基于气象回波的危险云团运动趋势检测方法与流程

本发明属于雷达技术领域，特别是一种利用气象回波检测危险云团运动趋势的方法，可用于球载气象雷达。

背景技术：

球载气象雷达在低空飞行执行任务的时候，需要准确判断前方的危险云团运动趋势。而危险云团运动趋势是一种对飞行安全有着巨大威胁的障碍，在飞行航路上如何探测出含有恶劣气象条件的危险云团，提醒操作员回收气球，避免气球损坏，是当下急需解决的问题。

现有技术对危险云团运动趋势检测方法是基于地面气象站，地面气象站需要对前方云团进行长时间的观测，根据大气压，温度，湿度，风向，风速等大气边界条件，以及大气运动方程等分析工具，才能检测出危险云团的运动趋势，且在没有气象站的地方无法进行检测。这种方法计算复杂、实时性不足、灵活性较差，影响飞行安全。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种基于气象回波危险云团运动趋势检测方法，以通过球载气象雷达计算出危险云团的运动趋势，得出目标的方位、距离、速度及预计到达雷达所在位置的时间，保证飞行安全。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：

1)获取雷达的回波信息和雷达控制指令，雷达的回波信息包括雷达波束指向角θ和雷达回波强度；

2)对回波强度进行积累运算，得到二维回波强度数组a，同时根据雷达控制指令，读取杂波图数组b；

3)用杂波图数组b对二维回波强度数组a进行地杂波抑制处理，得到二维时空强度信息数组c；

4)对二维时空强度信息数组c进行三维转换得到三维回波强度数组e，对三维回波强度数组e，进行连通域分割，得到不同的目标，并对这些目标的属性进行查询和计算，得到目标与雷达的最近距离dd、目标与雷达的最近距离所在的方位角度da、目标接近或远离雷达的速度ds，目标预计达到雷达位置的时间dt；

5)将目标与雷达的最近距离dd、目标与雷达的最近距离所在的方位角度da、目标接近或远离雷达的速度ds，目标预计达到雷达位置的时间dt组合为危险云团运动趋势数组d，并输出。

本发明通过对雷达回波强度积累运算，地杂波抑制处理，连通域分割及目标属性的查询和统计得到检测危险云团的运动趋势，不需要对雷达前方云团长时间观测，也不需要测试大气压，温度，湿度，风向，风速等复杂的大气边界条件，可在无气象站的地方进行检测，不仅计算简单、实时性高、灵活性强，而且可保目标安全飞行。

附图说明

图1为本发明危险云团运动趋势整体检测流程图。

具体实施方式

参照图1，本发明的实现步骤如下：

步骤1，获取雷达回波信息和雷达控制指令。

通过雷达接收机获取雷达回波信息和雷达控制指令，雷达的回波信息包括雷达波束指向角θ和雷达回波强度,分别将雷达的雷达波束指向角θ和获取回波强度的先后顺序定义为二维数组的行和列。

步骤2，对回波强度进行积累运算，同时根据雷达控制指令，读取杂波图数组b。

2.1)对获取的回波强度每16个一组进行叠加，完成对回波强度的积累运算，得到二维回波强度数组a；

2.2)判断雷达控制指令是否命令杂波图数组b清零，如果是，则杂波图数组b中数据置为0；否则，杂波图数组b保持不变；

2.3)判断雷达控制指令是否读取杂波图数组b，如果是，则读取；否则，不读取；

步骤3，对二维回波强度数组a进行地杂波抑制处理

3.1)对二维回波强度数组a依次进行图像的膨胀和腐蚀的处理，以使目标更加突出，得到强化目标的二维回波强度数组a1，计算公式如下：

a1＝{(a∈m)∩m≠θ}

其中m＝{0111110；0011100；0111110；1111111；0111110；0011100；0111110}，θ表示空集；

3.2)对杂波图数组b进行去对数化操作，得到去对数化杂波图数组：b1＝10^b/20，读取相同位置上强化目标的二维回波强度数组a1的回波强度和去对数化杂波图数组b1的地杂波强度；

