一种数据筛选方法以及地物杂波的筛选装置与流程

本申请涉及雷达技术领域，尤其涉及一种数据筛选方法以及地物杂波的筛选装置。

背景技术：

雷达的工作原理为利用物体反射回来的回波实现目标探测，无论是飞机、导弹，还是地面、海浪、云雨都会产生回波，因此根据应用的场合的不同，雷达的名称也不同。当雷达应用于天气预报时，称为天气雷达。天气雷达的主要观测对象是降水回波，当天气雷达因为大气的层结效应，低空大气密度要比高空大气密度大时，射线会发生向上折射。当在傍晚或者雨后，可能会出现低空大气的温度低于高空大气的温度，而出现逆温，从而导致超折射产生，此时雷达上出现地物杂波，地物杂波的特点是在低仰角产生。

天气雷达可以利用目标物的回波相位变化计算大气折射率的变化，进而反演得到近地面水汽变化信息，从而为天气学分析提供重要的数据参考。

目前，天气雷达可以根据地物杂波的绝对相位变化计算天气雷达附近的大气折射率变化，但不是所有的地物杂波都适合计算大气折射率，需要对地物杂波进行筛选。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种数据筛选方法以及地物杂波的筛选装置，用于雷达在计算大气折射率时挑选合适的地物杂波。

本申请实施例的第一方面提供了一种数据筛选方法，包括：

采集m个周期，在每一个周期内对相同仰角进行一组平面位置扫描，所述一组扫描包括一次高脉冲重复频率prf扫描和一次低prf扫描，所述m为正整数；

根据每次扫描后返回的雷达回波信号获得目标数据，所述目标数据至少包括地物杂波图cf和绝对相位pots，所述cf用于标识所述雷达回波信号的每个距离库是否为地物杂波，所述pots用于记录每个距离库的绝对相位；

当待选距离库的cf标识所述待选距离库为地物杂波时，计算所述待选距离库的第一绝对相位序列和第二绝对相位序列的相关性，所述第一绝对相位序列为所述m个周期内进行所述高prf扫描获得的pots的集合，所述第二绝对相位序列为所述m个周期内进行所述低prf扫描获得的ports的集合；

当所述相关性大于第一预置阈值时，则确定所述待选距离库为目标距离库。

在一种可能的设计中，在本申请实施例第一方面的第一种实现方式中，所述计算所述待选距离库的第一绝对相位序列和第二绝对相位序列的相关性包括：

按照如下方式计算所述相关性：

c＝corr(cs_pots_tab，cd_pots_tab)；

其中，所述cov表示协方差，所述σ表示标准差，所述cs_pots_tab表示所述第一绝对相位序列，所述cd_pots_tab表示所述第二绝对相位序列。

在一种可能的设计中，在本申请实施例第一方面的第二种实现方式中，所述根据每次扫描后返回的雷达回波信号获得目标数据包括：

根据所述每次扫描返回的雷达回波信号获得地物杂波概率，以确定对应的距离库是否为地物杂波；

根据所述每次扫描返回的雷达回波信号按照如下方式计算pots：

其中，所述n为采样数，所述x(i)表示水平发射水平接收的复iq信号的第i个脉冲，所述b(i)表示第i个脉冲的burst信号的相位，arg表示对复数取相位。

在一种可能的设计中，在本申请实施例第一方面的第三种实现方式中，根据所述每次扫描返回的雷达回波信号获得地物杂波概率，以确定对应的距离库是否为地物杂波包括：

当所述雷达回波信号的信噪比小于第二预置阈值时，按照如下方式计算所述地物杂波概率：

cp＝(max(mftdbz，mfspin)*1+mfcpa*1.01)/(1+1.01)；

所述cp表示所述地物杂波概率，所述反射率因子的纹理结构tdbz、所述反射率因子沿径向的变化spin和所述杂波相位阵列cpa均为所述雷达回波信号的特征量，所述mftdbz、mfspin和mfcpa为采用对应的隶属函数将对应的特征量进行转化后分别得到的值，所述mftdbz、mfspin和mfcpa的取值范围均为[0，1]；

