本發(fā)明涉及航空安全，尤其涉及一種激光雷達尾渦反演方法、系統(tǒng)、設(shè)備、產(chǎn)品及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、隨著空中交通密度的持續(xù)增加，飛機尾流所引發(fā)的空中安全問題日益受到關(guān)注。準確監(jiān)測與分析飛機尾流的特性，對于提高飛行安全以及制定合理的航班間隔策略具有重要意義。其中基于機載激光雷達的尾流探測有助于監(jiān)測前機尾渦、實施編隊飛行。

2、目前基于激光雷達的尾流研究多集中于地面激光雷達探測，主要是地面切向掃描，而機載軸向掃描較之更加復雜。地面尾流探測使用固定地面雷達，探測范圍更廣，能夠監(jiān)測多架飛機的尾流，適合機場區(qū)域監(jiān)測。然而切向掃描并不適用于機載激光雷達。機載激光雷達目的是探測飛機前方的尾流情況，如果使用rhi(range-height?indicator，距離-高度指示器)掃描、ppi（plan?position?indicator，平面位置指示器）掃描等則會存在以下問題：一是探測范圍有限，不能及時得到飛機前方的尾流信息。二是如果前方尾流方向與飛機航向平行，那么激光雷達探測軸將與尾渦基本垂直，尾渦在激光雷達探測方向上的速度分量會非常小，導致無法正確識別到尾流，而飛機進入該尾流區(qū)域會造成高度下降、滾轉(zhuǎn)等嚴重事故。

3、機載激光雷達依靠飛機前視多普勒激光雷達進行實時尾流探測，具備更近的探測距離和更高的準確性，但受到安裝位置和飛行條件限制，尾渦反演過程也更加復雜，且左右尾渦強度不同、角度門間隔小也會導致對渦核位置識別錯誤。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決相關(guān)技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提供一種激光雷達尾渦反演方法、系統(tǒng)、設(shè)備、產(chǎn)品及介質(zhì)，實現(xiàn)對前機尾渦的監(jiān)控。

2、本發(fā)明提供一種激光雷達尾渦反演方法，包括：

3、s1：獲取氣象參數(shù)、機型參數(shù)和ads-b數(shù)據(jù)，通過氣象參數(shù)、機型參數(shù)和ads-b數(shù)據(jù)計算尾渦環(huán)量；

4、s2：選取激光雷達的掃描模式和坐標系種類，通過掃描模式和坐標系種類構(gòu)建軸向掃描坐標系；

5、s3：在所述軸向掃描坐標系中獲取探測點坐標、左渦軸和右渦軸，通過探測點坐標、左渦軸、右渦軸和尾渦環(huán)量構(gòu)建第一徑向速度算法；

6、s4：在所述軸向掃描坐標系中獲取非尾流區(qū)域和尾流區(qū)域，在非尾流區(qū)域中通過第一徑向速度算法計算背景風速度；通過背景風速度和第一徑向速度算法構(gòu)建尾流區(qū)域的第二徑向速度算法；

7、s5：在所述尾流區(qū)域中確定距離門，獲得距離門的探測點坐標集合，在探測點坐標集合中獲取探測點坐標對，通過第二徑向速度算法得到探測點坐標對的坐標對梯度絕對值，通過坐標對梯度絕對值得到相對渦核位置；

8、s6：在所述相對渦核位置的所在區(qū)域中，通過第二徑向速度算法得到第一真實渦核位置和第二真實渦核位置，計算第一真實渦核位置和第二真實渦核位置的距離，并對第二真實渦核位置進行迭代，直至第一真實渦核位置和第二真實渦核位置的距離收斂，獲得真實渦核位置。

9、根據(jù)本發(fā)明提供的一種激光雷達尾渦反演方法，步驟s3進一步包括：

10、s31：在所述軸向掃描坐標系中獲取任意點的坐標作為所述探測點坐標，并通過機型參數(shù)和ads-b數(shù)據(jù)獲取所述左渦軸和所述右渦軸；

11、s32：獲取左渦軸上的任意點的坐標作為左渦軸點坐標，通過左渦軸點坐標和探測點坐標計算左虛擬渦核位置，獲取右渦軸上的任意點的坐標作為右渦軸點坐標，通過右渦軸點坐標和探測點坐標計算右虛擬渦核位置；

