一种同发同收双极化天气雷达的探测参数估计方法与流程

本申请涉及雷达，尤其是一种同发同收双极化天气雷达的探测参数估计方法。

背景技术：

1、天气雷达是气象监控的重要手段，它可以对降水、台风、暴雨、龙卷风等天气进行探测、跟踪及预报，减少甚至避免人员和财产损失，其应用涉及民生、航空、农林业、军事等多个领域。双极化天气雷达是在天气雷达的基础上增加了双极化功能，它可以发射水平极化波和垂直极化波以对气象目标进行探测，除了能够得到常规天气雷达的反射率因子、径向速度和速度谱宽这三个探测参数，还能够得到差分反射率、零延迟相关系数、差分相移、比差分相移、线性退偏振比等双极化参数。对这些参数进行组合分析可以用于定量估计降水、水凝物分类、雨滴谱反演、冰雹识别等。

2、当前国内外的双极化多普勒天气雷达普遍采用“同发同收”工作体制，即发射信号经功分器与极化器分为水平极化发射信号与垂直极化发射信号，通过双极化天线发射出去，双极化回波再经双极化天线和双通道接收机同时接收与处理。由于发射信号被分成了水平极化和垂直极化两路，接收时也是两路分别接收，因此两路的信噪比都比常规天气雷达低3db，导致对弱目标的探测参数的估计精度有所下降。

技术实现思路

1、本申请针对上述问题及技术需求，提出了一种同发同收双极化天气雷达的探测参数估计方法，本申请的技术方案如下：

2、一种同发同收双极化天气雷达的探测参数估计方法，该探测参数估计方法包括：

3、根据同发同收双极化天气雷达接收到的一个径向的不同距离库的水平极化回波数据和垂直极化回波数据分别计算水平极化自相关函数、垂直极化自相关函数、水平极化和垂直极化的互相关函数，每种相关函数包括一阶相关函数和二阶相关函数；

4、根据水平极化自相关函数、垂直极化自相关函数、水平极化和垂直极化的互相关函数计算同发同收双极化天气雷达的径向速度vdp和速度谱宽wdp中的至少一种。

5、其进一步的技术方案为，计算同发同收双极化天气雷达的径向速度vdp和速度谱宽wdp中的至少一种包括：

6、根据同发同收双极化天气雷达在一个径向内接收到的水平极化回波数据和垂直极化回波数据计算差分相移φdp；

7、根据水平极化自相关函数、垂直极化自相关函数、水平极化和垂直极化的互相关函数以及差分相移φdp计算同发同收双极化天气雷达的径向速度vdp和速度谱宽wdp中的至少一种。

8、其进一步的技术方案为，分别计算水平极化自相关函数、垂直极化自相关函数、水平极化和垂直极化的互相关函数包括：

9、根据同发同收双极化天气雷达接收到的一个径向的不同距离库的水平极化回波数据计算水平极化一阶自相关函数rh(1)和水平极化二阶自相关函数rh(2)；

10、根据同发同收双极化天气雷达接收到的一个径向的不同距离库的垂直极化回波数据计算垂直极化一阶自相关函数rv(1)和垂直极化二阶自相关函数rv(2)；

11、根据同发同收双极化天气雷达接收到的一个径向的不同距离库的水平极化回波数据和垂直极化回波数据计算水平极化和垂直极化的一阶互相关函数rhv(1)和rvh(1)，以及水平极化和垂直极化的二阶互相关函数rhv(2)和rvh(2)。

12、其进一步的技术方案为，计算同发同收双极化天气雷达的径向速度vdp的公式为：

13、

14、其中，fprf为重频，λ为同发同收双极化天气雷达的波长，j是虚数参数，arg函数用于计算相角。

15、其进一步的技术方案为，计算同发同收双极化天气雷达的速度谱宽wdp的公式为：

16、

17、其中，fprf为重频，λ为同发同收双极化天气雷达的波长，j是虚数参数。

18、其进一步的技术方案为，计算差分相移φdp的公式为：

19、

20、其中，sh(n)是同发同收双极化天气雷达接收到的一个径向的距离库n处的水平极化回波数据，sv(n)是同发同收双极化天气雷达接收到的一个径向的距离库n处的垂直极化回波数据，表示对sv(n)取共轭，1≤n≤n，n是一个径向内脉冲重复周期的个数，arg函数用于计算相角。

21、其进一步的技术方案为，计算水平极化一阶自相关函数rh(1)和水平极化二阶自相关函数rh(2)的公式为：

22、

23、

24、其中，sh(n)是同发同收双极化天气雷达接收到的一个径向的距离库n处的水平极化回波数据，表示对sh(n)取共轭，1≤n≤n，n是一个径向内脉冲重复周期的个数。