将地物杂波概率大于第三预置阈值的距离库标识为地物杂波。

在一种可能的设计中，在本申请实施例第一方面的第四种实现方式中，所述第一预置阈值为0.3。

本申请实施例的第二方面提供了一种地物杂波的筛选装置，包括：

采集单元，用于采集m个周期，在每一个周期内对相同仰角进行一组平面位置扫描，所述一组扫描包括一次高脉冲重复频率prf扫描和一次低prf扫描，所述m为正整数；

获取单元，用于根据每次扫描后返回的雷达回波信号获得目标数据，所述目标数据至少包括地物杂波图cf和绝对相位pots，所述cf用于标识所述雷达回波信号的每个距离库是否为地物杂波，所述pots用于记录每个距离库的绝对相位；

计算单元，当待选距离库的cf标识所述待选距离库为地物杂波时，用于计算所述待选距离库的第一绝对相位序列和第二绝对相位序列的相关性，所述第一绝对相位序列为所述m个周期内进行所述高prf扫描获得的ports的集合，所述第二绝对相位序列为所述m个周期内进行所述低prf扫描获得的ports的集合；

确定单元，当所述相关性大于第一预置阈值时，则用于确定所述待选距离库为目标距离库。

在一种可能的设计中，在本申请实施例第二方面的第一种实现方式中，所述计算单元包括：

按照如下方式计算所述相关性：

c＝corr(cs_pots_tab，cd_pots_tab)；

其中，所述cov表示协方差，所述σ表示标准差，所述cs_pots_tab表示所述第一绝对相位序列，所述cd_pots_tab表示所述第二绝对相位序列。

在一种可能的设计中，在本申请实施例第二方面的第二种实现方式中，所述获取单元包括：

获取模块，用于根据所述每次扫描返回的雷达回波信号获得地物杂波概率，以确定对应的距离库是否为地物杂波；

计算模块，用于根据所述每次扫描返回的雷达回波信号按照如下方式计算pots：

其中，所述n为采样数，所述x(i)表示水平发射水平接收的复iq信号的第i个脉冲，所述b(i)表示第i个脉冲的burst信号的相位，arg表示对复数取相位。

在一种可能的设计中，在本申请实施例第二方面的第三种实现方式中，所述获取模块具体用于：

当所述雷达回波信号的信噪比小于第二预置阈值时，按照如下方式计算所述地物杂波概率：

cp＝(max(mftdbz，mfspin)*1+mfcpa*1.01)/(1+1.01)

所述cp表示所述地物杂波概率，所述tdbz、所述spin和所述cpa均为所述雷达回波信号的特征量，所述mftdbz、mfspin和mfcpa为采用对应的隶属函数将对应的特征量进行转化后分别得到的值，所述mftdbz、mfspin和mfcpa的取值范围均为[0，1]；

将地物杂波概率大于第三预置阈值的距离库标识为地物杂波。

在一种可能的设计中，在本申请实施例第二方面的第四种实现方式中，所述第一预置阈值为0.3。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：通过在具有地物杂波标识的距离库中，计算每个距离库的第一绝对相位序列和第二绝对相位序列的相关性，以筛选出合适的距离库来计算大气折射率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种可能的数据筛选方法的实施例示意图；

图2为本发明实施例提供的一种可能的地物杂波的筛选装置的实施例示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种可能的地物杂波的筛选装置的实施例示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种可能的地物杂波的筛选装置的实施例示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种数据筛选方法以及地物杂波的筛选装置，用于雷达在计算大气折射率时挑选合适的地物杂波。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

