法兰克福&ampamp;慕尼黑机场雷达性能对比课件

1*/3安徽四创电子股份有限公司(600990.SH)1*-4法兰克福慕尼黑机场雷达性能对比LiDAR 与 Radiosonde 性能对比Lindenberg GRUAN site雷达性能对比LiDAR 与 Sodar 性能对比2*/3安徽四创电子股份有限公司(600990.SH)2*-4法兰克福法兰克福&慕尼黑机场慕尼黑机场概况概况l由由于于风风切切变变对对飞飞机机的的起起飞飞及及降降落落带带来来极极大大的的风风险险，德德国国法法兰兰克克福福机机场场和和慕慕尼尼黑黑机机场场搭搭建建了了LLWASLLWAS（低低空空风风切切变变告告警警系系统统）以以保保障障空空中中交交通通的的安安全全。该该LLWASLLWAS系系统统主主要要由由X X波波段段偏偏振振多多普普勒勒天天气气雷达和雷达和1.6 1.6 m m多普勒激光雷达构成。该系统具有如下特点：多普勒激光雷达构成。该系统具有如下特点：l低空风切变的检测，量化及警报低空风切变的检测，量化及警报l独立于任何天气情况独立于任何天气情况l每分钟自动生成涉及每分钟自动生成涉及ICAOICAO的警告的警告l优化飞机的飞行路线优化飞机的飞行路线法兰克福慕尼黑机场雷达性能对比3*/3安徽四创电子股份有限公司(600990.SH)3*-4法兰克福慕尼黑机场雷达性能对比法兰克福法兰克福&慕尼黑机场慕尼黑机场雷达性能对比雷达性能对比特性特性Radar(SELEX Meteor 50DX)Lidar(Lockheed Martin WTX WindTracer)波长3.2 cm(X-波段)1.6 m测量示踪物水露凝结体气溶胶偏振双偏振线性PRF2000:1600 Hz 750 Hz扫描速度18 deg/sec14 deg/sec扫描范围75km12-15km径向分辨率0.15 km 0.10-0.12 km方位分辨率1 deg 2.5 deg每分钟扫描次数PPI 3 deg PPI 3 deg每5分钟扫3D 扫描(11 PPIs 1.0-60.0deg)PPI 扫描 150 km 范围0.5 deg3D 扫描(5 PPIs 1.5-20.0 deg)1-2 RHI 扫描4*/3安徽四创电子股份有限公司(600990.SH)4*-4法兰克福慕尼黑机场雷达性能对比u法兰克福&慕尼黑机场雷达数据处理-径向速度显示对比l滤波：lRadarRadar：ECLASSECLASS采用DFTDFT杂波滤波器，多跳回波滤波器，干扰滤波器lLidarLidar：已经修正的风向标准差和信噪比5*/3安徽四创电子股份有限公司(600990.SH)5*-4法兰克福慕尼黑机场雷达性能对比法兰克福法兰克福&慕尼黑机场慕尼黑机场雷达数据显示对比图雷达数据显示对比图顶部图：小雨天气下的激光雷达与天气雷达均有数据底部图：大雨天气下的仅有天气雷达有数据6*/3安徽四创电子股份有限公司(600990.SH)6*-4法兰克福慕尼黑机场雷达性能对比法兰克福法兰克福&慕尼黑机场慕尼黑机场雷达数据显示对比图雷达数据显示对比图顶部图：晴空天气下的仅有激光雷达有数据底部图：大雾天气下两部雷达均没有数据7*/3安徽四创电子股份有限公司(600990.SH)7*-4法兰克福慕尼黑机场雷达性能对比u法兰克福&慕尼黑机场雷达数据处理l垂直风切变处理：l体积速度处理（VVPVVP）：将观察到的径向速度多变量回归拟合成简单的风模型。l风信息zz=100=100英尺（约3030米），tt=5=5分钟l合并：取决于单次测量的计数和方差l阈值：-5-5 ktkt/100 ft/100 ft（中等），9 9 ktkt/100 ft/100 ft（重度）直到1600 ft1600 ft（ICAOICAO）8*/3安徽四创电子股份有限公司(600990.SH)8*-4法兰克福慕尼黑机场雷达性能对比u法兰克福&慕尼黑机场雷达数据处理方式l水平风切变处理：l面向跑道的风切变（ROSHEARROSHEAR）：l接近/离开时飞机上升力的损耗增加，tt=1=1分钟l类似于EiltsEilts等人构建的阵风前方检测：从方位角到方位角的径向速度变化，反射率/反向散射细线，tt=5 min=5 minl基于CampbellCampbell的微爆检测：径向速度取决于高度（发散，会聚和旋转），反射率水平，tt=5=5分钟9*/3安徽四创电子股份有限公司(600990.SH)9*-4法兰克福慕尼黑机场雷达性能对比u法兰克福&慕尼黑机场雷达数据可用性验证对比lPPIPPI：雷达数据可在1010的时间内获得，与范围无关;激光雷达数据在3 3 kmkm距离时有大于9090的可信度，在10 km10 km距离时可信度小于50%50%。lVVPVVP：AGLAGL激光雷达数据在高达500500米处可信度约为8080 -平均9090（左图）;随着风速的增加，雷达检索的比例显著增加（右图）。10*/3安徽四创电子股份有限公司(600990.SH)10*-4法兰克福慕尼黑机场雷达性能对比u法兰克福&慕尼黑机场雷达数据可用性验证对比l质量控制基准及验证：天气雷达和激光雷达测风之间的数据重叠。l细雨天气情况下整个轮廓内的雷达和激光雷达风探测（左图）l事实上St St frafra激光雷达脉冲并没有传输超过950950米的MSLMSL（右）11*/3安徽四创电子股份有限公司(600990.SH)11*-4法兰克福慕尼黑机场雷达性能对比u法兰克福&慕尼黑机场雷达数据可用性验证对比l每月平均偏差（激光雷达）约为0 0米/秒，RMSDRMSD：1.01.0米/秒至1.41.4米/秒lMUCMUC的偏差在20132013年1111月减少（左图）：去除斑点（噪声扫描后）峰值为+-16-16，+-12-12 m m/s/s：单雷达PRFPRF（2000,1600 Hz2000,1600 Hz）的准确速度l月平均RMSDRMSD和偏差（右图）随扫描范围的增加而增加，最高可达2.5 2.5 m m/s/s，在1212公里范围内为-0.4-0.4米/秒12*/3安徽四创电子股份有限公司(600990.SH)12*-4Lindenberg GRUAN site雷达性能对比LiDAR 与 Radiosonde 性能对比法兰克福慕尼黑机场雷达性能对比LiDAR 与 Sodar 性能对比13*/3安徽四创电子股份有限公司(600990.SH)13*-4Lindenberg GRUAN siteLindenberg GRUAN site雷达性能对比uLindenberg GRUAN siteLindenberg GRUAN site雷达性能对比-研究动机l自2 2年以来市场上开始销售商用多普勒风激光雷达，根据介绍，商用激光雷能够达以高时间和垂直分辨率提供水平风的垂直剖面。