風場測量方法及裝置與流程

本發明屬于氣象測量技術領域，具體涉及一種風場測量方法及裝置。

背景技術：

風場測量在氣象農林、航空航天、海事等領域有廣泛需求。現有高空風場測量手段主要有探空氣球、風廓線雷達、激光測風雷達等，探空氣球時間分辨率低，不能提供高效實時的風場測量數據；風廓線雷達與激光測風雷達造價昂貴，測量模型帶有一定假設條件且探測能力易受氣象條件影響。

技術實現要素：

針對目前風場測量時間分辨率低、探測能力易受氣象條件影響等問題，本發明提出一種風場測量方法及裝置。本發明提出的風場測量方法及裝置基于觀測航班的ADS-B和SSR數據融合進行高空風場測量，提高了風場測量的精度與時間分辨率。

第一方面，本發明提出的風場測量方法，包括：

步驟S1：提取ADS-B數據中的航班號信息、ADS-B位置信息和ADS-B真空速信息；提取SSR數據中的航班號信息、SSR位置信息和SSR真空速信息；

步驟S2：利用相同航班號信息對應的ADS-B位置信息和SSR位置信息進行融合，以生成融合地速矢量；

步驟S3：根據該ADS-B真空速信息及該融合地速矢量，生成ADS-B水平風速矢量；根據該SSR真空速信息及該融合地速矢量，生成SSR水平風速矢量；

步驟S4：根據步驟S1～S3，得到與ADS-B數據對應的多個觀測時刻的ADS-B水平風速矢量，得到與SSR數據對應的多個觀測時刻的SSR水平風速矢量；

步驟S5：根據ADS-B數據與SSR數據得到的不同觀測時刻的水平風速矢量合成風場。

進一步地，本發明提出的風場測量方法中，步驟S1中，還提取ADS-B數據中的ADS-B航向信息及提取SSR數據中的SSR航向信息；對應地，利用相同航班號信息對應的ADS-B位置信息、SSR位置信息、ADS-B航向信息和SSR航向信息進行融合，以生成融合地速矢量。

進一步地，本發明提出的風場測量方法，步驟S2具體為，利用相同航班號信息對應的ADS-B位置信息、SSR位置信息、基于ADS-B位置信息推導出的ADS-B航向信息和基于SSR位置信息推導出的SSR航向信息進行融合，以生成融合地速矢量。

進一步地，本發明提出的風場測量方法，在步驟S2中，記融合地速矢量為在步驟S3中，該ADS-B真空速信息為ADS-B真空速矢量，記該ADS-B真空速矢量為記該ADS-B水平風速矢量為有

進一步地，本發明提出的風場測量方法，在步驟S2中，記融合地速矢量為在步驟S3中，該SSR真空速信息為SSR真空速矢量，記該SSR真空速矢量為記該SSR水平風速矢量為有

與現有技術相比，本發明提出的風場測量方法利用ADS-B數據與SSR數據進行數據融合，從而提高了飛機地速測量精度；采用SSR數據，增大了單獨依靠ADS-B數據進行風場測量的覆蓋范圍；采用ADS-B數據，有效提高了單獨依靠SSR數據進行風場測量的時空分辨率與精度。

第二方面，本發明提出的風場測量裝置，包括：信息提取單元，用于提取ADS-B數據中的航班號信息、ADS-B位置信息和ADS-B真空速信息及提取SSR數據中的航班號信息、SSR位置信息和SSR真空速信息；融合地速矢量生成單元，用于利用相同航班號信息對應的ADS-B位置信息和SSR位置信息進行融合，以生成融合地速矢量；水平風速矢量生成單元，用于根據該ADS-B真空速信息及該融合地速矢量，生成ADS-B水平風速矢量；根據該SSR真空速信息及該融合地速矢量，生成SSR水平風速矢量；多個觀測時刻數據獲取單元，用于根據信息提取單元、融合地速矢量生成單元和水平風速矢量生成單元，得到與ADS-B數據對應的多個觀測時刻的ADS-B水平風速矢量，得到與SSR數據對應的多個觀測時刻的SSR水平風速矢量；風場合成單元，用于根據ADS-B數據與SSR數據得到的不同觀測時刻的水平風速矢量合成風場。

