【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請涉及機(jī)載氣象雷達(dá)探測的領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于機(jī)載平臺的高空冰晶含水量估算方法。
技術(shù)介紹
1、高空冰晶(high?ice?water?content,hiwc)是飛機(jī)在高空飛行時主要的氣象威脅之一。當(dāng)飛機(jī)穿過含有大量過冷水的云層時，過冷水通過撞擊飛機(jī)表面凝結(jié)形成冰晶。結(jié)冰會對飛機(jī)帶來不同程度的損害，例如造成飛機(jī)失速、飛機(jī)空氣動力學(xué)性能惡化、飛行油耗增加，發(fā)動機(jī)性能降低以及空速管阻塞等問題。
2、目前，載機(jī)上可用于高空冰晶探測的傳感器主要分為兩類，分別是原位探測傳感器以及氣象雷達(dá)。其中，氣象雷達(dá)，作為一種常用的機(jī)載氣象探測設(shè)備，對高空冰晶的探測性能受到了越來越多研究者的關(guān)注。機(jī)載氣象雷達(dá)的高空冰晶探測原理基于z-iwc關(guān)系，通常冰晶含水量iwc越高，z值越大，對應(yīng)的雷達(dá)回波強(qiáng)度越大，因此機(jī)載氣象雷達(dá)可通過獲取回波的強(qiáng)度信息，實(shí)現(xiàn)高空冰晶含水量的間接估計(jì)和危險等級判斷。
3、現(xiàn)有h?iwc估計(jì)通常是將氣象回波的三維信息劃分成均勻間隔的網(wǎng)格點(diǎn)，然后對每個網(wǎng)格點(diǎn)的含水量進(jìn)行估計(jì)，常用的估計(jì)方法如構(gòu)建反射率與含水量的關(guān)系方程(z-iwc)等。然而，這些研究都是基于劃分后均勻的氣象網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行含水量預(yù)測的，但是在實(shí)際飛行過程中，雷達(dá)探測到的氣象目標(biāo)體積會隨著波束覆蓋范圍變大而發(fā)生變化。顯然，隨著波束照射體積隨著距離的增大而展寬，波束覆蓋范圍內(nèi)的粒子種類也趨于更復(fù)雜，且當(dāng)氣象目標(biāo)尺寸小于波束覆蓋范圍時，對于氣象目標(biāo)尺寸的錯誤估計(jì)也會影響冰晶含水量預(yù)測的準(zhǔn)確性。因此，為了進(jìn)一步探索機(jī)載氣象雷達(dá)冰晶含水量估算方法的性
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N基于機(jī)載平臺的高空冰晶含水量估算方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提出了波束寬度表征算子，聯(lián)合雷達(dá)反射率因子等特征，實(shí)現(xiàn)多溫度層下魯棒的高空冰晶含水量估算法，有效提升機(jī)載氣象雷達(dá)對高空冰晶的感知能力。
2、本申請?zhí)峁┑囊环N基于機(jī)載平臺的高空冰晶含水量估算方法采用如下的技術(shù)方案：
3、一種基于機(jī)載平臺的高空冰晶含水量估算方法，包括如下步驟：
4、獲取高空冰晶數(shù)據(jù)集作為氣象目標(biāo)，設(shè)置氣象目標(biāo)的三維位置信息；
5、建立機(jī)載氣象雷達(dá)回波反演模型，模擬機(jī)載氣象雷達(dá)真實(shí)探測場景，根據(jù)氣象目標(biāo)所在位置設(shè)置多個載機(jī)初始位置以及飛行路徑，設(shè)置飛機(jī)航電信息，設(shè)置機(jī)載氣象雷達(dá)參數(shù)信息；
6、提取飛行過程被機(jī)載氣象雷達(dá)波束覆蓋的高空冰晶的特征，得到機(jī)載氣象雷達(dá)回波反演數(shù)據(jù)；
7、建立面向機(jī)載平臺的高空冰晶含水量估計(jì)特征矩陣，矩陣的最小特征集為雷達(dá)反射率因子z、溫度t和波束寬度表征量w，其中，雷達(dá)反射率因子z和溫度t從機(jī)載氣象雷達(dá)回波反演數(shù)據(jù)獲取，波束寬度表征量w為相鄰距離門之間的體積；
8、構(gòu)建標(biāo)簽矩陣：確定高空冰晶不同危險等級的閾值，將機(jī)載氣象雷達(dá)回波反演數(shù)據(jù)中的冰晶含水量iwc值按照指定閾值進(jìn)行量化得到高空冰晶樣本標(biāo)簽，建立數(shù)據(jù)集d，數(shù)據(jù)集d包括了反射率因子z、溫度t、波束寬度表征量w以及對應(yīng)的高空冰晶樣本標(biāo)簽y；
9、將數(shù)據(jù)集d按照樣本標(biāo)簽y進(jìn)行第一重分層抽樣得到數(shù)目均衡的各類樣本；
10、在每類樣本的抽取過程中根據(jù)特征集中的溫度t信息進(jìn)行第二重分層抽樣，得到不同溫度層下樣本數(shù)均衡的數(shù)據(jù)集f；
11、建立識別模型，將數(shù)據(jù)集f作為識別模型的輸入進(jìn)行訓(xùn)練，完成得到高空冰晶含水量估算模型；
12、將實(shí)際獲取的機(jī)載平臺高空冰晶數(shù)據(jù)輸入到高空冰晶含水量估算模型中，進(jìn)行在線測試，利用測試后的高空冰晶含水量估算模型進(jìn)行機(jī)載平臺的高空冰晶含水量的估算。
13、可選的，得到機(jī)載氣象雷達(dá)回波反演數(shù)據(jù)的方法包括：當(dāng)前載機(jī)位置下雷達(dá)波束第k個距離門對應(yīng)的回波反演數(shù)據(jù)為第k-1個至第k個距離門內(nèi)覆蓋的氣象數(shù)據(jù)的平均值，完成對方位和俯仰向掃描以及不同載機(jī)位置的遍歷，獲得機(jī)載氣象雷達(dá)的回波反演數(shù)據(jù)。
14、可選的，波束寬度表征量w＝l×h×w，其中，其中，l為距離門對應(yīng)的長度；h為距離門的高度，即第rn個距離門對應(yīng)的俯仰向長度；w為距離門的寬度。
