基于侧向激光雷达的斜程能见度反演

作     者：刘逵 

作者单位：中国民航大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马愈昭;鞠锋

授予年度：2022年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 081001[工学-通信与信息系统] 081002[工学-信号与信息处理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：侧向激光雷达 斜程能见度 CEEMD 改进小波阈值 

摘      要：能见度是民航领域极其重要的关键气象因素,同时是飞机的起飞、降落的必要条件。能见度被分为两种,水平能见度和斜程能见度。现如今的机场使用大气透射仪测量的水平能见度作为是否放行、允许起降的重要条件。而实际飞行中需要的是斜程能见度,不同气象条件下,水平和斜程能见度会存在较大差异,若仍按水平能见度作为判断条件进行起降,将很大程度上影响飞行安全。目前,斜程能见度探测的主要方式为使用后向激光雷达,它具有占地面积小、使用灵活、探测距离远等优点,但这种雷达由于其固有的探测方式,在低空存在一定高度范围的探测过渡区和盲区,导致数据缺失,从而使探测的斜程能见度在低空存在较大误差。侧向激光雷达在低空不存在盲区且分辨率高,但探测距离较近。故提出基于侧向激光雷达,配合使用后向激光雷达进行斜程能见度探测。首先,根据侧向激光雷达工作原理和蒙特卡洛法,建立了侧向激光雷达气溶胶散射场模型,依据模型进行了气溶胶散射场仿真并对结果进行了分析及验证。然后对基于侧向激光雷达的联合探测系统的发射、接收、信号处理部分进行了设计。接着进行系统定标,得到像素与距离的关系,测定系统最小散射角。最后对联合探测系统探测的信号进行数据处理,一维数据采用CEEMD结合改进的小波阈值进行降噪,二维数据根据实际情况采用背景相减法,噪声平均化法去噪,分别提取数据后进行数据融合,反演得到斜程能见度。结果表明:基于侧向激光雷达的联合探测系统,几乎没有盲区,精确度较高。通过联合探测系统反演得到的斜程消光系数及能见度,数据更完整,能更好地体现斜程方向的气溶胶特征。