12、s33：通過左虛擬渦核位置和探測點坐標計算探測點坐標和左虛擬渦核位置的左距離，通過右虛擬渦核位置和探測點坐標計算探測點坐標和右虛擬渦核位置的右距離；

13、s34：通過左距離和尾渦環(huán)量計算探測點坐標相對左虛擬渦核位置的左絕對徑向速度，通過右距離和尾渦環(huán)量計算探測點坐標相對右虛擬渦核位置的右絕對徑向速度；

14、s35：通過左距離和右距離分別依次計算左徑向速度向量和右徑向速度向量；

15、s36：通過探測點坐標、左絕對徑向速度、右絕對徑向速度、左徑向速度向量和右徑向速度向量構(gòu)建第一徑向速度算法。

16、根據(jù)本發(fā)明提供的一種激光雷達尾渦反演方法，步驟s4進一步包括：

17、s41：通過左虛擬渦核位置和右虛擬渦核位置在所述軸向掃描坐標系中獲取所述尾流區(qū)域和所述非尾流區(qū)域；

18、s42：在非尾流區(qū)域中對探測點坐標采樣得到非尾流區(qū)域探測點坐標樣本；

19、s43：通過第一徑向速度算法計算非尾流區(qū)域探測點坐標樣本的背景風徑向速度，通過計算背景風徑向速度的平均值得到所述背景風速度；

20、s44：將背景風速度代入第一徑向速度算法構(gòu)建尾流區(qū)域的第二徑向速度算法。

21、根據(jù)本發(fā)明提供的一種激光雷達尾渦反演方法，步驟s5進一步包括：

22、s51：在所述尾流區(qū)域中選取距離門，在距離門上選取探測點坐標構(gòu)成探測點坐標集合，在所述探測點坐標集合中獲取相鄰的探測點坐標構(gòu)成探測點坐標對，所述探測點坐標對包括第一探測點坐標和第二探測點坐標；

23、s52：通過第二徑向速度算法計算第一探測點坐標的第一徑向速度；通過第二徑向速度算法計算第二探測點坐標的第二徑向速度；

24、s53：通過計算第一徑向速度和第二徑向速度的梯度絕對值得到探測點坐標對的所述坐標對梯度絕對值；

25、s54：計算所有的坐標對梯度絕對值，將坐標對梯度絕對值最大的探測點坐標對所在的位置作為相對渦核位置。

26、根據(jù)本發(fā)明提供的一種激光雷達尾渦反演方法，步驟s6進一步包括：

27、s61：在所述相對渦核位置的所在區(qū)域中選取第一角度門，通過第一角度門對相對渦核位置的所在區(qū)域進行劃分得到第一角度門集合；第一角度門的一端的坐標為第一角度門探測點坐標，第一角度門的另一端的坐標為第二角度門探測點坐標；

28、s62：通過第二徑向速度算法計算第一角度門探測點坐標的第一角度門徑向速度；通過第二徑向速度算法計算第二角度門探測點坐標的第二角度門徑向速度；

29、s63：通過計算第一角度門徑向速度和第二角度門徑向速度的梯度絕對值得到第一角度門的第一梯度絕對值，計算第一角度門集合中所有的第一梯度絕對值，將第一梯度絕對值最大的第一角度門所在的位置作為所述第一真實渦核位置;

30、s64：在相對渦核位置的所在區(qū)域中選取第二角度門，通過第二角度門對相對渦核位置的所在區(qū)域進行劃分得到第二角度門集合，第二角度門的一端的坐標為第三角度門探測點坐標，第二角度門的另一端的坐標為第四角度門探測點坐標；