15、可選的，設(shè)置飛機(jī)航電信息包括設(shè)置飛機(jī)的飛行速度、飛行高度以及航向角。
16、可選的，設(shè)置機(jī)載氣象雷達(dá)參數(shù)信息包括設(shè)置俯仰向和方位向波束寬度、俯仰向和方位向掃描范圍、最大探測量程以及一個距離門對應(yīng)的實(shí)際距離。
17、可選的，確定高空冰晶不同危險等級的閾值的步驟包括：當(dāng)iwc<ag/m3為低濃度，ag/m3≤iwc<b?g/m3為中濃度，iwc≥b?g/m3為高濃度，其中，iwc為冰晶含水量,其中，a表示第一閾值，b表示第二閾值，且b大于a。
18、可選的，建立數(shù)據(jù)集d的步驟包括：
19、將獲得冰晶含水量iwc按照給定的閾值進(jìn)行量化，具體量化方式如下：
20、
21、數(shù)據(jù)集的樣本數(shù)為k，則數(shù)據(jù)集d具體表示為：
22、
23、其中，y＝[y1?y2…yk]t為量化后的標(biāo)簽向量。
24、綜上所述，本申請包括以下有益技術(shù)效果：
25、本申請充分考慮了機(jī)載氣象雷達(dá)在實(shí)際應(yīng)用中由于波束展寬波束覆蓋范圍變大帶來的冰晶含水量等級估計(jì)可能存在不準(zhǔn)確的問題，構(gòu)建了基于機(jī)載平臺下機(jī)載氣象雷達(dá)的回波反演數(shù)據(jù)，摒棄了已有方法基于等間隔數(shù)據(jù)進(jìn)行含水量估計(jì)的理想化模型，提出了可表征波束寬度變化的特征量，強(qiáng)化了分類模型對波束寬度與高空冰晶含水量變化關(guān)系的關(guān)注；提出了二重分層抽樣法，解決了實(shí)際情況下不同等級濃度的高空冰晶樣本數(shù)不平衡的問題，且從樣本層面上降低了高空冰晶含水量對溫度的依賴，實(shí)現(xiàn)機(jī)載平臺下魯棒的高空冰晶含水量估計(jì)，旨在提升后續(xù)機(jī)載氣象雷達(dá)在巡航階段對高空冰晶危險等級預(yù)測的準(zhǔn)確性，保障飛機(jī)的飛行安全。
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1.一種基于機(jī)載平臺的高空冰晶含水量估算方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)載平臺的高空冰晶含水量估算方法，其特征在于，得到機(jī)載氣象雷達(dá)回波反演數(shù)據(jù)的方法包括：當(dāng)前載機(jī)位置下雷達(dá)波束第k個距離門對應(yīng)的回波反演數(shù)據(jù)為第k-1個至第k個距離門內(nèi)覆蓋的氣象數(shù)據(jù)的平均值，完成對方位和俯仰向掃描以及不同載機(jī)位置的遍歷，獲得機(jī)載氣象雷達(dá)的回波反演數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)載平臺的高空冰晶含水量估算方法，其特征在于，波束寬度表征量W＝l×h×w，其中，其中，l為距離門對應(yīng)的長度；h為距離門的高度，即第Rn個距離門對應(yīng)的俯仰向長度；w為距離門的寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)載平臺的高空冰晶含水量估算方法，其特征在于，設(shè)置飛機(jī)航電信息包括設(shè)置飛機(jī)的飛行速度、飛行高度以及航向角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)載平臺的高空冰晶含水量估算方法，其特征在于，設(shè)置機(jī)載氣象雷達(dá)參數(shù)信息包括設(shè)置俯仰向和方位向波束寬度、俯仰向和方位向掃描范圍、最大探測量程以及一個距離門對應(yīng)的實(shí)際距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于機(jī)載平臺的高空冰晶含水量估算方法，其特征在于，建立數(shù)據(jù)集D的步驟包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于機(jī)載平臺的高空冰晶含水量估算方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)載平臺的高空冰晶含水量估算方法，其特征在于，得到機(jī)載氣象雷達(dá)回波反演數(shù)據(jù)的方法包括：當(dāng)前載機(jī)位置下雷達(dá)波束第k個距離門對應(yīng)的回波反演數(shù)據(jù)為第k-1個至第k個距離門內(nèi)覆蓋的氣象數(shù)據(jù)的平均值，完成對方位和俯仰向掃描以及不同載機(jī)位置的遍歷，獲得機(jī)載氣象雷達(dá)的回波反演數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)載平臺的高空冰晶含水量估算方法，其特征在于，波束寬度表征量w＝l×h×w，其中，其中，l為距離門對應(yīng)的長度；h為距離門的高度，即第rn個距離門對應(yīng)的俯仰向長度；w為距離門的寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)載平臺的高空冰晶含水量估算方法，其特征在于，設(shè)置...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王麗瑩，陳娟，周曄，
申請(專利權(quán))人：中國航空工業(yè)集團(tuán)公司雷華電子技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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