一种风廓线雷达回波信号的自动定标方法和系统与流程

本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种风廓线雷达回波信号的自动定标方法和系统。

背景技术：

风廓线雷达是一种晴空探测设备，能够以高的时间分辨率和空间分辨率，连续、实时地探测距地面以上3公里甚至20公里范围内大气的水平风和垂直风的风速和风向，以及大气折射率结构常数等气象要素随高度的分布。风廓线雷达获取的回波信号是经放大和处理后的回波信号，该回波信号不能直接应用于气象研究，需要对风廓线雷达进行定标。现有定标方法有两种，第一种是利用探测的信噪比信息来定标，第二种是信号源标校方法。对于第一种方法，由于在频域估算信噪比，且信噪比易受电路寄生震荡和外部偶发干扰的影响，所以定标的误差较大。对于第二种方法，是由人工控制信号源发射需要的模拟回波信号，存在自动化程度低和人力消耗严重的问题；且只对具有线性关系的模拟回波信号和目标回波信号生成定标曲线，存在定标准确性差的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种风廓线雷达回波信号的自动定标方法和系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种风廓线雷达回波信号的自动定标方法，包括：

生成不同预设功率值的模拟回波信号；

将所有所述模拟回波信号依次输入至风廓线雷达检测组件，经所述风廓线雷达检测组件处理得到与每个模拟回波信号对应的目标回波信号；

根据所述模拟回波信号和所述目标回波信号的对应关系得到风廓线雷达的定标曲线。

本发明的有益效果是：通过生成不同预设功率值的模拟回波信号，从而自动生成需要的模拟回波信号，避免人工操作得到需要的模拟回波信号所造成的人工成本和时间成本的增加的问题，将模拟回波信号输入至风廓线雷达检测组件，经处理得到目标回波信号，根据模拟回波信号与目标回波信号的对应关系得到定标曲线，从而自动生成定标曲线，提高了定标的自动化程度，完成了实时定标。

本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种风廓线雷达回波信号的自动定标系统，包括回波模拟模块、检测模块和定标模块；

所述回波模拟模块用于生成不同预设功率值的模拟回波信号；

所述检测模块用于将所有所述模拟回波信号依次输入至风廓线雷达检测组件，经所述风廓线雷达检测组件处理得到与每个模拟回波信号对应的目标回波信号；

所述定标模块用于根据所述模拟回波信号和所述目标回波信号的对应关系得到风廓线雷达的定标曲线。

本发明的有益效果是：通过生成不同预设功率值的模拟回波信号，从而自动生成需要的模拟回波信号，避免人工操作得到需要的模拟回波信号所造成的人工成本和时间成本的增加的问题，将模拟回波信号输入至风廓线雷达检测组件，经处理得到目标回波信号，根据模拟回波信号与目标回波信号的对应关系得到定标曲线，从而自动生成定标曲线，提高了定标的自动化程度，完成了实时定标。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种风廓线雷达回波信号的自动定标方法的流程示意图；

图2为本发明另一实施例提供的一种风廓线雷达回波信号的自动定标方法的流程示意图；

图3为本发明一实施例提供的一种风廓线雷达回波信号的自动定标系统的结构示意图；

图4为本发明另一实施例提供的一种风廓线雷达回波信号的自动定标系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

目前，风廓线雷达产生激励信号，并将激励信号发射到大气中，风廓线雷达对经过大气的激励信号进行处理，得到风廓线雷达回波信号，风廓线雷达回波信号不能直接应用于气象研究。按照本发明实施例所述方法对风廓线雷达进行定标，得到风廓线雷达的定标曲线，根据风廓线雷达的定标曲线和风廓线雷达回波信号即可获得能够直接应用于气象研究的信号。