31、s65：通過第二徑向速度算法計算第三角度門探測點坐標的第三角度門徑向速度；通過第二徑向速度算法計算第四角度門探測點坐標的第四角度門徑向速度；

32、s66：通過計算第三角度門徑向速度和第四角度門徑向速度的梯度絕對值得到第二角度門的第二梯度絕對值，計算第二角度門集合中所有的第二梯度絕對值，將第二梯度絕對值最大的第二角度門所在的位置作為所述第二真實渦核位置；

33、s67：計算第一真實渦核位置和第二真實渦核位置的距離，在相對渦核位置的所在區(qū)域中對第二真實渦核位置進行迭代，直至第一真實渦核位置和第二真實渦核位置的距離收斂，將迭代后的第二真實渦核位置作為所述真實渦核位置。

34、根據(jù)本發(fā)明提供的一種激光雷達尾渦反演方法，步驟s2中，所述坐標系種類為笛卡爾坐標系，所述掃描模式為軸向掃描方式。

35、本發(fā)明還提供一種激光雷達尾渦反演系統(tǒng)，用于執(zhí)行如以上任一項所述的一種激光雷達尾渦反演方法，包括：

36、尾渦環(huán)量模塊：用于獲取氣象參數(shù)、機型參數(shù)和ads-b數(shù)據(jù)，通過氣象參數(shù)、機型參數(shù)和ads-b數(shù)據(jù)計算尾渦環(huán)量；

37、軸向掃描坐標系模塊：用于選取激光雷達的掃描模式和坐標系種類，通過掃描模式和坐標系種類構(gòu)建軸向掃描坐標系；

38、第一徑向速度算法模塊：用于在所述軸向掃描坐標系中獲取探測點坐標、左渦軸和右渦軸，通過探測點坐標、左渦軸、右渦軸和尾渦環(huán)量構(gòu)建第一徑向速度算法；

39、第二徑向速度算法模塊：用于在所述軸向掃描坐標系中獲取非尾流區(qū)域和尾流區(qū)域，在非尾流區(qū)域中通過第一徑向速度算法計算背景風速度；通過背景風速度和第一徑向速度算法構(gòu)建尾流區(qū)域的第二徑向速度算法；

40、相對渦核位置計算模塊：用于在所述尾流區(qū)域中確定距離門，獲得距離門的探測點坐標集合，在探測點坐標集合中獲取探測點坐標對，通過第二徑向速度算法得到探測點坐標對的坐標對梯度絕對值，通過坐標對梯度絕對值得到相對渦核位置；

41、真實渦核位置計算模塊：用于在所述相對渦核位置的所在區(qū)域中，通過第二徑向速度算法得到第一真實渦核位置和第二真實渦核位置，計算第一真實渦核位置和第二真實渦核位置的距離，并對第二真實渦核位置進行迭代，直至第一真實渦核位置和第二真實渦核位置的距離收斂，獲得真實渦核位置。

42、本發(fā)明還提供了一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)如以上任一項所述的一種激光雷達尾渦反演方法。

43、本發(fā)明還提供一種非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如以上任一項所述的一種激光雷達尾渦反演方法。

44、本發(fā)明還提供一種計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序產(chǎn)品包括存儲在非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)上的計算機程序，所述計算機程序包括程序指令，當所述程序指令被計算機執(zhí)行時，計算機能夠執(zhí)行如以上任一項所述的一種激光雷達尾渦反演方法。

45、本發(fā)明實施例中的上述一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果之一：

46、本發(fā)明提供的一種激光雷達尾渦反演方法、系統(tǒng)、設(shè)備、產(chǎn)品及介質(zhì)，在三維激光雷達軸向掃描坐標系中構(gòu)建第一徑向速度算法，對環(huán)境的背景風速度進行了剔除，構(gòu)建第二徑向速度算法以提高探測點徑向速度的測量精度和對渦核位置的探測精度，通過計算第一真實渦核位置和第二真實渦核位置的距離解決了傳統(tǒng)梯度法在角度分辨率過高時反演的渦核位置位于同一側(cè)渦核附近的問題，本發(fā)明有助于更好監(jiān)控前機尾渦，實施小間距編隊飛行。

47、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。