毫米波雷达空-地分界线计算方法及系统与流程

1.本发明涉及雷达数据处理技术领域，尤其涉及一种毫米波雷达空-地分界线计算方法及系统。


背景技术：

2.雷达作为目前地面广域监测的重要手段，在覆冰时可用于水物质粒子的分布精准监测，为电网开展线路覆冰短临预警，提供了可靠的手段。
3.然而，由于覆冰线路往往位于海拔高的微地形区域，地形起伏大，采用雷达探测，收到地物影响高，导致地物反射信号与冻雨冻雾探测信号混淆一起，难以区分。目前气象部门、航空部门通过将雷达部署在制高点，消除地面影响，但输电线路的探测往往很难满足该要求，因此，消除地物影响，提升数据精度，前提是要区分地物与空气的边界。


技术实现要素：

4.本发明目的在于公开一种毫米波雷达空-地分界线计算方法及系统，以通过对一段时间回波的数据分析，获得回波变化特征，计算地物与空气边界，为提升雷达探测数据质量，精准预警覆冰提供支撑。
5.为达上述目的，本发明毫米波雷达空-地分界线计算方法包括：
6.(1)雷达反射率测量数据收集
7.选定需要监测的输电线路易覆冰杆塔，并在相应位置搭建毫米波雷达探测装置。设置雷达探测扫描方式，并开始水平扫描，获得固定方向的反射率数据r。同时采用能见度仪，测量周围的水平方向的能见度值，探测持续时间为t。
8.(2)反射率差值计算
9.将步骤(1)中的能见度值按照间隔v进行划分，对应的反射率数值共划分n类，对于每一类集合，计算平均的反射率值，则获得n个反射率值，对应不同的能见度。按照能见度从小到达，将n个反射率值进行排序，计算能见度相邻的对应反射率的差值，获得新的差值序列dri，i＝1
…
n-1，对于每一个dri，其内部网格记录为dri
sq
表征所在网格的位置，s＝1
…
m，q＝1
…
n。
10.(3)反射率稳定性计算
11.对于步骤(2)中计算的反射率差值，计算网格相同位置，不同能见度的方差矩阵，对于矩阵中，每一个格点值sr
sq
，计算公式如下：
[0012][0013][0014]
(4)自下而上的变化梯度计算
[0015]
对于步骤(3)计算的矩阵sr
sq
从每一列开始，自下而上，计算相邻格点的差值，作为
梯度变化值，并得到梯度变化矩阵。
[0016]
(5)地物轮廓构建
[0017]
根据步骤(4)建立的梯度变化矩阵，选取每一列梯度变化值最大处作为地物与空气的边界。将每一列最大值的位置，依次连接，则得到地物边界轮廓。
[0018]
为达上述目的，本发明还公开一种毫米波雷达空-地分界线计算系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法。
[0019]
本发明具有以下有益效果：
[0020]
1、本发明通过计算反射率的在不同能见度下的变化，找到变化最大处，判断空气与地面的分界线。
[0021]
2、本发明通用性好，能够用于不同地区地形的地物与空气界面的识别分析。
[0022]
3、采用本发明技术，能够快速识别地物边界，在探测中利用地物边界剔除测量中不准确的部分，提升数据质量，提高好弥补了雷达覆冰探测反演性能。
[0023]
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
[0024]
构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0025]
图1是本发明实施例公开的毫米波雷达空-地分界线计算方法流程示意图。
[0026]
图2是本发明实施例的网格相同位置计算示意图。
[0027]
图3是本发明实施例的梯度变化矩阵计算及梯度最大连线示意图。
具体实施方式
[0028]
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0029]
实施例1
[0030]
本实施例以湖南某500kv线路为例，如图1所示，毫米波雷达空-地分界线计算方法包括以下步骤：
[0031]
(1)雷达反射率测量数据收集
[0032]
选定湖南500kv某线路1#杆塔为探测点。搭建毫米波雷达探测装置。设置雷达探测扫描为水平定向扫描，获得固定方向的反射率数据r。同时采用能见度仪，测量周围的水平方向的能见度值，探测持续时间为5天，每小时获得1组数据，共120组数据。
[0033]
(2)反射率差值计算
[0034]
将步骤(1)中的能见度值按照间隔50米进行划分，对应的反射率数值共划分20类，对于每一类集合，计算平均的反射率值，则获得20个反射率值，对应不同的能见度。按照能见度从小到达，将20个反射率值进行排序，计算能见度相邻的对应反射率的差值，获得新的差值序列dri，i＝1
…
n-1，对于每一个dri，其内部网格记录为dri
sq
表征所在网格的位置，s＝1
…
20,q＝1
…
30。
[0035]
(3)反射率稳定性计算
[0036]
对于步骤(2)中计算的反射率差值，如图2所示，计算网格相同位置，不同能见度的方差矩阵，对于矩阵中，每一个格点值sr
sq
，计算公式如下：
[0037][0038][0039]
(4)自下而上的变化梯度计算
[0040]
如图3所示，对于步骤(3)计算的矩阵sr
sq
从每一列开始，自下而上，计算相邻格点的差值，作为梯度变化值，并得到梯度变化矩阵。
[0041]
(5)地物轮廓构建
[0042]
根据步骤(4)建立的梯度变化矩阵，选取每一列梯度变化值最大处作为地物与空气的边界。将每一列最大值的位置，依次连接，则得到地物边界轮廓。
[0043]
实施例2
[0044]
与上述实施例相对应的，本实施例公开一种毫米波雷达空-地分界线计算系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述的方法：
[0045]
(1)雷达反射率测量数据收集
[0046]
选定需要监测的输电线路易覆冰杆塔，并在相应位置搭建毫米波雷达探测装置；设置雷达探测扫描方式，通过水平扫描获得固定方向的反射率数据r；同时采用能见度仪，测量周围的水平方向的能见度值，探测持续时间为t；
[0047]
(2)反射率差值计算
[0048]
将步骤(1)中的能见度值按照间隔v进行划分，对应的反射率数值共划分n类，对于每一类集合，计算平均的反射率值，获得n个反射率值，对应不同的能见度；按照能见度从小到大，将n个反射率值进行排序，计算能见度相邻的对应反射率的差值，获得新的差值序列dri，i＝1
…
n-1，对于每一个dri，内部网格记录为dri
sq
表征所在网格的位置，s＝1
…
m，q＝1
…
n。
[0049]
(3)反射率稳定性计算
[0050]
对于步骤(2)中计算的反射率差值，计算网格相同位置，不同能见度的方差矩阵，对于矩阵中，每一个格点值sr
sq
，计算公式如下：
[0051][0052][0053]
(4)自下而上的变化梯度计算
[0054]
对于步骤(3)计算的矩阵sr
sq
，从每一列开始，自下而上，计算相邻格点的差值，作为梯度变化值，并得到梯度变化矩阵。
[0055]
(5)地物轮廓构建
[0056]
根据步骤(4)建立的梯度变化矩阵，选取每一列梯度变化值最大处作为地物与空
气的边界；然后将每一列最大值的位置，依次连接，得到地物边界轮廓。
[0057]
通过上述实施例所公开方法及系统，可得本发明至少具有以下有益效果：
[0058]
1、本发明通过计算反射率的在不同能见度下的变化，找到变化最大处，判断空气与地面的分界线。
[0059]
2、本发明通用性好，能够用于不同地区地形的地物与空气界面的识别分析。
[0060]
3、采用本发明技术，能够快速识别地物边界，在探测中利用地物边界剔除测量中不准确的部分，提升数据质量，提高好弥补了雷达覆冰探测反演性能。
[0061]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。