiàn)出負(fù)的 演化斜率74。因此可以看出，這種湍流的切線速度相對于演化的先前階段 降低，該降低以由該湍流造成的干擾正在消失來表示并且以該湍流對于進(jìn) 入到由被考慮的干擾占據(jù)的(距離，方向)單元中的飛機造成的危險正在 消失來表示。
圖8以相同的方式表示與在消失過程中的湍流相對應(yīng)的信號的頻譜分 量的頻率隨時間的演化。從圖中可以看出，湍流以在頻率中擴散的少量分 量81的頻譜進(jìn)行表征。而且，這些分量都表現(xiàn)出負(fù)的演化斜率82，每一個 分量的多普勒頻率(并且因此速度)隨時間降低。因此可以看出，在該演
14化階段，湍流的切線速度降低并且其強度也在降低。盡管這種湍流仍然可檢測，但是在消失過程中的湍流僅在所考慮的單元中生成氣團(tuán)的中等適當(dāng)強度的干擾。因此，取決于要通過的飛機尺寸，如果不是沒有威脅，則其現(xiàn)在至少代表僅存在中等威脅。
基于由步驟531提供的自然頻率值，可以通過各種公知的圖形、半圖形或者其它代數(shù)學(xué)處理來進(jìn)行速度隨時間的變化斜率的評估。沒有在此描述這些在其它地方公知的處理。根據(jù)所使用的雷達(dá)檢測設(shè)備來確定觀察時間A"并且特別在掃描雷達(dá)的情況下，通過用于分隔在相同觀察方向上并且因此在相同(距離，方向)單元上的雷達(dá)束的通過兩個時間段的時間間隔來確定觀察時間A/。
除了確定所檢測的湍流的演化階段，確定多普勒頻率的演化斜率還可以有利地確定與湍流的幾何尺寸相關(guān)的某些參數(shù)，特別是定義K。的關(guān)系式[1]中的因數(shù)6以及表征構(gòu)成渦流(旋渦)21的螺旋的孔徑。實際上，如果考慮關(guān)系式[3]和[5]，可以表示為
v(r) = a r
其中，a = ^=r。 [12]
rc 2 uc
同樣，可以通過如下關(guān)系式來定義與關(guān)于其中心的螺旋周圍的完整演化(A^ = 2;r)相對應(yīng)的半徑K。中的增加& :
=W = r 2 = [13]
-=嚴(yán)-1 [14]
通過這種方式，通過考慮關(guān)系式[12]和[14]，最后可以表示為
t,/ 、 &A2;r ，L1 ， /， W(/0、 M C，
rOOU3"^= — = e*2 r — l-"7l0g(l + "^) [15]
因此，假設(shè)知道r(。的演化，可以有利地評估定義渦流(旋渦)21和22的參數(shù)6。為此，在實踐中，考慮諸如在圖6到圖8的頻譜圖上表示的多普勒頻譜隨時間的演化，并且通過考慮兩個頻譜分量83和84的變化斜率來確定根據(jù)半徑的速度變化^W。之后，通過由兩個選擇的頻譜分量定義的并且由虛線85示出的平均速度^(0來對該變化進(jìn)行婦一化。因而，通過上述描述可以注意到，與公知的現(xiàn)有技術(shù)中的方法不同，根據(jù)本發(fā)明的方法提出一種用于不但確定在給定的空間區(qū)域中尾流的存在，而且還確定湍流的強度的方法，即，湍流對必須通過該相關(guān)空間區(qū)域的飛機的飛行條件具有的負(fù)面影響。
還通過湍流的演化階段的特征(年輕，成熟或者處于消失階段的湍流)而對該湍流的特征進(jìn)行了有利補充。關(guān)于演化階段的該表示特別可以確定在此期間所檢測的湍流易于帶來威脅的時間。
還通過確定與湍流的幾何尺寸相關(guān)的參數(shù)而對該特征進(jìn)行了有利補充，特別是參數(shù)6。
通過根據(jù)本發(fā)明的方法提供的這些表示的結(jié)合能夠有利地使得如下情況成為可能當(dāng)檢測到由飛機的通過造成的尾流時，通過特別考慮該區(qū)域的高空氣象學(xué)(側(cè)風(fēng)的存在)，以優(yōu)選的方式確定位于生成湍流的飛機尾流中的飛機出于其自身安全考慮而必須遵循的最適合的安全距離。因而，無需關(guān)于產(chǎn)生湍流的飛機的先前假設(shè)而確定的該精確評估的優(yōu)選安全距離可以代替先前簡單地根據(jù)該飛機的規(guī)模確定的安全距離。
應(yīng)該注意到，在本說明書中，以最完整的形式描述了根據(jù)本發(fā)明的方法，該方法包括第一檢測步驟51，以及對所檢測的湍流進(jìn)行表征的兩個單
獨的步驟52和53。然而，當(dāng)然可以通過更簡單的形式考慮根據(jù)本發(fā)明的方法。因而，由于步驟52和53彼此獨立，例如可以在不偏離本專利所覆蓋的領(lǐng)域的情況下，可以設(shè)想簡單地執(zhí)行檢測步驟51以及對所檢測的湍流進(jìn)行強度評估的步驟52，或者簡單地執(zhí)行檢測步驟51以及對所檢測的湍流進(jìn)行年齡和幾何尺寸參數(shù)確定的步驟53。
權(quán)利要求