進一步地，本發明提出的風場測量裝置，該信息提取單元還用于提取ADS-B數據中的ADS-B航向信息及提取SSR數據中的SSR航向信息；對應地，該融合地速矢量生成單元用于利用相同航班號信息對應的ADS-B位置信息、SSR位置信息、ADS-B航向信息和SSR航向信息進行融合，以生成融合地速矢量。

進一步地，本發明提出的風場測量裝置，該融合地速矢量生成單元用于利用相同航班號信息對應的ADS-B位置信息、SSR位置信息、基于ADS-B位置信息推導出的ADS-B航向信息和基于SSR位置信息推導出的SSR航向信息進行融合，以生成融合地速矢量。

進一步地，本發明提出的風場測量裝置，在該融合地速矢量生成單元中，記融合地速矢量為在該水平風速矢量生成單元中，該ADS-B真空速信息為ADS-B真空速矢量，記該ADS-B真空速矢量為記該ADS-B水平風速矢量為有

進一步地，本發明提出的風場測量裝置，在該融合地速矢量生成單元中，記融合地速矢量為在該水平風速矢量生成單元中，該SSR真空速信息為SSR真空速矢量，記該SSR真空速矢量為記該SSR水平風速矢量為有

與現有技術相比，本發明提出的風場測量裝置利用ADS-B數據與SSR數據進行數據融合，從而提高了飛機地速測量精度；采用SSR數據，增大了單獨依靠ADS-B數據進行風場測量的覆蓋范圍；采用ADS-B數據，有效提高了單獨依靠SSR數據進行風場測量的時空分辨率與精度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。在所有附圖中，類似的元件或部分一般由類似的附圖標記標識。附圖中，各元件或部分并不一定按照實際的比例繪制。

圖1示出了本發明實施例風場測量方法的流程示意圖；

圖2示出了本發明實施例風場測量方法中水平風速矢量運算的示意圖；

圖3示出了本發明實施例風場測量裝置的組成示意圖；

圖4示出了本發明實施例風場測量方法的一個實施示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明技術方案的實施例進行詳細的描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，因此只是作為示例，而不能以此來限制本發明的保護范圍。

需要注意的是，除非另有說明，本申請使用的技術術語或者科學術語應當為本發明所屬領域技術人員所理解的通常意義。

實施例1

如圖1所示，本實施例風場測量方法，包括：

步驟S1：提取ADS-B數據中的航班號信息、ADS-B位置信息和ADS-B真空速信息；提取SSR數據中的航班號信息、SSR位置信息和SSR真空速信息；

步驟S2：利用相同航班號信息對應的ADS-B位置信息和SSR位置信息進行融合，以生成融合地速矢量；

步驟S3：根據該ADS-B真空速信息及該融合地速矢量，生成ADS-B水平風速矢量；根據該SSR真空速信息及該融合地速矢量，生成SSR水平風速矢量；

步驟S4：根據步驟S1～S3，得到與ADS-B數據對應的多個觀測時刻的ADS-B水平風速矢量，得到與SSR數據對應的多個觀測時刻的SSR水平風速矢量；

步驟S5：根據ADS-B數據與SSR數據得到的不同觀測時刻的水平風速矢量合成風場。

廣播式自動相關監視系統(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，以下簡稱ADS-B)是一種星基航班監視系統，利用機載衛星導航設備獲取的飛機導航數據，通過廣播方式提供航班精確的位置、高度、速度、航向、意圖等信息，為航路監視和機場場面軌跡監視提供數據支持，為航班的保障調度工作提供輔助決策。

S模式二次雷達(Secondary Surveillance Radar，以下簡稱SSR)是一種發射詢問信號并接收目標信號來獲取目標信息的雷達。

由于飛機機載空速計可以實時測量真空速，并通過地空數據鏈把真空速傳送到地面，使得ADS-B數據與SSR數據中均帶有真空速數據；利用ADS-B與SSR數據中的真空速與地速數據，通過矢量計算便能得到當前高空水平風速。

單一依靠ADS-B數據進行風場測量的方法，對未安裝ADS-B機載設備的飛機不能獲得測量數據(目前大約有一半的民航客機未安裝ADS-B機載設備)，限制了依靠安裝有ADS-B機載設備的飛機測量高空風場的應用。