25、其进一步的技术方案为，计算垂直极化一阶自相关函数rv(1)和垂直极化二阶自相关函数rv(2)的公式为：

26、

27、

28、其中，sv(n)是同发同收双极化天气雷达接收到的一个径向的距离库n处的垂直极化回波数据，表示对sv(n)取共轭，1≤n≤n，n是一个径向内脉冲重复周期的个数。

29、其进一步的技术方案为，计算水平极化和垂直极化的一阶互相关函数rhv(1)和rvh(1)的公式为：

30、

31、

32、其中，sh(n)是同发同收双极化天气雷达接收到的一个径向的距离库n处的水平极化回波数据，sv(n)是同发同收双极化天气雷达接收到的一个径向的距离库n处的垂直极化回波数据，表示对sh(n)取共轭，表示对sv(n)取共轭，1≤n≤n，n是一个径向内脉冲重复周期的个数。

33、其进一步的技术方案为，计算水平极化和垂直极化的二阶互相关函数rhv(2)和rvh(2)的公式为：

34、

35、

36、其中，sh(n)是同发同收双极化天气雷达接收到的一个径向的距离库n处的水平极化回波数据，sv(n)是同发同收双极化天气雷达接收到的一个径向的距离库n处的垂直极化回波数据，表示对sh(n)取共轭，表示对sv(n)取共轭，1≤n≤n，n是一个径向内脉冲重复周期的个数。

37、本申请的有益技术效果是：

38、本申请公开了一种同发同收双极化天气雷达的探测参数估计方法，该方法对同发同收双极化天气雷达接收到的水平极化回波数据和垂直极化回波数据进行联合处理，计算水平极化和垂直极化的一阶相关函数和二阶相关函数继而来估算径向速度和速度谱宽，该方法能够减小速度估计奇异值，降低径向速度和速度谱宽估计结果的标准差，提高估计精度尤其是低信噪比情况下的估计精度，有利于提高同发同收双极化天气雷达的应用效能。

技术特征：

1.一种同发同收双极化天气雷达的探测参数估计方法，其特征在于，所述探测参数估计方法包括：

2.根据权利要求1所述的探测参数估计方法，其特征在于，所述计算所述同发同收双极化天气雷达的径向速度vdp和速度谱宽wdp中的至少一种包括：

3.根据权利要求2所述的探测参数估计方法，其特征在于，所述分别计算水平极化自相关函数、垂直极化自相关函数、水平极化和垂直极化的互相关函数包括：

4.根据权利要求3所述的探测参数估计方法，其特征在于，计算所述同发同收双极化天气雷达的径向速度vdp的公式为：

5.根据权利要求3所述的探测参数估计方法，其特征在于，计算所述同发同收双极化天气雷达的速度谱宽wdp的公式为：

6.根据权利要求2所述的探测参数估计方法，其特征在于，计算差分相移φdp的公式为：

7.根据权利要求3所述的探测参数估计方法，其特征在于，计算水平极化一阶自相关函数rh(1)和水平极化二阶自相关函数rh(2)的公式为：

8.根据权利要求3所述的探测参数估计方法，其特征在于，计算垂直极化一阶自相关函数rv(1)和垂直极化二阶自相关函数rv(2)的公式为：

9.根据权利要求3所述的探测参数估计方法，其特征在于，计算水平极化和垂直极化的一阶互相关函数rhv(1)和rvh(1)的公式为：

10.根据权利要求3所述的探测参数估计方法，其特征在于，计算水平极化和垂直极化的二阶互相关函数rhv(2)和rvh(2)的公式为：

技术总结
本申请公开了一种同发同收双极化天气雷达的探测参数估计方法，涉及雷达技术领域，该方法根据同发同收双极化天气雷达接收到的一个径向的不同距离库的水平极化回波数据和垂直极化回波数据分别计算水平极化自相关函数、垂直极化自相关函数、水平极化和垂直极化的互相关函数，然后根据计算得到的所有一阶相关函数和二阶相关函数来估计径向速度和速度谱宽，该方法对水平极化回波数据和垂直极化回波数据进行联合处理，能够减少速度估计奇异值，降低径向速度和速度谱宽估计结果的标准差，提高估计精度尤其是低信噪比情况下的估计精度，有利于提高同发同收双极化天气雷达的应用效能。

技术研发人员：李英贺,任雍,林晓彤,魏艳强,周亭亭
受保护的技术使用者：航天新气象科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19