1、一種用于檢測和分級由飛機產(chǎn)生的尾流的狀態(tài)和演化的方法，基于所述湍流反射的雷達(dá)信號，通過給定尺寸的分析單元按照距離和方向?qū)@些信號進(jìn)行分析，其特征在于，所述方法包括-第一初步檢測步驟(51)，適于檢測和定位單元中的湍流，-第二步驟(52)，用于確定所檢測的湍流的強度，-第三步驟(53)，用于確定所檢測的湍流的年齡以及表征所述湍流的幾何參數(shù)；在完成所述第一步驟(51)之后，針對已經(jīng)檢測到湍流的每一個分析單元彼此獨立并且并行地執(zhí)行所述第二步驟和所述第三步驟。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述第一主要步驟(51) 本身包括-第一步驟(511)，進(jìn)行高分辨率的頻譜分解，-第二步驟(512)，計算所接收的信號的高分辨率多普勒頻譜的熵S， -第三步驟(513)，通過與針對該單元測量的所述熵S的等級的固定閾值進(jìn)行比較，而針對每一個觀察單元檢測湍流的存在；所述第一主要步驟提供關(guān)于所檢測的湍流的位置的指示(55)以及關(guān)于所接收的相應(yīng)信號的頻率的豐富度的指示(56)。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述高分辨率頻譜分解步 驟(511)執(zhí)行正則化自回歸分析方案，所述方案提供所確定的自回歸模型 的反射系數(shù)A。
4、如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述第二步驟(512) 期間，基于如下關(guān)系式計算所述熵S:<formula>formula see original document page 2</formula>其中，A項代表所接收的信號的自回歸模型的正則化反射系數(shù)。
5、 如權(quán)利要求1到4中任意一項所述的方法，其特征在于，所述第二 主要步驟(52)本身包括-第一步驟(521)，通過所接收的信號的傅立葉變換進(jìn)行頻譜分解， -第二步驟(522)，對所獲得的多普勒頻譜進(jìn)行歸一化， -第三步驟(523)，通過與固定閾值的比較來檢測所述多普勒頻譜的明 顯等級的分量，-第四步驟(524)，計算所述湍流內(nèi)的切線速度r(。的環(huán)流r， -第五步驟(525)，基于所述多普勒頻譜的所述明顯分量來計算所述切 線速度r(r)的方差丄；所述第二主要步驟提供關(guān)于所檢測的湍流的強度的指示(57)。
6、 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在所述第四步驟(524) 期間，通過如下關(guān)系式基于所述多普勒頻譜的所述明顯分量來確定所述切線速度K(r)的環(huán)流<formula>formula see original document page 3</formula>其中，F(xiàn)(。代表多普勒頻譜的分量R的值，所述分量以《"為單位進(jìn)行表示。
7、 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在所述第五步驟(525) 期間，通過如下關(guān)系式基于所述多普勒頻譜的所述明顯分量來確定所述切 線速度的方差丄<formula>formula see original document page 3</formula>其中，F(xiàn)化)代表多普勒頻譜的分量K的值，所述分量以m"為單位進(jìn)行表不。
8、如權(quán)利要求1到7中任意一項所述的方法，其特征在于，所述第三 主要步驟(53)本身包括-第一步驟(531)，通過確定所接收的信號的所述自回歸模型的特征多 項式的根來確定所接收的信號的所述高分辨率多普勒頻譜的頻率分量，-第二步驟(532)，分析所述多普勒頻譜的所述分量的密度以及在所述 分析時間上這些分量的值的變化斜率；所述第三主要步驟提供關(guān)于所檢測的湍流的演化階段的指示(58)以 及關(guān)于所檢測的湍流的幾何尺寸的指示(59)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于檢測和分級由飛機產(chǎn)生的尾流的狀態(tài)和演化的方法，該方法以由該湍流反射的雷達(dá)信號為基礎(chǔ)，并且通過給定尺寸的分析單元按照距離和方向?qū)@些信號進(jìn)行分析。所述方法主要包括第一初步檢測步驟，適于檢測和定位單元中的湍流，第二步驟，確定所檢測的湍流的強度，第三步驟，確定所檢測的湍流的年齡以及表征所述湍流的幾何參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的方法能夠有利地檢測尾流并且一次同時地確定該尾流的位置、強度及其演化階段。本發(fā)明總體應(yīng)用于空中交通控制以及飛行安全領(lǐng)域。
文檔編號G01S13/00GK101680949SQ200880016032
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者F·巴爾巴雷斯科 申請人:塔萊斯公司