單一依靠SSR數據進行風場測量的方法，由于SSR對飛機位置的測量誤差遠大于ADS-B且誤差隨飛機與雷達站間距離增大，即地速測量誤差較大，最后計算出的風場誤差也較大；同時SSR數據更新率比ADS-B低，計算出的風場時間分辨率較低。

本實施例風場測量方法分別提取ADS-B數據與SSR數據中的航班號信息、位置信息、真空速信息等數據，并利用相同航班號實現ADS-B數據與SSR數據的關聯，從而對飛機位置信息進行數據融合處理，并得到飛機的融合地速矢量。利用飛機的融合地速矢量，并分別與ADS-B和SSR數據中的真空速矢量進行矢量合成便可計算出ADS-B與SSR數據對應的觀測時刻的水平風速矢量。

現有ADS-B系統中飛機飛行信息為1秒更新一次，SSR系統中飛機飛行信息則是4秒更新一次。經過分別來自ADS-B系統和SSR系統中的飛機位置信息和航向信息，進行數據融合之后獲得融合地速矢量，融合地速矢量的更新頻率更快，數據量更大、精度更高。

本實施例風場測量方法利用ADS-B數據與SSR數據進行飛機位置數據融合，從而提高了飛機地速測量精度；采用SSR數據，增大了單獨依靠ADS-B數據進行風場測量的覆蓋范圍；采用ADS-B數據，有效提高了單獨依靠SSR數據進行風場測量的時空分辨率與精度。

本實施例風場測量方法利用ADS-B數據與SSR數據進行數據融合提高飛機地速測量精度，增大風場測量數據覆蓋范圍，有效提高風場測量的時空分辨率與精度。

應當理解為，凡是能夠實現ADS-B數據與SSR數據融合的現有技術中披露的數據融合方法均可以應用在本實施例風場測量方法中。

需要說明的是，在具體實施時，根據ADS-B數據與SSR數據得到的不同觀測時刻的水平風速矢量合成風場的步驟中，可以通過集中處理的方式將不同觀測時刻的水平風速矢量集中地合成風場；也可以通過依次對每個觀測時刻進行處理的方式，即逐點處理的方式，將水平風速矢量合成到風場中。

優選地，本實施例風場測量方法中，步驟S1中，還可以提取ADS-B數據中的ADS-B航向信息及提取SSR數據中的SSR航向信息；對應地，利用相同航班號信息對應的ADS-B位置信息、SSR位置信息、ADS-B航向信息和SSR航向信息進行融合，以生成融合地速矢量。

優選地，本實施例風場測量方法，步驟S2具體為，利用相同航班號信息對應的ADS-B位置信息、SSR位置信息、基于ADS-B位置信息推導出的ADS-B航向信息和基于SSR位置信息推導出的SSR航向信息進行融合，以生成融合地速矢量。

具體實施時，本實施例風場測量方法，在步驟S2中，記融合地速矢量為在步驟S3中，該ADS-B真空速信息為ADS-B真空速矢量，記該ADS-B真空速矢量為記該ADS-B水平風速矢量為有

具體實施時，本實施例風場測量方法，在步驟S2中，記融合地速矢量為在步驟S3中，該SSR真空速信息為SSR真空速矢量，記該SSR真空速矢量為記該SSR水平風速矢量為有

圖2給出了水平風速矢量、地速矢量和真空速矢量的矢量運算示意圖。

本實施例風場測量方法解決了高空水平風場實時測量問題，避免了單一依靠ADS-B數據或SSR數據計算風場帶來可能的覆蓋性、可靠性、完整性問題，覆蓋范圍更大，可靠性高、精度高，且不需要增加任何機載和地面測量設備，安裝方便，使用安全可靠，適用于氣象農林、航空航天、海事等需要高時空分辨率風場的領域。

實施例2

如圖3所示，本實施例風場測量裝置，包括：

信息提取單元10，用于提取ADS-B數據中的航班號信息、ADS-B位置信息和ADS-B真空速信息及提取SSR數據中的航班號信息、SSR位置信息和SSR真空速信息；

融合地速矢量生成單元20，用于利用相同航班號信息對應的ADS-B位置信息和SSR位置信息進行融合，以生成融合地速矢量；

水平風速矢量生成單元30，用于根據該ADS-B真空速信息及該融合地速矢量，生成ADS-B水平風速矢量；根據該SSR真空速信息及該融合地速矢量，生成SSR水平風速矢量；