如图1所示，本发明实施例提供的一种风廓线雷达回波信号的自动定标方法，包括：

s1，生成不同预设功率值的模拟回波信号。

s2，将所有模拟回波信号依次输入至风廓线雷达检测组件，经风廓线雷达检测组件处理得到与每个模拟回波信号对应的目标回波信号。

s3，根据模拟回波信号和目标回波信号的对应关系得到风廓线雷达的定标曲线。

本发明实施例提供的一种风廓线雷达回波信号的自动定标方法，通过生成不同预设功率值的模拟回波信号，从而自动生成需要的模拟回波信号，避免人工操作得到需要的模拟回波信号所造成的人工成本和时间成本的增加的问题，将模拟回波信号输入至风廓线雷达检测组件，经处理得到目标回波信号，根据模拟回波信号与目标回波信号的对应关系得到定标曲线，从而自动生成定标曲线，提高了定标的自动化程度，完成了实时定标。

可选地，本发明实施例中，s1包括：

由风廓线雷达内置信号源产生固定功率的射频信号，射频信号通过可控衰减网络按照不同预设衰减程度生成不同预设功率值的模拟回波信号。

具体地，固定功率的射频信号的频率与风廓线雷达所发射信号的频率一致，如此可以使风廓线雷达对生成的模拟回波信号进行处理。所有模拟回波信号的频率是相同的，功率是不同的，且信号种类均为射频。

下面以一具体例子说明本实施例：由风廓线雷达内置信号源产生10分贝毫瓦(dbm)的射频信号，可控衰减网络按照步进单位为0.5分贝(db)，衰减范围为0db至170db，分别对该射频信号进行衰减，得到步进单位为0.5db，功率值范围为10dbm至-160dbm的模拟回波信号。

上述实施例中，通过风廓线雷达内置信号源产生固定功率的射频信号，可控衰减网络按照不同预设衰减程度对射频信号进行衰减，生成不同预设功率值的模拟回波信号，自动生成需要的模拟回波信号，避免人工操作得到需要的模拟回波信号所造成的人工成本和时间成本的增加的问题。

可选地，本发明实施例中，s2包括：

将所有模拟回波信号依次输入至风廓线雷达检测组件，经风廓线雷达检测组件进行放大、滤波、混频和信号处理，得到与每个模拟回波信号对应的目标回波信号，并计算每个目标回波信号的功率值。

具体地，风廓线雷达检测组件可以包括接收前端、接收机和信号处理器等。将所有模拟回波信号依次输入至接收前端，经接收前端的放大和滤波处理，经接收机的混频处理，由信号处理器将经混频处理的信号由时域变为频域，并进行模数转换，得到与每个模拟回波信号对应的目标回波信号，并由信号处理器计算出每个目标回波信号的功率值。

下面以一具体例子说明本实施例：所有模拟回波信号包括模拟回波信号1、模拟回波信号2和模拟回波信号3，将模拟回波信号1、模拟回波信号2和模拟回波信号3输入至风廓线雷达检测组件，经风廓线雷达检测组件进行放大、滤波、混频和信号处理，得到与模拟回波信号1对应的目标回波信号1，与模拟回波信号2对应的目标回波信号2，及与模拟回波信号3对应的目标回波信号3，并计算目标回波信号1的功率值、目标回波信号2的功率值和目标回波信号3的功率值。

上述实施例中，通过将所有模拟回波信号依次输入至风廓线雷达检测组件，经放大、滤波、混频和信号处理，得到与每个模拟回波信号对应的目标回波信号，提高了目标回波信号与风廓线雷达的关联性，避免未考虑风廓线雷达的损耗导致定标误差大的问题，提高了定标的准确性。计算每个目标回波信号的功率值，据此确定目标回波信号与模拟回波信号的对应关系，从而完成定标。

可选地，如图2所示，本发明实施例中，s3包括：

s31，判断每个模拟回波信号的功率值和其对应的目标回波信号的功率值是否具有线性关系。

具体地，判断每个模拟回波信号的功率值和与每个模拟回波信号对应的目标回波信号的功率值是否具有线性关系。

s32，根据具有线性关系的模拟回波信号的功率值和目标回波信号的功率值生成第一曲线，采用指数映射最小二乘法对不具有线性关系的模拟回波信号的功率值和目标回波信号的功率值进行处理，得到第二曲线。

