]优选地，预处理模块包括：
[0114] 排序单元，用于对原始径向速度数据按方位角的大小进行升序排列；
[0115] 删除单元，用于设置一个径向速度数据的预设阈值以去除原始径向速度数据中的 奇异点；
[0116] 滤波单元，用于使用5X1的滤波窗口按方位角排序并对去除了奇异点的原始径向 速度数据进行平滑滤波，得到相关参数数据。
[0117]通过预处理将原始径向速度数据中的有用信息提取出来，增强其可用性，保证了 后续的求解方程可解及结果准确。
[0118] 优选地，滤波单元包括：
[0119] 假设子单元，用于设扫描控制模块1进行气象目标探测得到的总观测点数为M，总 迭代次数为N;
[0120] 第一计算子单元，用于从1开始，对于第i点，计算其周围5个观测点的径向速度数 据的均值m;
[0121] 判断子单元，用于判断其中一个观测点与均值m的绝对值之差是否大于等于 0.5dBZ，如果是，则去除第i点，否则保留第i点；
[0122] 第二计算子单元，用于计算观测点的下一个点，直至计算到M;
[0123] 迭代子单元，用于进行下一次迭代，直至迭代到次数N。
[0124] 通过利用单个径向速度数据在其方位上相邻数据的信息，对因谱识别误差、环境 杂波扰动等原因导致的误差较大的数据进行去除，保证了后续风场反演的精度。
[0125] 优选地，数据求解模块包括：
[0126] 反演矩阵单元，用于根据扫描控制模块1进行气象目标探测得到的不同观测点的 方位角和观测点的总个数，建立反演矩阵；
[0127] 反演方程单元，用于建立反演方程，并在求解方程后，即可解得VAN、VAE及V E此三个 方向上的风速分量。
[0128] 这样，充分挖掘了预处理后得到的所有径向速度中蕴含的风场信息，且考虑所有 单个径向速度数据在预期风场假设下的综合误差最小，使得所反演得到的风场精度较高。
[0129] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种毫米波云雷达三维风场反演方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1:控制毫米波云雷达按预设俯仰角的PPI扫描模式进行气象目标探测，并生成目 标探测数据； 步骤2:对所述目标探测数据进行信号处理并输出原始径向速度数据； 步骤3:采集所述信号处理模块输出的原始径向速度数据，并将其进行打包处理； 步骤4:将打包处理之后的原始径向速度数据进行保存； 步骤5:读取保存在所述主控模块中的原始径向速度数据并对其进行用以消除毫米波 雷达回波信号的不稳定性的预处理，得到可供三维风场反演的径向速度数据； 步骤6:读取所述可供三维风场反演的径向速度数据，并在预设求解准则下构建反演方 程以对对应的所述目标探测数据进行三维风场反演，得到三维风场速度数据。2. 根据权利要求1所述毫米波云雷达三维风场反演方法，其特征在于，毫米波云雷达的 水平扫描速度为1~2度/秒，预设俯仰角的最大值不超过82度，最小值应确保径向速度不发 生模糊。3. 根据权利要求1所述毫米波云雷达三维风场反演方法，其特征在于，所述步骤5的预 处理具体实现为： 步骤5.1:对所述原始径向速度数据按方位角的大小进行升序排列； 步骤5.2:设置一个径向速度数据的预设阈值以去除所述原始径向速度数据中的奇异 占. 步骤5.3:使用5X1的滤波窗口按方位角排序并对去除了奇异点的原始径向速度数据 进行平滑滤波，得到相关参数数据。4. 根据权利要求3所述毫米波云雷达三维风场反演方法，其特征在于，所述步骤5.3具 体实现为： 步骤5.3.1:设扫描控制模块进行气象目标探测得到的总观测点数为Μ，总迭代次数为 Ν； 步骤5.3.2:从1开始，对于第i点，计算其周围5个观测点的径向速度数据的均值m; 步骤5.3.3:若其中一个所述观测点与所述均值m的绝对值之差> =0.5dBZ，则去除所述 第i点，否则保留所述第i点； 步骤5.3.4:计算所述观测点的下一个点，直至计算到Μ; 步骤5.3.5:进行下一次迭代，直至迭代到次数Ν。5. 根据权利要求4所述毫米波云雷达三维风场反演方法，其特征在于，所述步骤6具体 实现为： 步骤6.1:假设扫描控制模块进行气象目标探测得到的不同观测点的方位角分别为&， &，......，Λ，Μ为观测点的总个数，建立Μ行的反演矩阵： cos(^ - ^)cx>sa sin(/? -爲)cc、s a' sin ^ 、? cos (/? - ) c.os sir!