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基于DCGAN的终端区激光雷达晴空湍流识别

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航空学报 2024年

作者：庄子波张春辉陈星邵靖媛陈柏纬中国民航大学空中交通管理学院中国民航大学安全科学与工程学院香港天文台中国民航大学飞行分校

针对在飞行终端区采用激光雷达进行晴空湍流识别时湍流样本不充足、识别率低的问题，提出了一种改进的深度卷积生成对抗网络(DCGAN)算法。使用中川机场雷达实验平台九个月的径向风速数据构建涡流耗散率(EDR)图像，筛选存在晴空湍流的样... 详细信息

针对在飞行终端区采用激光雷达进行晴空湍流识别时湍流样本不充足、识别率低的问题，提出了一种改进的深度卷积生成对抗网络(DCGAN)算法。使用中川机场雷达实验平台九个月的径向风速数据构建涡流耗散率(EDR)图像，筛选存在晴空湍流的样本构建湍流样本集；通过扩充卷积层和转置卷积层改进了DCGAN结构，实现样本的扩充，并使用对抗训练后的判别器进行识别。结果表明：用原始样本集和增广样本集训练的对抗后判别器识别准确率均优于卷积神经网络(CNN)和对抗前判别器，分别提高了6.55%、8.25%和0.31%、1.9%；最后，用实测样本进行检验，识别准确率分别提高了3.33%、6.67%，验证了所提方法的可行性。

关键词：激光雷达晴空湍流涡流耗散率(EDR) 深度卷积生成对抗网络(DCGAN) 判别器

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气溶胶谱分段拟合对能见度计算的影响

大气与环境光学学报 2024年第3期19卷 301-313页

作者：庄子波杨晓婷台宏达中国民航大学飞行分校天津300300 中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 中国民航大学空中交通管理学院天津300300

针对气溶胶谱分布函数拟合中存在的偏差严重影响能见度计算精度的问题,提出了一种采用Junge谱与Deirmendjian谱结合的分段拟合方法来提高气溶胶谱分布函数的精度,并在大气环境模拟舱内进行了实验验证。首先,在大气模拟舱内生成了气溶胶... 详细信息

针对气溶胶谱分布函数拟合中存在的偏差严重影响能见度计算精度的问题,提出了一种采用Junge谱与Deirmendjian谱结合的分段拟合方法来提高气溶胶谱分布函数的精度,并在大气环境模拟舱内进行了实验验证。首先,在大气模拟舱内生成了气溶胶多峰谱分布,建立了气溶胶谱分布的参数化模型。然后,对比分析了所提综合谱分段拟合方法和单一谱函数法拟合谱函数的相对误差和相关系数。最后,基于相对偏差和相关性评估了所提方法计算能见度的精度。结果表明利用所提方法计算获得的能见度与观测值的平均相对偏差为4.87%,相关性R^(2)=0.9847,证明其拟合结果具有较好的准确性、稳定性,且与实际观测值具有较好一致性。

关键词：散射分段拟合气溶胶谱分布数浓度能见度

基于IPSO-Elman神经网络的飞机客舱能耗预测

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航空学报 2020年第7期41卷 228-237页

作者：林家泉孙凤山李亚冲庄子波中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300 中国民航大学飞行学院天津300300

为了提高飞机客舱使用地面空调制冷时客舱能耗的预测精度,提出了一种改进的粒子群优化(IPSO)Elman神经网络的飞机客舱能耗预测模型。依据对算法中惯性权重与学习因子的收敛域分析,得出了二者合理的取值范围,将粒子到全局最优位置间距离... 详细信息

为了提高飞机客舱使用地面空调制冷时客舱能耗的预测精度,提出了一种改进的粒子群优化(IPSO)Elman神经网络的飞机客舱能耗预测模型。依据对算法中惯性权重与学习因子的收敛域分析,得出了二者合理的取值范围,将粒子到全局最优位置间距离与参数的取值范围相结合,构造了惯性权重与学习因子的动态调节函数,对其进行非线性的动态调节,并引入了变异因子,提出了一种跳出局部最优的策略,防止粒子群优化(PSO)陷入局部最优。将IPSO-Elman应用于Boeing738飞机客舱能耗预测中,与PSO-Elman、Elman算法进行性能比较,仿真结果表明基于IPSO-Elman的客舱能耗预测模型在预测精度和收敛速度方面均有一定的提升。该研究结果为飞机客舱能耗预测模型的建立提供了理论依据,对飞机地面空调的节能与机场电能合理调配提供了支持。