具体地，采用线性最小二乘法对具有线性关系的模拟回波信号的功率值和目标回波信号的功率值进行处理，得到第一曲线，第一曲线是一条直线。

s33，将第一曲线和第二曲线进行拟合，得到风廓线雷达的定标曲线。

上述实施例中，通过对具有线性关系的模拟回波信号的功率值和目标回波信号的功率值生成第一曲线，对不具有线性关系的模拟回波信号的功率值和目标回波信号的功率值生成第二曲线，避免了剔除不具有线性关系的信号所导致的定标误差的问题，将第一曲线和第二曲线拟合得到定标曲线，建立起每个模拟回波信号与其对应的目标回波信号的联系，提高了定标的准确性。

可选地，本发明实施例中，采用指数映射最小二乘法对不具有线性关系的模拟回波信号的功率值和目标回波信号的功率值进行处理，得到第二曲线包括：

从预先存储的指数值依次获取指数值，并根据获取的指数值对不具有线性关系的目标回波信号的功率值进行指数变换，当进行指数变换后的功率值与不具有线性关系的模拟回波信号的功率值匹配时，则根据匹配关系生成线性关系式，对线性关系式进行对数变换，得到第二曲线。

具体地，预先存储的指数值可以根据风廓线雷达的参数确定。且预先存储的指数值的数量是有限的，如此则避免了无法生成线性关系式的问题。

另外，若预设衰减程度包括了低衰减程度和高衰减程度，对于不具有线性关系的所有模拟回波信号，根据高衰减程度对应的模拟回波信号所得到的第二曲线，与根据低衰减程度对应的模拟回波信号所得到的第二曲线是相同的，因而只要在生成了第一曲线的情况下生成一次第二曲线即可拟合得到风廓线雷达的定标曲线。该低衰减程度和高衰减程度是相对于具有线性关系的模拟回波信号对应的衰减程度而言的，当衰减程度低于具有线性关系的模拟回波信号对应的衰减程度时，则为低衰减程度，当衰减程度高于具有线性关系的模拟回波信号对应的衰减程度时，则为高衰减程度。

指数值可以按照从小到大的顺序存储或是按照从大到小的顺序存储，相邻指数值间的差值是预设数值，该预设数值可以是0.2。从预先存储的指数值依次获取指数值可以包括：按照指数值的数值从小到大的顺序从预先存储的指数值依次获取指数值或按照指数值的数值从大到小的顺序从预先存储的指数值依次获取指数值等。

下面以一具体例子说明本实施例：

从预先存储的指数值依次获取指数值i，根据获取的指数值i对不具有线性关系的目标回波信号的功率值b进行指数变换,其表达式可以包括：e^ib。

当进行指数变换后的功率值e^ib与模拟回波信号的功率值a具有线性匹配的关系时，根据匹配关系生成线性关系式，线性关系式可以包括：e^ib＝aa+b。

对线性关系式进行对数变换，其表达式可以包括：b＝ln(aa+b)/i，根据b＝ln(aa+b)/i得到第二曲线，从而建立目标回波信号与模拟回波信号的关系。

其中，b是目标回波信号的功率值，i是获取的指数值，a是与目标回波信号对应的模拟回波信号的功率值，a和b是常数。

上述实施例中，通过不同的指数值对目标回波信号的功率值进行指数变换，当指数变换后的功率值与不具有线性关系的模拟回波信号的功率值匹配时，根据匹配关系和对数变换，得到第二曲线，找出了不具有线性关系的模拟回波信号与目标回波信号的联系，避免了剔除不具有线性关系的信号所导致的定标误差的问题，提高了定标的准确性。