研究人员根据现有情况提出以下疑问：l多普勒激光雷达在操作风廓线测量方面有什么潜力？l测风激光雷达是否可以补充/替换现有仪器？l为了评估多普勒测风激光雷达，研究人员将激光雷达与风廓线雷达性能进行了全面比较。14*/3安徽四创电子股份有限公司(600990.SH)14*-4Lindenberg GRUAN siteLindenberg GRUAN site雷达性能对比Lindenberg GRUAN siteLindenberg GRUAN site雷达性能对比雷达性能对比-风廓线雷达参数风廓线雷达参数特性特性参数参数WMO No.:10394频率482 MHz经纬度纬度:52,21N经度:14,10E高度104m垂直分辨率低模式下：150 m 脉宽:1000ns 高模式下：330 m 脉宽:2175ns范围低模式下：0 m到9 km,96 距离门高模式下：4 km 到16,5 km,40 距离门波束角15,2平均周期测风 27 minutes,RASS 3 minutes水平风矢量多普勒波束摆动（4光束）15*/3安徽四创电子股份有限公司(600990.SH)15*-4Lindenberg GRUAN siteLindenberg GRUAN site雷达性能对比Lindenberg GRUAN siteLindenberg GRUAN site雷达性能对比雷达性能对比-激光雷达参数激光雷达参数特性特性Streamline LidarWindcube WLS 70/200Windcube WLS200S制造商HALO photonics Leosphere Leosphere 提供商Karlsruhe Institute ofTechnology(KIT)GWU-Umwelt-technikGmbHLeosphere 波长1,5 m1,5 m 1,55 m 最大探测距离3 km2 km/6 km 6 km 波束结构scanner Four fixed beamsscanner扫描模式stare,VAD,DBS-stare,VAD,DBS 16*/3安徽四创电子股份有限公司(600990.SH)16*-4Lindenberg GRUAN siteLindenberg GRUAN site雷达性能对比uLindenberg GRUAN siteLindenberg GRUAN site雷达性能对比-对比策略设定l问题：LeosphereLeosphere在位于初夏空气条件下数据不理想。l1212月份所有三款激光雷达均可提供良好质量的数据（3 3周）。l比较周期为29.201129.2011年1111月 -2011-2011年1212月2020日（红色标记）。17*/3安徽四创电子股份有限公司(600990.SH)17*-4Lindenberg GRUAN siteLindenberg GRUAN site雷达性能对比uLindenberg GRUAN siteLindenberg GRUAN site雷达性能对比-对比策略设定l3 3台不同的多普勒激光雷达架设在靠近LIN 482MHzLIN 482MHz的l所有激光雷达的数据可用性为期3 3周（20112011年1111月2828日-20.12.2011-20.12.2011）l对比多普勒测风激光雷达：u雷达风廓线仪（RWPRWP）u无线电探空仪（RSRS）uNWPNWP：DWD COSMO-EUDWD COSMO-EU模型输出18*/3安徽四创电子股份有限公司(600990.SH)18*-4Lindenberg GRUAN siteLindenberg GRUAN site雷达性能对比uLindenberg GRUAN siteLindenberg GRUAN site雷达性能对比-对比策略设定l时间和垂直分辨率（风速/风向）：lRWP:27min/150mRWP:27min/150m：lWLS 200:10min/50mWLS 200:10min/50mlWLS 200S:2min/50mWLS 200S:2min/50mlStreamLineStreamLine:3min/50m:3min/50mlRS:6h/10-12mRS:6h/10-12mlCOSMO-EU:1h/130mCOSMO-EU:1h/130m19*/3安徽四创电子股份有限公司(600990.SH)19*-4Lindenberg GRUAN siteLindenberg GRUAN site雷达性能对比Lindenberg GRUAN siteLindenberg GRUAN site雷达性能对比结果雷达性能对比结果-风廓线风廓线20*/3安徽四创电子股份有限公司(600990.SH)20*-4Lindenberg GRUAN siteLindenberg GRUAN site雷达性能对比Lindenberg GRUAN siteLindenberg GRUAN site雷达性能对比结果雷达性能对比结果-时间序列时间序列21*/3安徽四创电子股份有限公司(600990.SH)21*-4Lindenberg GRUAN siteLindenber