关键词：飞机客舱地面空调能耗预测粒子群优化 Elman神经网络

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机场终端区风场精细结构的数值模拟研究

系统仿真学报 2013年第1期25卷 30-35页

作者：庄子波蒋立辉熊兴隆中国民航大学天津300300 中国民航大学天津市智能信号与图像民航气象研究所天津处理重点实验室天津300300

在中尺度数值预报模式WRF模式的基础上通过多层嵌套的方法,提高了模式的分辨率,使得最内层嵌套区域能够满足机场终端区的要求,实现了对机场终端区风场的数值模拟。选取上海浦东机场终端区做个例进行风场的数值模拟,并模拟了浦东机场发... 详细信息

在中尺度数值预报模式WRF模式的基础上通过多层嵌套的方法,提高了模式的分辨率,使得最内层嵌套区域能够满足机场终端区的要求,实现了对机场终端区风场的数值模拟。选取上海浦东机场终端区做个例进行风场的数值模拟,并模拟了浦东机场发生的一次风切变天气过程,结果表明:数值模拟可以提取风切变的特征,并与风廓线雷达的结果相吻合,验证了该方法对机场终端区风场精细结构数值模拟的有效性,且数值模拟的空时分辨率均高于风廓线雷达的探测。

关键词： WRF模式机场终端区数值模拟嵌套风切变

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一种新的大气消光系数边界值确定方法

光电子．激光 2011年第11期22卷 1699-1705页

作者：熊兴隆冯帅蒋立辉庄子波中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室天津300300 中国民航大学工程技术训练中心天津300300 中国民航大学国际飞行学院天津300300

本文以激光雷达测量机场跑道斜程能见度为应用背景,提出了一种基于不动点原理的大气消光系数边界值确定方法,将确定消光系数边界值的问题转化为求解函数不动点。首先在边界层底部选取参考点,假设一个消光系数边界值,在Klett反演算法的... 详细信息

本文以激光雷达测量机场跑道斜程能见度为应用背景,提出了一种基于不动点原理的大气消光系数边界值确定方法,将确定消光系数边界值的问题转化为求解函数不动点。首先在边界层底部选取参考点,假设一个消光系数边界值,在Klett反演算法的基础上,构建消光系数均值与边界值之间的函数关系。然后依据函数不动点存在性和唯一性的条件判断不动点的存在,通过迭代使消光系数均值收敛到不动点,并同时获得消光系数均值和消光系数边界值。通过仿真实验验证该方法在非均匀大气条件下的有效性后,将其用于实际激光雷达回波信号的反演,得到低层大气消光系数垂直廓线,并与用洁净层法确定边界值所得的结果进行了对比。结果表明,利用该方法确定边界值,可以较为准确地反演出低层大气消光系数。

关键词：激光雷达不动点原理大气消光系数边界值

基于不动点原理的大气气溶胶消光系数边界值确定方法

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光电子．激光 2012年第2期23卷 303-309页

作者：熊兴隆蒋立辉冯帅庄子波中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室天津300300 中国民航大学工程技术训练中心天津300300 中国民航大学国际飞行学院天津300300

提出了一种基于不动点原理的大气气溶胶消光系数边界值确定方法,其核心思想是将确定大气气溶胶消光系数边界值的问题转化为求解函数不动点。首先建立大气消光系数边界值与大气光学厚度和激光雷达回波信号之间的函数关系;其次依据函数不... 详细信息

提出了一种基于不动点原理的大气气溶胶消光系数边界值确定方法,其核心思想是将确定大气气溶胶消光系数边界值的问题转化为求解函数不动点。首先建立大气消光系数边界值与大气光学厚度和激光雷达回波信号之间的函数关系;其次依据函数不动点存在性和唯一性的条件估计不动点的存在,通过不动点迭代求得大气消光系数边界值,并由此值来确定大气气溶胶消光系数边界值。将本方法应用于实际激光雷达回波信号的反演中,得到低层大气气溶胶消光系数垂直廓线,并与在对流层顶使用洁净层法确定边界值所得的结果进行了对比。结果表明,利用本方法确定边界值,可以较为准确地反演出低层大气气溶胶消光系数。本方法可以预先估计不动点的存在区间、合理选取迭代初始值,具有收敛速度快、迭代次数少的优点,实际应用价值较强。