(爲一爲）cos 沈 sin ·? '； ' ， 卜 1 〒） Σ= ? * * F- ΨΜ : * * * Fs .·. 003(,? - 4；) cos ?： sinC^ - 4) c〇s：a sm a T~.0.、 L^(Ai)」 其中，VR为降水粒子径向速度，VA为降水粒子径向速度的水平分量，VE为降水粒子径向 速度的垂直分量，水平分量进一步可分解为平行于正北方向和垂直于正北方向的两个分量 Vm和νΑΕ，β〇为水平风向与正北方向的夹角，a为天线仰角，根据关系式XV = F，即可求出三维 风场速度V; 步骤6.2:建立反演方程： -^ = 0 ⑴ av Π~Μ E=J-XmA)-%wf ⑵ 其中，Vr(βj)为方位角为βj的实测径向速度，Vr(βj) '为经最小二乘法拟合后得到的在βj 处的径向速度； 求解方程⑴后，即可解得Vm、Vae及VE此三个方向上的风速分量。6. -种毫米波云雷达三维风场反演系统，其特征在于，包括扫描控制模块、信号处理模 块、信息采集模块、主控模块和数据反演模块，其中，所述数据反演模块包括预处理模块和 数据求解模块； 所述扫描控制模块，用于控制毫米波云雷达按预设俯仰角的PPI扫描模式进行气象目 标探测，并将产生的目标探测数据传输给信号处理模块； 所述信号处理模块，用于对所述目标探测数据进行信号处理并输出原始径向速度数 据； 所述信息采集模块，用于采集所述信号处理模块输出的原始径向速度数据，并将其打 包处理之后传输给主控模块； 所述主控模块，用于将打包处理之后的原始径向速度数据进行保存； 所述预处理模块，用于读取保存在所述主控模块中的原始径向速度数据并对其进行用 以消除毫米波雷达回波信号的不稳定性的预处理，得到可供三维风场反演的径向速度数 据； 所述数据求解模块，用于读取所述可供三维风场反演的径向速度数据，并在预设求解 准则下构建反演方程以对对应的所述目标探测数据进行三维风场反演，得到三维风场速度 数据。7. 根据权利要求6所述毫米波云雷达三维风场反演系统，其特征在于，所述预处理模块 包括： 排序单元，用于对所述原始径向速度数据按方位角的大小进行升序排列； 删除单元，用于设置一个径向速度数据的预设阈值以去除所述原始径向速度数据中的 奇异点； 滤波单元，用于使用5X1的滤波窗口按方位角排序并对去除了奇异点的原始径向速度 数据进行平滑滤波，得到相关参数数据。8. 根据权利要求7所述毫米波云雷达三维风场反演系统，其特征在于，所述滤波单元包 括： 假设子单元，用于设扫描控制模块进行气象目标探测得到的总观测点数为M，总迭代次 数为N; 第一计算子单元，用于从1开始，对于第i点，计算其周围5个观测点的径向速度数据的 均值m; 判断子单元，用于判断其中一个所述观测点与所述均值m的绝对值之差是否大于等于 0.5dBZ，如果是，则去除所述第i点，否则保留所述第i点； 第二计算子单元，用于计算所述观测点的下一个点，直至计算到Μ; 迭代子单元，用于进行下一次迭代，直至迭代到次数Ν。9. 根据权利要求8所述毫米波云雷达三维风场反演系统，其特征在于，所述数据求解模 块包括： 反演矩阵单元，用于根据扫描控制模块进行气象目标探测得到的不同观测点的方位角 和观测点的总个数，建立反演矩阵； 反演方程单元，用于建立反演方程，并在求解方程后，即可解得Vm、VAE及VE此三个方向 上的风速分量。
【专利摘要】本发明涉及一种毫米波云雷达三维风场反演方法及系统，其中，该方法包括：控制毫米波云雷达按预设俯仰角的PPI扫描模式进行气象目标探测，对目标探测数据进行信号处理并输出原始径向速度数据；采集信号处理模块输出的原始径向速度数据，并将其打包处理之后传输给主控模块；将打包处理之后的原始径向速度数据进行保存；读取保存在主控模块中的原始径向速度数据并对其进行用预处理，得到可供三维风场反演的径向速度数据；读取可供三维风场反演的径向速度数据，并在预设求解准则下构建反演方程以对对应的目标探测数据进行三维风场反演，得到三维风场速度数据。通过本发明，解决了无法有效且高精度地利用毫米波云雷达得到三维风场产品的问题。
【IPC分类】G01S13/95
【公开号】CN105467393
【申请号】CN201610009058
【发明人】冯凯, 周亭亭, 魏艳强, 李岩松, 王志锐
【申请人】北京无线电测量研究所
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2016年1月6日