如图3所示，本发明实施例提供的一种风廓线雷达回波信号的自动定标系统，包括回波模拟模块、检测模块和定标模块。

回波模拟模块用于生成不同预设功率值的模拟回波信号。

检测模块用于将所有模拟回波信号依次输入至风廓线雷达检测组件，经风廓线雷达检测组件处理得到与每个模拟回波信号对应的目标回波信号。

定标模块用于根据模拟回波信号和目标回波信号的对应关系得到风廓线雷达的定标曲线。

本发明实施例提供的一种风廓线雷达回波信号的自动定标系统，通过生成不同预设功率值的模拟回波信号，从而自动生成需要的模拟回波信号，避免人工操作得到需要的模拟回波信号所造成的人工成本和时间成本的增加的问题，将模拟回波信号输入至风廓线雷达检测组件，经处理得到目标回波信号，根据模拟回波信号与目标回波信号的对应关系得到定标曲线，从而自动生成定标曲线，提高了定标的自动化程度，完成了实时定标。

可选地，如图4所示，本发明实施例中，回波模拟模块包括内置于风廓线雷达的信号源和可控衰减网络。

信号源用于产生固定功率的射频信号。

可控衰减网络用于将射频信号按照不同预设衰减程度生成不同预设功率值的模拟回波信号。

上述实施例中，通过风廓线雷达内置信号源产生固定功率的射频信号，可控衰减网络按照不同预设衰减程度对射频信号进行衰减，生成不同预设功率值的模拟回波信号，自动生成需要的模拟回波信号，避免人工操作得到需要的模拟回波信号所造成的人工成本和时间成本的增加的问题。

可选地，如图4所示，本发明实施例中，检测模块具体用于：

将所有模拟回波信号依次输入至风廓线雷达检测组件，经风廓线雷达检测组件进行放大、滤波、混频和信号处理，得到与每个模拟回波信号对应的目标回波信号，并计算每个目标回波信号的功率值。

上述实施例中，通过将所有模拟回波信号依次输入至风廓线雷达检测组件，经放大、滤波、混频和信号处理，得到与每个模拟回波信号对应的目标回波信号，提高了目标回波信号与风廓线雷达的关联性，避免未考虑风廓线雷达的损耗导致定标误差大的问题，提高了定标的准确性。计算每个目标回波信号的功率值，据此确定目标回波信号与模拟回波信号的对应关系，从而完成定标。

可选地，如图4所示，本发明实施例中，定标模块包括判断模块、第一曲线生成模块、第二曲线生成模块和拟合模块。

判断模块用于判断每个模拟回波信号的功率值和其对应的目标回波信号的功率值是否具有线性关系，是则调用第一曲线生成模块，否则调用第二曲线生成模块。

第一曲线生成模块用于根据具有线性关系的模拟回波信号的功率值和目标回波信号的功率值生成第一曲线。

第二曲线生成模块用于采用指数映射最小二乘法对不具有线性关系的模拟回波信号的功率值和目标回波信号的功率值进行处理，得到第二曲线。

拟合模块用于将第一曲线和第二曲线进行拟合，得到风廓线雷达的定标曲线。

上述实施例中，通过对具有线性关系的模拟回波信号的功率值和目标回波信号的功率值生成第一曲线，对不具有线性关系的模拟回波信号的功率值和目标回波信号的功率值生成第二曲线，避免了剔除不具有线性关系的信号所导致的定标误差的问题，将第一曲线和第二曲线拟合得到定标曲线，建立起每个模拟回波信号与其对应的目标回波信号的联系，提高了定标的准确性。

可选地，本发明实施例中，第二曲线生成模块具体用于：

从预先存储的指数值依次获取指数值，并根据获取的指数值对不具有线性关系的目标回波信号的功率值进行指数变换，当进行指数变换后的功率值与不具有线性关系的模拟回波信号的功率值匹配时，则根据匹配关系生成线性关系式，对线性关系式进行对数变换，得到第二曲线。

上述实施例中，通过不同的指数值对目标回波信号的功率值进行指数变换，当指数变换后的功率值与不具有线性关系的模拟回波信号的功率值匹配时，根据匹配关系和对数变换，得到第二曲线，找出了不具有线性关系的模拟回波信号与目标回波信号的联系，避免了剔除不具有线性关系的信号所导致的定标误差的问题，提高了定标的准确性。

该系统的各模块所执行的功能已经在上述实施例一种风廓线雷达回波信号的自动定标方法中做了详细的介绍，这里不再赘述。

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。