关键词：激光雷达不动点原理气溶胶消光系数边界值

LFMCW体制下基于TDPC-JDL的低空风切变风速估计方法

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系统工程与电子技术 2020年第7期42卷 1504-1509页

作者：李海宋迪呼延泽冯青庄子波中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室天津300300 中国民航大学飞行技术学院天津300300

机载气象雷达下视探测低空风切变时目标信号会淹没在强杂波背景中,针对风场速度估计不准的问题,提出了一种线性调频连续波(linear frequency modulated continuous wave,LFMCW)体制下基于两维两脉冲对消局域联合处理(two dimensional pu... 详细信息

机载气象雷达下视探测低空风切变时目标信号会淹没在强杂波背景中,针对风场速度估计不准的问题,提出了一种线性调频连续波(linear frequency modulated continuous wave,LFMCW)体制下基于两维两脉冲对消局域联合处理(two dimensional pulse-to-pulse canceller-joint domain localised,TDPC-JDL)的低空风切变风速估计方法。该方法首先利用载机速度和雷达工作参数设计TDPC预滤波器对回波数据进行预滤波,降低杂波功率;然后,利用局域联合处理对预滤波后的数据进行空时二维滤波;进而实现风场速度的准确估计。

关键词：机载气象雷达线性调频连续波两维两脉冲对消局域联合处理低空风切变风速估计

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小波不变矩的低空风切变识别

红外与激光工程 2014年第11期43卷 3783-3787页

作者：蒋立辉陈红庄子波熊兴隆中国民航大学民航气象研究所天津300300 中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室天津300300

针对微下击暴流、低空急流、顺逆风以及侧风低空风切变样本图像间的形状特性关系,主要研究了小波不变矩的特征提取技术在风切变识别中的应用。首先,采用基于三次B样条的小波不变矩提取风切变图像的形状特征。然后,将提取的特征通过Fishe... 详细信息

针对微下击暴流、低空急流、顺逆风以及侧风低空风切变样本图像间的形状特性关系,主要研究了小波不变矩的特征提取技术在风切变识别中的应用。首先,采用基于三次B样条的小波不变矩提取风切变图像的形状特征。然后,将提取的特征通过Fisher线性判别分析(LDA)降低维数,实现风切变有效特征的提取。最后,采用三阶近邻分类器分类识别四种低空风切变。实验结果表明,该算法与应用Hu矩和Zernike矩特征进行分类识别相比,识别结果更加稳定,且平均识别率得到了较大提高,能够有效用于风切变图像的类型识别中。

关键词：低空风切变小波不变矩三次B样条形状特征线性判别分析

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跑道助航灯光照明效果研究

综合运输 2023年第12期45卷 131-136页

作者：庄子波闫雅倩台宏达中国民航大学飞行分校天津300300 中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 中国民航大学空中交通管理学院天津300300

夜间,飞机航行需要灯光照明指引,以确保夜航着陆安全。目前,在民航内普遍认为,飞机配备的着陆灯会为夜间跑道提供照明,而民航机场配备的助航灯光系统则用作指示信号灯。但在实际运行中,跑道助航灯的发光特性会对机场的跑道照明有一定的... 详细信息

夜间,飞机航行需要灯光照明指引,以确保夜航着陆安全。目前,在民航内普遍认为,飞机配备的着陆灯会为夜间跑道提供照明,而民航机场配备的助航灯光系统则用作指示信号灯。但在实际运行中,跑道助航灯的发光特性会对机场的跑道照明有一定的贡献。本文以此为出发点,考虑影响跑道灯光照明的四个决定性因素,构型、颜色、光强和有效范围,利用DIAlux Evo仿真,对跑道助航灯的照明效果进行分析。仿真结果表明:机场跑道是低照度环境,所提供的平均照度可以达到飞机滑行时着陆灯的照度要求。但由于跑道的照度均匀性低,跑道的纵向照度值变化明显,会加重飞行员的视觉疲劳。该结论对民用飞机的照明设计具有一定的参考意义。

关键词：跑道灯光 DIALux Evo仿真照度分布