基于多特征融合的低空风切变类型识别研究

发布时间：2017-10-05 01:05

  本文关键词：基于多特征融合的低空风切变类型识别研究

  更多相关文章： 低空风切变 激光雷达 类型识别 特征提取 多层次特征

【摘要】：低空风切变已成为一种严重影响飞机飞行安全的危险因素,而且不同的风切变具有不同的风场特性,对飞机飞行的影响也不尽相同,飞行员需要对不同类型风切变做出不同反应以保障飞行安全。因此,正确识别不同类型的风切变尤为重要。由于缺乏真实的激光雷达风切变数据,本文利用仿真的三维风场,展开了对微下击暴流、低空急流、海陆风和侧风四种典型低空风切变类型识别的研究,具体工作如下:第一,在忽略地形、气象等因素的条件下,采用基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamic,CFD)的大气流体软件FLUENT构造微下击暴流、低空急流、海陆风和侧风四种典型的低空风切变仿真模型,并模拟多普勒激光雷达的PPI扫描方式对风场在不同仰角、距离和方位下扫描,将获得的扫描数据转换成二维图像,构造样本库。第二,针对样本库中风切变图像的特点,本文提出了一种形状特征和纹理特征相结合的低空风切变类型识别方法。首先,采用Zernike矩和旋转不变统一模式的局部二值模式(LBP)分别提取反映风场全局变化的形状特征和反映风场局部变化的纹理特征;然后,将两种特征串联融合后,通过主成份分析(PCA)对其进行降维,提取有效特征;最后,利用k近邻分类器对四种低空风切变图像进行分类。实验结果表明,该方法具有良好的识别效果,较以上单一识别方法显著提高。第三,单多普勒激光雷达扫描过程中一次只能针对一个仰角进行扫描,而低空风切变发生突然,时间短,单仰角扫描可能会出现扫描不到或扫描不全的问题,为此,本文提出了采用多部激光雷达同时进行多仰角扫描以获取多层次风场特征的方法,并以此进行类型识别。实验结果表明,此种方法较单一仰角扫描图像识别有一定的提高。
【关键词】：低空风切变 激光雷达 类型识别 特征提取 多层次特征
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V321.225
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题的研究背景及意义10-11
• 1.2 激光雷达探测风切变研究现状11-12
• 1.3 低空风切变识别算法研究现状12-14
• 1.4 本文主要研究内容14-16
• 第二章 低空风切变介绍及其样本库建立16-27
• 2.1 引言16
• 2.2 低空风切变介绍16-21
• 2.2.1 低空风切变的成因16-18
• 2.2.2 低空风切变的分类18-19
• 2.2.3 低空风切变的强度19-20
• 2.2.4 低空风切变对飞行的影响20-21
• 2.3 低空风切变样本库建立21-25
• 2.3.1 低空风切变模型建立22-23
• 2.3.2 低空风切变样本库建立23-25
• 2.4 本章小结25-27
• 第三章 基于多特征融合的低空风切变识别方法27-49
• 3.1 引言27-28
• 3.2 图像预处理28-29
• 3.3 基于Zernike矩的特征提取29-36
• 3.3.1 Hu矩29-31
• 3.3.2 Zernike矩31-34
• 3.3.3 基于Zernike矩的低空风切变特征提取34-36
• 3.4 基于LBP的特征提取36-42
• 3.4.1 LBP原理36-38
• 3.4.2 LBP算子的扩展38-40
• 3.4.3 基于LBP的低空风切变特征提取40-42
• 3.5 基于PCA的特征融合42
• 3.6 k近邻法进行识别42-43
• 3.7 实验结果及分析43-48
• 3.7.1 实验样本库建立43
• 3.7.2 不同矩特征的识别性能比较43-45
• 3.7.3 不同LBP模式的识别性能比较45-46
• 3.7.4 融合特征的低空风切变识别46-48
• 3.8 本章小结48-49
• 第四章 基于多层次特征的低空风切变类型识别49-54
• 4.1 引言49
• 4.2 多部多普勒雷达测风发展49-50
• 4.3 多部多普勒激光雷达风场扫描50-51
• 4.4 基于多层次扫描图像的低空风切变类型识别51-52
• 4.5 实验结果及分析52-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第五章 总结与展望54-56
• 5.1 本文工作总结54
• 5.2 未来工作展望54-56
• 参考文献56-60
• 致谢60-61
• 攻读硕士期间发表的论文61

【参考文献】

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本文编号：973868