多個觀測時刻數據獲取單元40，用于根據信息提取單元、融合地速矢量生成單元和水平風速矢量生成單元，得到與ADS-B數據對應的多個觀測時刻的ADS-B水平風速矢量，得到與SSR數據對應的多個觀測時刻的SSR水平風速矢量；

風場合成單元50，用于根據ADS-B數據與SSR數據得到的不同觀測時刻的水平風速矢量合成風場。

優選地，本實施例風場測量裝置，該信息提取單元還可以用于提取ADS-B數據中的ADS-B航向信息及提取SSR數據中的SSR航向信息；對應地，該融合地速矢量生成單元用于利用相同航班號信息對應的ADS-B位置信息、SSR位置信息、ADS-B航向信息和SSR航向信息進行融合，以生成融合地速矢量。

優選地，本實施例風場測量裝置，該融合地速矢量生成單元用于利用相同航班號信息對應的ADS-B位置信息、SSR位置信息、基于ADS-B位置信息推導出的ADS-B航向信息和基于SSR位置信息推導出的SSR航向信息進行融合，以生成融合地速矢量。

具體實施時，本實施例風場測量裝置，在該融合地速矢量生成單元中，記融合地速矢量為在該水平風速矢量生成單元中，該ADS-B真空速信息為ADS-B真空速矢量，記該ADS-B真空速矢量為記該ADS-B水平風速矢量為有

具體實施時，本實施例風場測量裝置，在該融合地速矢量生成單元中，記融合地速矢量為在該水平風速矢量生成單元中，該SSR真空速信息為SSR真空速矢量，記該SSR真空速矢量為記該SSR水平風速矢量為有

本實施例風場測量裝置風場測量裝置利用ADS-B數據與SSR數據進行數據融合，從而提高了飛機地速測量精度；采用SSR數據，增大了單獨依靠ADS-B數據進行風場測量的覆蓋范圍；采用ADS-B數據，有效提高了單獨依靠SSR數據進行風場測量的時空分辨率與精度。

本實施例風場測量裝置的具體實施方法可參考實施例1，這里不再贅述。

實施例3

以下結合應用場景，進一步闡述本發明。

如圖4所示，本實施例風場測量方法提取ADS-B數據與SSR數據中的航班號、位置、真空速、角度、航向等數據。

本實施例風場測量方法中，數據融合由數據融合器具體實現，數據融合為利用相同航班號實現ADS-B數據與SSR數據的數據關聯，對飛機位置數據進行融合處理，計算出飛機地速。

ADS-B與SSR數據融合處理技術為通用技術，在此不做具體說明。

本實施例風場測量方法中，風速計算為利用數據融合器輸出的飛機地速，分別與ADS-B和SSR數據中的真空速結合，通過矢量合成計算出ADS-B與SSR數據對應測量時刻的水平風速矢量。計算原理如下：

設t時刻的風速為地速為真空速為則風速為：

其中，通過如圖4所示的數據融合器獲得，從ADS-B數據與SSR數據中獲得。

本實施例風場測量方法中，風場合成為把分別通過ADS-B與SSR數據計算出的不同時刻的風場進行合成，輸出ADS-B與SSR探測航線上的風場數據。

本實施例風場測量方法提出一種基于ADS-B與SSR數據融合的風場測量方法，通過提取現有ADS-B與SSR數據中的飛機真空速與地速矢量數據，計算出此刻飛機所在高空的水平風速，在不增加任何機載與地面設備的情況下獲得高時空分辨率的高空水平風場數據。

本實施例風場測量方法包括以下步驟：

提取ADS-B數據中的飛機航班號、位置、真空速、航向等數據；

提取SSR數據中的飛機航班號、位置、真空速、航向等數據；

對ADS-B與SSR的位置數據進行融合，提高飛機地速測量精度，增大數據覆蓋范圍，這個步驟可以采用現有的位置數據融合方式實現；

利用數據融合器輸出的飛機地速分別與ADS-B與SSR中的真空速、航向等數據進行結合，計算出各自測量時刻對應的風速，最后合成風場輸出。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求和說明書的范圍當中。