【最新成果】基于激光雷达探测的飞机尾流特征参数实时反演系统

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飞机尾流是飞机飞行时在其后方产生的一对反向旋转的强烈湍流，对后续飞机飞行安全具有重大影响（图1）。随着经济全球化的不断发展，飞机航线和机场起降容量不断增加并趋近饱和，由此导致的安全事故时有发生。2008年，一架里尔45型号公务轻型飞机坠毁在墨西哥城拉斯洛马斯住宅与商业区，造成机上9人包括时任墨西哥内政部长胡安·卡米洛·莫里尼奥以及地面7人死亡，坠毁原因是因为过于接近一架波音767客机的尾流颠簸而失去控制，导致飞机最后翻滚坠毁。2017年，一架挑战者604型号商务客机遭遇一架空客A380-800飞机的尾流，瞬间失速下降了将近3000米，飞机内9人不同程度受伤，飞机直接报废。迄今为止，因尾流起降间隔过短导致的最大空难是2001年，美国航空公司587次航班（空客A300）在从纽约肯尼迪机场起飞后的两分钟坠毁，机上 256 名乘客和机组人员全部遇难。

图1 飞机尾流及其对飞行安全的影响

飞机尾流的特性研究已成为当前机场和航空安全管制等研究方向的前沿科学问题，其探测已成为制约机场容量增长和影响空中交通安全管理的瓶颈，亟需发展飞机尾流雷达探测和监视的技术与系统。

针对该问题，国防科技大学王雪松教授团队开展了基于激光雷达的飞机尾流探测和特征参数反演研究，成功探测到飞机尾流并实现了涡心轨迹和速度环量等代表尾流位置和强度的特征参数反演，为后续利用尾流特征参数进行飞机尾流的短时行为预测和危害评估提供数据支撑，为制定适合中国各地机场地形条件和实际气象环境变化的安全起降间隔标准提供系统仿真和实测验证的技术支持。对于我国突破国际垄断，为军、民航以及航母舰载机快速起降积累核心技术，具有重大的应用价值和科学意义。

该工作已在《雷达学报》网络优先出版“基于激光雷达探测的飞机尾流特征参数反演系统”（沈淳，高航，王雪松，李健兵）。

该文建立了基于激光雷达探测的飞机尾流特征参数反演系统，以激光雷达探测器和高性能计算机为平台，构建软硬件结合的数据处理和分析系统，实现雷达实测数据采集、回波数据杂波滤除和修正、飞机尾流定位和强度估计的完整处理流程，同时实现了飞机尾流回波的模拟仿真，可进行算法分析和验证。系统主要由四个模块构成：激光雷达回波仿真模块、雷达实测数据接收与显示模块、飞机尾流涡心定位模块和飞机尾流速度环量估计模块（图2）。

图2 飞机尾流特征参数反演系统流程图

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