3.3)根据强化有效目标的二维回波强度数组a1和去对数化杂波图数组b1，计算得到无杂波二维时空回波强度数组：c＝20lg(a1-b1)。

步骤4，对二维时空强度信息数组c做三维转换后进行连通域分割，得到不同的目标，并对这些目标的属性进行查询和计算。

4.1)根据时间先后对二维时空回波强度数组c遍历得到三维回波强度数组e；

4.2)根据雷达控制指令中的强度门限，将三维回波强度数组e中小于强度门限的值置为0；

4.3)对三维回波强度数组e进行连通域分割；

4.3.1)遍历三维回波强度数组e中数据，找到一个不为0的目标数据；

4.3.2)以该不为0的目标数据为基准，查询该目标数据周围的数据是否为零：

如果是，该目标连通域分割完成，否则，连通域分割未完成；执行4.3.3)；

4.3.3)以查询该目标数据周围的数据为新的基准，继续判断其周围的数据是否为0；

4.3.4)重复4.3.2)和4.3.3)直到遍历完所有的数据。

4.4)遍历分割后的目标，判断目标区域是否小于50：如果是，则忽略目标；否则，执行4.5)；

4.5)分别查询目标区域在t0时刻距离雷达的最近距离dd0和目标区域在t时刻距离雷达的最近距离dd和其方位da；

4.6)根据4.5)的查询结果计算出目标接近或远离雷达的速度ds：

ds＝(dd-dd0)/(t-t0)；

4.7)根据4.5)和4.6)计算出目标到达雷达的预计时间dt：dt＝dd/ds。

步骤5，对查询和计算出的目标的属性进行组合并输出。

将步骤4得到的目标与雷达的最近距离dd、目标与雷达的最近距离所在的方位角度da、目标接近或远离雷达的速度ds，目标预计达到雷达位置的时间dt这些参数组合为危险云团运动趋势数组d，并输出。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，并未构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：

1.一种基于气象回波的危险云团运动趋势检测方法，包括：

1)获取雷达的回波信息和雷达控制指令，雷达的回波信息包括雷达波束指向角θ和雷达回波强度；

2)对回波强度进行积累运算，得到二维回波强度数组a，同时根据雷达控制指令，读取杂波图数组b；

3)用杂波图数组b对二维回波强度数组a进行地杂波抑制处理，得到二维时空强度信息数组c；

4)对二维时空强度信息数组c进行三维转换得到三维回波强度数组e，对三维回波强度数组e，进行连通域分割，得到不同的目标，并对这些目标的属性进行查询和计算，得到目标与雷达的最近距离dd、目标与雷达的最近距离所在的方位角度da、目标接近或远离雷达的速度ds，目标预计达到雷达位置的时间dt；

5)将目标与雷达的最近距离dd、目标与雷达的最近距离所在的方位角度da、目标接近或远离雷达的速度ds，目标预计达到雷达位置的时间dt组合为危险云团运动趋势数组d，并输出。

2.根据权利要求1所述的方法，其中3)中用杂波图数组b对二维回波强度数组a进行地杂波抑制处理，实现如下：

3a)对二维回波强度数组a依次进行图像的膨胀和腐蚀的处理，以使目标更加突出，得到强化目标的二维回波强度数组a1；

3b)对杂波图数组b进行去对数化操作，得到去对数化杂波图数组b1，读取相同位置上强化目标的二维回波强度数组a1的回波强度和去对数化杂波图数组b1的地杂波强度；

3c)根据强化有效目标的二维回波强度数组a1和去对数化杂波图数组b1，计算得到无杂波二维时空回波强度数组：c＝20lg(a1-b1)。

3.根据权利要求1所述的方法，其中4)中对三维回波强度数组e进行连通域分割，实现如下：

4a)遍历三维回波强度数组e中数据，找到一个不为0的目标数据；

4b)以该不为0的目标数据为基准，查询该目标数据周围的数据是否为零，如果是，

该目标连通域分割完成，否则，执行4c)；

4c)以查询该目标数据周围的数据为新的基准，继续判断其周围的数据是否为0；

4d)重复4b)和4c)直到遍历完所有的数据。

4.根据权利要求1所述的方法，其中4)中对分割后的不同目标进行属性进行查询和计算，实现如下：

4a)遍历分割后的目标，判断目标区域是否小于50：如果是，则忽略目标；否则，执行4b)；

4b)分别查询目标区域在t0时刻距离雷达的最近距离dd0和目标区域在t时刻距离雷达的最近距离dd和其方位da；

4c)根据4b)的查询结果计算出目标接近或远离雷达的速度ds：

ds＝(dd-dd0)/(t-t0)；

4d)根据4b)和4c)计算出目标到达雷达的预计时间dt：dt＝dd/ds。

技术总结
本发明公开了一种基于气象回波的危险云团运动趋势检测方法。其方法是：获取雷达回波信息和雷达控制指令；对回波强度进行积累运算，得到二维回波强度数组A；根据雷达控制指令读取杂波图数组B；用B对A进行地杂波抑制，得到二维时空强度信息数组C；对C进行三维转换得到三维回波强度数组E，对E进行连通域分割得到不同目标；对这些目标的属性进行查询和统计，得到目标与雷达的最近距离Dd、目标与雷达最近距离所在的方位角度Da、目标接近或远离雷达的速度Ds，目标预计达到雷达位置的时间Dt；将Dd、Da、Ds、Dt组合为危险云团运动趋势数组D，并输出。本发明能简单、快速、灵活的检测出危险云团运动趋势，可用于球载气象雷达。

技术研发人员：姜文博;余佩;陈建臣;王珺;尚明珠;崔轶超;周明;黄惠;宋思言;张泽宇
受保护的技术使用者：陕西长岭电子科技有限责任公司
技术研发日：2020.12.08
技术公布日：2021.03.30