气象雷达系统一般有两种扫描模式，包括平面位置扫描和体扫。其中，平面位置扫描是指雷达固定仰角，进行一次360度扫描；体扫是指一组从低到高的不同仰角的平面位置扫描。在气象雷达信号处理中，将雷达回波信号沿射线方向按距离分成的小的距离单元，称为距离库(rangebin)。在天气雷达计算大气折射率时，可以利用雷达的地物回波的绝对想为变化计算雷达附近的大气折射率变化，然而，并不是所有的地物杂波都适合计算折射率，有鉴于此，本发明提供了一种数据筛选方法，用于从地物杂波中挑选出合适的距离库，下面将结合具体的实施例，对本发明的数据筛选方法做详细说明，具体请参见图1，本发明提供的数据筛选方法包括：

101、采集m个周期，在每一个周期内对相同仰角进行一组平面位置扫描；

在每一个周期内，对相同仰角进行连续的不同脉冲重复频率(pulserecurrencefrequency，prf)的两次平面位置扫描，第一次扫描可以使用一个低prf，例如322，为便于表述，本发明中可称之为cs扫描；第二次扫描可以使用一个高prf，例如1014，为便于表述，本发明中可称之为cf扫描，将该两次扫描视为一组平面位置扫描。实际应用中，可以采集m个周期，以得到m组扫描数据。例如，在晴空时，每隔6分钟进行一组扫描，持续一段时间，比如一个小时，即采集了10个周期，得到了10组扫描数据。本发明中，m为正整数，具体数值本发明不做限定。

需要说明的是，不同的周期，进行平面位置扫描的仰角相同。

102、根据每次扫描返回的雷达回波信号获得地物杂波概率；

在一个周期进行一组平面位置扫描，一组平面位置扫描包括一次低prf扫描和一次高prf扫描，根据每次扫描后返回的雷达回波信号可获得目标数据，其中，该目标数据至少包括地物杂波图cf和绝对相位pots，其中，cf用于标识雷达回波信号的每个距离库是否为地物杂波，可以理解为雷达回波信号的每个距离库都有一个cf标识，该cf标识用于表示对应的距离库是否为地物杂波；pots用于记录每个距离库回波的绝对相位。需要说明的是，实际应用中，判断距离库是否为地物杂波的方式有多种，本发明实施例中可以根据雷达回波信号获得每个距离库的地物杂波概率，具体可以包括：

步骤1、检查雷达回波信号的信噪比，判断信噪比是否小于第二预置阈值；若是，则执行步骤2；

雷达回波信号处理中沿射线方向按距离分成的小的距离单元，称为距离库。检查对应于每个距离库的雷达回波信号的信噪比，如果信噪比小于第二预置阈值，则该距离库被认为是噪声，不做处理；如果信噪比大于第二预置阈值，才进行后续处理。

实际应用中，该第二预置阈值可以为3db。

步骤2、按照如下方式计算每个距离库的地物杂波概率；

cp＝(max(mftdbz，mfspin)*1+mfcpa*1.01)/(1+1.01)；

其中，所述cp表示地物杂波概率，所述反射率因子的纹理结构tdbz、反射率因子沿径向的变化spin和杂波相位阵列(clutterphasealignment，cpa)均为所述雷达回波信号的特征量，所述mftdbz、mfspin和mfcpa为采用对应的隶属函数将对应的特征量进行转化后分别得到的值，所述mftdbz、mfspin和mfcpa的取值范围均为[0，1]；

