气象雷达探测的有效立体空域细分逼近计算方法与流程

文档序号:26001025发布日期:2021-07-23 21:17阅读:来源:国知局

技术特征:

1.气象雷达探测的有效立体空域细分逼近计算方法,包括以下步骤:步骤一,高程数据的获取;步骤二,设定高度范围和层次;步骤三,打开文件;步骤四,一次计算;步骤五,绘画;步骤六,读出数据;步骤七,二次计算;步骤八,三次计算;步骤九,四次计算;步骤十,五次计算;步骤十一,计算角度;步骤十二,计算体积;步骤十三,计算半径;步骤十四,计算占比;其特征在于:

其中在上述步骤一中,通过地理信息系统获取dem数据,以雷达站为中心,按照一周360°每0.25°方位角从dem中读取l1范围内的阻挡物高程值,且阻挡物高程值单位为千米,经过地球曲率修正,筛选出对雷达发射波束阻挡最大高度值和对应的距离数据,生成阻挡角数据文件“data.txt”;

其中在上述步骤二中,根据雷达业务实际运行情况,假定最小扫描仰角为0°,测站馈源上空0-l2高度范围每隔100m一层,且l2的取值单位为千米;考虑100m高度变化对等射束高度图的面积变化较小,如果分为50m一层则等射束高度图面积变化更小,实际上细分高度越小对有效探测空域计算结果越精准,也就是立体空域体积细分逼近计算方法;

其中在上述步骤三中,打开data.txt文件,读出第一组高程数据和距离数据,计算相对应方位的阻挡角;

其中在上述步骤四中,计算第n高度层雷达可以探测到的最远距离distant,在第n高度层上大于distant的该方位后面的空域是扫描不到的;

其中在上述步骤五中,画出该测站的等射束高度图,以雷达站为原点,方位角0.25°夹角,以这个最大探测距离为等腰三角形的腰长distant,构成的等腰三角形,计算出这个等腰三角形的面积,面积计算公式为s=0.5*distant*distant*sin0.25°;且等腰三角形的面积单位为平方千米;一周总共1440个不同的等腰三角形,求面积之和,就是逼近该高度层的有效探测面积;循环往复,总共计算0-l2之间的各层有效面积,保存到各层面积数据文件s.txt;

其中在上述步骤六中,打开s.txt文件,逐条读出400组面积数据,按照每层100m高度近似计算该层可探测空间体积,且可探测空间体积计算公式为v=面积si*高度=si*0.1,且可探测空间体积单位为立方千米,一共高度层体积累加之和得到有效空域体积v1,也就是整个扫描仰角0°到20°之间、探测距离最大l1、测站馈源上空0-l2高空范围雷达能够探测到的空域,这个体积就是雷达扫描没有受到阻挡的那部分空域;

其中在上述步骤七中,计算静椎区体积v2:由于目前我国业务使用的s波段气象雷达观测模式设定扫描仰角范围是0°到20°,所仰角20°以上、测站馈源上空0-l2高空范围是业务雷达探测不到的静锥区空域;根据圆锥体积公式是v=1/3sh1,s是圆柱的底面积,h1是圆柱的高,那么静锥区体积v2=1/3*π*(l2/tan20°)*(l2/tan(20°)*l2,且静锥区体积v2的单位为立方千米;

其中在上述步骤八中,假如没有任何阻挡,那么整个扫描仰角0°到20°之间、探测距离最大l1、测站馈源上空0-l2高空范围雷达应探测空域体积,可以根据圆柱体公式计算,应探测空域体积=π*l1*l1*l2,且应探测空域体积的单位为立方千米;默认扫描空域体积v10=应探测空域体积-静椎区体积v2,且默认扫描空域体积v10的单位为立方千米;

其中在上述步骤九中,计算扫描盲区体积v3:v3=天线海拔高度*雷达扫描覆盖区面积=h2*π*l1*l1;且h2为雷达天线馈源安装在海拔的高度,且单位为千米;

