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基于多普勒气象雷达的风切变预测研究

作　者: 胡琦
导　师: 李元祥
学　校: 上海交通大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 多普勒气象雷达风场预测灰色预测 BP神经网络 SVM
分类号: P415.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

危险天气是造成飞行事故的重要原因,具有空间尺度小、持续时间短等特性的低空风切变是其中危害极大的一种。由于低空风切变持续时间短,在遭遇风切变时,飞行员进行决策的反应时间特别短,进行正确决策的难度很大;飞行员常常因为错误的决策而导致飞行事故。在探测到风切变之前提前给出风切变预测告警,延长飞行员的决策时间具有十分重要的意义。本文利用香港国际机场多普勒激光雷达数据进行风切变预测研究,具体工作如下:1)使用灰色预测、BP神经网络、布朗三次指数平滑、支持向量回归等4种算法,对PPI扫描数据进行风场预测,得到反映风场概况的预测风速图。2)使用上述4种算法对下滑道扫描数据进行风场预测,并提取迎头风的风廓线和风切变斜坡,进而给出风切变告警。3)提出一种基于位置修正和波动补偿的灰色预测算法,与传统预测算法相比,该算法的预测精度有一定的提高。4)基于MFC和OPENGL平台,仿真实现了一个风切变告警系统,该系统具有风场预测、雷达回波显示、迎头风廓线提取、风切变斜坡提取和风切变告警等功能。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 研究背景与意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-15
    1.2.1 国外研究现状  9-13
    1.2.2 国内研究现状  13-15
  1.3 存在问题及分析  15-16
  1.4 本文主要研究内容  16-17
第二章风场条件与飞行安全  17-25
  2.1 低空风切变  17-20
    2.1.1 定义  17-18
    2.1.2 低空风切变与飞行安全  18-19
    2.1.3 风切变探测方法  19-20
  2.2 湍流  20-23
    2.2.1 定义  20-21
    2.2.2 湍流与飞行安全  21-22
    2.2.3 湍流探测方法  22-23
  2.3 雷暴  23-24
  2.4 本章小结  24-25
第三章基于多普勒激光雷达的风切变告警系统  25-34
  3.1 HKIA 多普勒激光雷达  25-29
    3.1.1 雷达介绍  25-26
    3.1.2 扫描方式  26-29
  3.2 风切变告警系统设计  29-31
    3.2.1 风切变告警系统框架  29-30
    3.2.2 风切变告警系统流程  30-31
  3.3 关键技术  31-33
    3.3.1 迎头风廓线提取算法  31-32
    3.3.2 迎头风切变识别算法  32
    3.3.3 风场预测算法  32-33
  3.4 本章小结  33-34
第四章基于下滑道扫描策略的风切变告警  34-43
  4.1 下滑道风廓线提取  34-40
    4.1.1 迎头风廓线提取流程  34-35
    4.1.2 风场坐标转换  35-36
    4.1.3 迎头风管道数据点筛选  36-38
    4.1.4 迎头风廓线提取结果  38-40
  4.2 风切变斜坡提取  40-42
    4.2.1 风切变斜坡提取方法  40-41
    4.2.2 风切变斜坡提取结果  41-42
    4.2.3 风切变判别方法  42
  4.3 本章小结  42-43
第五章风场预测研究  43-66
  5.1 BP 神经网络风场预测  43-48
    5.1.1 BP 神经网络原理  43
    5.1.2 基于BP 神经网络的风场预测  43-46
    5.1.3 基于BP 神经网络的风场预测实验结果  46-48
  5.2 灰色预测  48-51
    5.2.1 灰色预测原理  48-49
    5.2.2 基于灰色预测的风场预测  49
    5.2.3 基于灰色预测的风场预测实验结果  49-51
  5.3 布朗三次指数平滑预测  51-55
    5.3.1 布朗三次指数平滑原理  51-52
    5.3.2 基于布朗三次指数平滑的风场预测  52-53
    5.3.3 基于布朗三次指数平滑的风场预测实验结果  53-55
  5.4 支持向量回归（SVR）  55-57
    5.4.1 支持向量回归原理  55
    5.4.2 基于支持向量回归的风场预测  55
    5.4.3 基于支持向量回归的风场预测结果  55-57
  5.5 基于位置修正与波动补偿（PAFC）的灰色预测  57-65
    5.5.1 PAFC 算法  57-60
    5.5.2 基于PAFC 算法的风场预测实验  60-65
  5.6 本章小结  65-66
第六章风切变预测仿真实验  66-80
  6.1 风切变告警仿真平台  66-71
    6.1.1 概述  66
    6.1.2 初始界面  66-67
    6.1.3 控制面板  67-68
    6.1.4 系统功能  68-71
  6.2 迎头风预测试验  71-77
  6.3 风切变预测试验  77-79
  6.4 本章小结  79-80
第七章总结与展望  80-82
  7.1 全文总结  80-81
  7.2 展望  81-82
参考文献  82-86
致谢  86-87
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  87-89

基于多普勒气象雷达的风切变预测研究

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