需要说明的是，tdbz表示相邻数据库之间反射率因子的平方均值，spin表示相邻距离库之间反射率因子之差大于一定阈值的点数，以最大可能个数的百分比标识，cpa用于判断由一个雷达波速数据组成的发射脉冲的绝对返回相位的恒定性。对于固定不变的目标，cpa是1，如果目标在测量时间内不完全稳定会导致cpa小于1。距离库的pots越稳定，越有可能包含杂波。该三个特征量是根据iq时序信号来计算的，iq时序信号是指将雷达回波信号相移90度得到的信号，其中，i表示同向信号序列，q表示正交信号序列。三个特征量的计算公式可以如下：

xi为复iq时序信号，n为复iq时序信号的长度；

m表示一维计算核中所包含的距离库的个数；

thresh为预设的常数，例如4dbz。

在计算得到三个特征量后，通过各自的隶属函数分别把每个特征量转化为0-1之间的值，具体转化过程如下：

故通过以上方式，可以计算得到每个距离库的地物杂波概率。

当地物杂波概率大于第三预置阈值时，则标识对应的距离库为地物杂波，例如，该第三阈值阈值可以为0.5，若某个距离库的地物杂波概率大于0.5，则认为该距离库为地物杂波。

需要说明的是，实际应用中，标识距离库是否为地物杂波的算法有多种，例如，还可以用cmd算法等，具体本发明不做限定。

103、根据每次扫描返回的雷达回波信号计算pots；

本发明实施例中，可以按照如下公式计算雷达回波信号中每个距离库的pots：

其中，所述n为采样数，所述x(i)表示水平发射水平接收的复iq信号的第i个脉冲，所述b(i)表示第i个脉冲的burst信号的相位，arg表示对复数取相位。

需要注意的是，本实施例中，通过步骤102计算每个距离库的地物杂波概率进而识别出该距离库是否为地物杂波，通过步骤103计算每个距离库的pots，而这两个过程之间并不存在步骤的先后顺序，可以先执行步骤102，也可以先执行步骤103，或者同时执行，具体此处不做限定。

104、计算待选距离库的第一绝对相位序列和第二绝对相位序列的相关性；

根据cs确定距离库是否为地物杂波并计算了每个距离库的pots后，采集平面位置扫描中的所有径向，对每一个径向中所有的有地物杂波标识的距离库，挑选出各距离库在各周期的两次扫描获得的pots，分别获得第一绝对相位序列和第二绝对相位序列，其中，第一绝对相位序列为m个周期内进行高prf扫描(本实施例中可为cd扫描)获得的pots的集合，第二绝对相位序列为m个周期内进行低prf扫描(本实施例中可为cs扫描)获得的ports的集合，故第一绝对相位序列cd_pots_tab＝[pots_cd1，pots_cd2，...，pots_cdm]，第二绝对相位序列cs_pots_tab＝[pots_cs1，pots_cs2，...，pots_csm]，并按照如下方式计算第一绝对相位序列和第二绝对相位序列的相关性：

c＝corr(cs_pots_tab，cd_pots_tab)；

其中，所述cov表示协方差，所述σ表示标准差，由于协方差的计算公式和标准差的计算公式为现有技术，具体此处不再赘述。

105、确定待选距离库为目标距离库。

在计算出待选距离库的第一绝对相位序列和第二绝对相位序列的相关性后，若该相关性大于第一预置阈值，则确定该待选距离库为目标距离库，即认为该距离库适合计算大气折射率。实际应用中，该第一预置阈值的取值可以为0.3，或者其他数值，具体此处不做限定。

本发明实施例中，通过在具有地物杂波标识的距离库中，计算每个距离库的第一绝对相位序列和第二绝对相位序列的相关性，以筛选出合适的距离库来计算大气折射率，在挑选合适的地物杂波时减少了硬件成本。

上面对本发明实施例中数据筛选方法进行了描述，下面对本发明实施例中的地物杂波的筛选装置进行描述，请参阅图2，本发明实施例中的地物杂波的筛选装置包括：

采集单元201，用于采集m个周期，在每一个周期内对相同仰角进行一组平面位置扫描，所述一组扫描包括一次高脉冲重复频率prf扫描和一次低prf扫描，所述m为正整数；

获取单元202，用于根据每次扫描后返回的雷达回波信号获得目标数据，所述目标数据至少包括地物杂波图cf和绝对相位pots，所述cf用于标识所述雷达回波信号的每个距离库是否为地物杂波，所述pots用于记录每个距离库的绝对相位；