其中在上述步骤十中,计算雷达站下面海拔高度0m到地球中心与l1探测半径范围形成的圆锥柱体体积v5:根据圆锥体积公式是v=1/3sh,s是圆柱的底面积,h1是圆柱的高,那么v5=1/3*π*探测半径*探测半径*地球半径=π*l1*l1*6371.393/3,且v5的单位为立方千米;

其中在上述步骤十一中,首先计算θ=atan(l1/6371.393);球缺的高h=地球半径r(1-cosθ);根据球缺体积公式v=πh2(r-h/3),从而计算得到球缺体积v6,其中r是地球的半径,h是球缺的高;球缺下面圆锥体体积v7=1/3*(6371.393*cosθ)*π*(6371.393*sinθ)*(6371.393*sinθ);

其中在上述步骤十二中,计算地曲盲区体积v4=圆锥柱体体积v5-球缺体积v6-球缺下面圆锥体体积v7;

其中在上述步骤十三中,计算雷达探测半径l1、测站馈源上空l2以下的总空域体积v0=默认扫描空域体积v10+静椎区体积v2+扫描盲区体积v3+地曲盲区体积v4;

其中在上述步骤十四中,通过以上各体积的计算结果,可以计算出各部分体积的占比,其中有效探测立体空域占总空域体积的百分比:percentage1=有效空域体积v1/总空域体积v0;且有效探测立体空域占总空域体积的百分比雷达站l1探测半径、馈源上空l2以下范围内计算;有效探测立体空域占默认扫描空域的百分比:percentage2=有效空域体积v1/默认扫描空域体积v10,且有效探测立体空域占默认扫描空域的百分比在雷达站0°到20°仰角、雷达馈源上空0-l2高度范围内计算;静椎区空域体积占总空域体积的百分比:percentage3=静椎区体积v2/总空域体积v0;低空扫描盲区占总空域体积的百分比:percentage4=(扫描盲区体积v3+地曲盲区体积v4)/总空域体积v0,且低空扫描盲区占总空域体积的百分比在天线馈源以下、仰角0°以下范围内计算。

2.根据权利要求1所述的气象雷达探测的有效立体空域细分逼近计算方法,其特征在于:所述步骤一中,l1的取值范围为0-230。

3.根据权利要求1所述的气象雷达探测的有效立体空域细分逼近计算方法,其特征在于:所述步骤一中,文件“data.txt”中包含1440组挡角数据。

4.根据权利要求1所述的气象雷达探测的有效立体空域细分逼近计算方法,其特征在于:所述步骤二中,细分高度层为400层。

5.根据权利要求1所述的气象雷达探测的有效立体空域细分逼近计算方法,其特征在于:所述步骤五中,细分面积运用了等腰三角形,且腰长distant的单位为千米。

6.根据权利要求1所述的气象雷达探测的有效立体空域细分逼近计算方法,其特征在于:所述步骤六中,取最大扫描仰角为20°。

7.根据权利要求1所述的气象雷达探测的有效立体空域细分逼近计算方法,其特征在于:所述步骤七至步骤十四中,近似计算出多个占比。

8.根据权利要求1所述的气象雷达探测的有效立体空域细分逼近计算方法,其特征在于:所述步骤十中,π的取值为3.14159。


技术总结
本发明公开了气象雷达探测的有效立体空域细分逼近计算方法,包括以下步骤:步骤一,高程数据的获取;步骤二,设定高度范围和层次;步骤三,打开文件;步骤四,一次计算;步骤五,绘画;步骤六,读出数据;步骤七,二次计算;步骤八,三次计算;步骤九,四次计算;步骤十,五次计算;步骤十一,计算角度;步骤十二,计算体积;步骤十三,计算半径;步骤十四,计算占比;其中在上述步骤一中,通过地理信息系统获取DEM数据,以雷达站为中心;该发明通过计算有利于准确得到雷达扫描空域的实际情况,通过各个占比情况,结合雷达阻挡图和等射束高度图,能够较好地评价拟选雷达站条件的好坏,具有非常重要的实际意义。

技术研发人员:吕雪芹;佘聪;敖振浪;刘梦露
受保护的技术使用者:广东省气象探测数据中心;广州合智金丰科技有限公司
技术研发日:2021.03.25
技术公布日:2021.07.23
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