【摘 要】
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飞机尾涡是机翼产生升力时在机翼后方形成的一对强度相同且持久的涡旋,由飞机尾涡造成的飞机坠毁事件影响较大,国内外学者均对飞机尾流演化和尾流探测展开了深入的研究。本文针对单雷达探测时数据采集密度不够、覆盖范围不全等问题,围绕激光雷达探测尾涡数据开展研究,建立了多雷达探测飞机尾涡的方法体系,构建了尾涡数据可视化系统,开展了飞机尾涡的识别研究。本文主要研究工作包括:通过分析激光雷达探测原理,选取了满足探测
【基金项目】
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国家自然基金民航联合基金重点项目(近地阶段飞机尾流演化与风险控制关键技术,项目编号:U1733202); 民航安全能力建设项目(基于飞机尾流预测的缩减管制间隔技术研究,项目编号:TM2018-9-1/3); 民航局安全能力建设项目(ARJ21飞机起降间隔缩减研究,项目编号:TM2019-16-1/3);
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飞机尾涡是机翼产生升力时在机翼后方形成的一对强度相同且持久的涡旋,由飞机尾涡造成的飞机坠毁事件影响较大,国内外学者均对飞机尾流演化和尾流探测展开了深入的研究。本文针对单雷达探测时数据采集密度不够、覆盖范围不全等问题,围绕激光雷达探测尾涡数据开展研究,建立了多雷达探测飞机尾涡的方法体系,构建了尾涡数据可视化系统,开展了飞机尾涡的识别研究。本文主要研究工作包括:通过分析激光雷达探测原理,选取了满足探测飞机尾涡精度的激光雷达,分析了飞机尾涡的特性,包括飞机尾涡的径向速度模型、涡核位置、涡核半径、涡间距、涡环量、尾涡耗散模型等,确定了激光雷达扫描模式和安放位置,提出了多雷达探测飞机尾涡的构架方法。其次,针对激光雷达探测的飞机尾涡数据中存在的重复数据、噪声数据、空值数据等问题,通过对数据进行清洗,多雷达的数据融合,建立了飞机尾涡数据库,在此基础上,引入了飞机尾涡数据可视化方法,构建了飞机尾涡的可视化系统。然后,提出了基于随机森林(RF)的飞机尾涡识别方法,介绍了飞机尾涡数据特征值的计算方法,基于建立的飞机尾涡数据库,设计了特征值计算软件,对飞机尾涡数据特征值进行提取,并制作了飞机尾涡特征值数据集,通过模型训练,网格搜索确定随机森林模型的最优参数,识别结果表明,该方法能有效识别飞机尾涡。最后,采用基于LightGBM模型对飞机尾涡数据进行识别,对特征值重要程度进行了排序,将识别结果与之前采用的KNN、SVM、RF模型进行对比分析,结果表明Light GBM模型和RF模型对飞机尾涡数据具有较好的识别。本文提出的多雷达探测飞机尾涡方法、可视化飞机尾涡系统以及飞机尾涡的识别方法是对尾流探测研究方法的创新和提升。本文研究成果为飞机尾流演化机理的研究提供了真实可靠的数据支撑,为尾流间隔的优化、动态尾流间隔的建立提供了理论依据。
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