计算单元203，当待选距离库的cf标识所述待选距离库为地物杂波时，用于计算所述待选距离库的第一绝对相位序列和第二绝对相位序列的相关性，所述第一绝对相位序列为所述m个周期内进行所述高prf扫描获得的ports的集合，所述第二绝对相位序列为所述m个周期内进行所述低prf扫描获得的ports的集合；

确定单元204，当所述相关性大于第一预置阈值时，则用于确定所述待选距离库为目标距离库。

为便于理解，下面对本发明实施例中的地物杂波的筛选装置进行详细描述，在上述图2所示的基础上，请参阅图3，图3为本发明实施例中地物杂波的筛选装置的另一个实施例示意图，可选的，计算单元303具体用于：

按照如下方式计算所述相关性：

c＝corr(cs_pots_tab，cd_pots_tab)；

其中，所述cov表示协方差，所述σ表示标准差，所述cs_pots_tab表示所述第一绝对相位序列，所述cd_pots_tab表示所述第二绝对相位序列。

可选的，获取单元302包括：

获取模块3021，用于根据所述每次扫描返回的雷达回波信号获得地物杂波概率，以确定对应的距离库是否为地物杂波；

计算模块3022，用于根据所述每次扫描返回的雷达回波信号按照如下方式计算pots：

其中，所述n为采样数，所述x(i)表示水平发射水平接收的复iq信号的第i个脉冲，所述b(i)表示第i个脉冲的burst信号的相位，arg表示对复数取相位。

可选的，获取模块3021具体用于：

当所述雷达回波信号的信噪比小于第二预置阈值时，按照如下方式计算所述地物杂波概率：

cp＝(max(mftdbz，mfspin)*1+mfcpa*1.01)/(1+1.01)；

所述cp表示所述地物杂波概率，所述tdbz、所述spin和所述cpa均为所述雷达回波信号的特征量，所述mftdbz、mfspin和mfcpa为采用对应的隶属函数将对应的特征量进行转化后分别得到的值，所述mftdbz、mfspin和mfcpa的取值范围均为[0，1]；

将地物杂波概率大于第三预置阈值的距离库标识为地物杂波。

上面图2至图3从模块化功能实体的角度分别对本发明实施例中的地物杂波的筛选装置进行了描述，下面从硬件处理的角度对本发明实施例中的地物杂波的筛选装置进行详细描述，请参阅图4，本发明实施例中的地物杂波的筛选装置400一个实施例，包括：

输入装置401、输出装置402、处理器403和存储器404(其中处理器403的数量可以一个或多个，图4中以一个处理器403为例)。在本发明的一些实施例中，输入装置401、输出装置402、处理器403和存储器404可通过总线或其它方式连接，其中，图4中以通过总线连接为例。

其中，通过调用存储器404存储的操作指令，处理器403，用于执行如下步骤：

采集m个周期，在每一个周期内对相同仰角进行一组平面位置扫描，所述一组扫描包括一次高脉冲重复频率prf扫描和一次低prf扫描，所述m为正整数；

根据每次扫描后返回的雷达回波信号获得目标数据，所述目标数据至少包括地物杂波图cf和绝对相位pots，所述cf用于标识所述雷达回波信号的每个距离库是否为地物杂波，所述pots用于记录每个距离库的绝对相位；

当待选距离库的cf标识所述待选距离库为地物杂波时，计算所述待选距离库的第一绝对相位序列和第二绝对相位序列的相关性，所述第一绝对相位序列为所述m个周期内进行所述高prf扫描获得的pots的集合，所述第二绝对相位序列为所述m个周期内进行所述低prf扫描获得的ports的集合；

当所述相关性大于第一预置阈值时，则确定所述待选距离库为目标距离库。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。