本發(fā)明涉及一種基于微波鏈路網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域衰減實(shí)現(xiàn)天氣雷達(dá)衰減訂正的方法，其主要用于天氣雷達(dá)遙感降雨中。
背景技術(shù)：
：降雨對(duì)微波的衰減在雷達(dá)探測(cè)和信號(hào)通訊中有著不可忽略的影響作用，微波頻率越高，衰減越嚴(yán)重。衰減作用造成雷達(dá)回波強(qiáng)度和探測(cè)面積的減小，尤其在遠(yuǎn)距離處雷達(dá)反射率因子的觀測(cè)值小于實(shí)際值，不能真實(shí)地反映出降雨分布狀況。這使得利用天氣雷達(dá)對(duì)降水進(jìn)行準(zhǔn)確的定量估計(jì)仍是一個(gè)難題。在一些天氣雷達(dá)應(yīng)用中，希望再測(cè)量出沿所選定的傳播路徑上的衰減大小，對(duì)雷達(dá)回波進(jìn)行衰減訂正。一種新的技術(shù)即微波測(cè)雨技術(shù)可以得到路徑上的衰減。在雷達(dá)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)可能會(huì)存在一定的手機(jī)通訊、微波中繼通信系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)擁有微波發(fā)射與接收終端，并在終端測(cè)量接收電平(RSL)。在有降雨事件發(fā)生時(shí)，微波穿過降雨區(qū)并發(fā)生衰減，利用晴天與雨天的衰減差異實(shí)現(xiàn)對(duì)微波衰減的監(jiān)測(cè)。單一的微波鏈路能夠得到沿鏈路的路徑衰減值(PIA)，利用該值可實(shí)現(xiàn)雷達(dá)回波強(qiáng)度在某一路徑上的衰減訂正；而在同時(shí)存在多條通信鏈路的雷達(dá)探測(cè)區(qū)域，多條微波鏈路會(huì)形成滿足一定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的微波鏈路網(wǎng)絡(luò)。參照醫(yī)學(xué)研究中CT成像技術(shù)的原理，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行離散網(wǎng)格化，通過多條微波鏈路的一系列衰減值及訂正模型實(shí)現(xiàn)雷達(dá)回波強(qiáng)度在某一區(qū)域上的衰減訂正。在實(shí)際應(yīng)用中，一方面可以利用現(xiàn)存的微波通信網(wǎng)等，另一方面可通過搭建微波發(fā)射-接收衰減測(cè)量系統(tǒng)用以衰減測(cè)量，實(shí)現(xiàn)一定的需求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是：提出一種基于微波鏈路網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域衰減實(shí)現(xiàn)天氣雷達(dá)回波強(qiáng)度衰減訂正的方法，通過微波鏈路網(wǎng)的一系列衰減值結(jié)合反演技術(shù)與衰減訂正模型，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)回波強(qiáng)度的區(qū)域衰減訂正，提高雷達(dá)定量估計(jì)降水的精度。本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于微波鏈路網(wǎng)的雷達(dá)回波衰減訂正方法，具體步驟如下：步驟一、搭建微波鏈路網(wǎng)絡(luò)；步驟二、測(cè)量微波鏈路在特定頻段下的降雨所致衰減A：A＝T-Twet其中，T為多條微波鏈路在路徑上的總衰減，Twet為降雨過程中微波的衰減基準(zhǔn)值；步驟三、在監(jiān)測(cè)區(qū)域，將雷達(dá)觀測(cè)資料與微波衰減資料做空間匹配與時(shí)間匹配，并進(jìn)行離散格點(diǎn)化；步驟四、將各格點(diǎn)與雷達(dá)之間進(jìn)行連線；步驟五、利用微波鏈路網(wǎng)絡(luò)的雨致衰減，結(jié)合反演技術(shù)，獲得每個(gè)網(wǎng)格對(duì)應(yīng)的雨致衰減率kj，假設(shè)網(wǎng)格內(nèi)的衰減率均勻分布；步驟六、求出雷達(dá)和各格點(diǎn)之間第q條連線上的路徑總衰減值A(chǔ)ttqj：Attqj=Σq=1XΣj=1Nkj*dqj]]>其中，dqj是雷達(dá)和格點(diǎn)之間第q條連線穿過第j個(gè)網(wǎng)格的長度，N為監(jiān)測(cè)區(qū)域離散化后的網(wǎng)格數(shù)量，X為各格點(diǎn)與雷達(dá)之間連線數(shù)量；步驟七、在雷達(dá)和格點(diǎn)之間的第q條連線上，將雷達(dá)實(shí)測(cè)反射率因子和雙程的路徑總衰減值2*Attqj相加，就能夠計(jì)算出訂正后的雷達(dá)反射率因子zqj：zqj=zmqj+2*Attqj.]]>進(jìn)一步的，步驟五、利用微波鏈路網(wǎng)絡(luò)的雨致衰減，結(jié)合反演技術(shù)，獲得每個(gè)網(wǎng)格對(duì)應(yīng)的雨致衰減率kj，假設(shè)網(wǎng)格內(nèi)的衰減率均勻分布；具體如下：1)假設(shè)監(jiān)測(cè)區(qū)域離散化后的網(wǎng)格數(shù)量為N，那么第i條微波鏈路的雨致衰減表示為：Ai=Σj=1Nlijkj]]>其中，lij是第i條微波鏈路穿過第j個(gè)網(wǎng)格的長度，kj的單位為dB/km；假設(shè)監(jiān)測(cè)區(qū)域中有M條微波鏈路，那么M條微波鏈路的雨致衰減寫成向量形式，表示為：LK＝A其中，A＝(Ai)M×1為總衰減列向量，L＝(lij)M×N為距離矩陣，K＝(kj)N×1為衰減率列向量；2)K的求解即為求解線性方程組式的解：l11k1+l12k2+...+l1jkj+...+l1MkN=A1l21k1+l22k2+...+l2jkj+...+l2MkN=A2...li1k1+li2k2+...+lijkj+...+liMkN=Ai...lM1k1+lM2k2+...+lijkj+...+lMNkN=AM.]]>進(jìn)一步的，步驟2)中，K的求解采用聯(lián)合迭代重建方法，基于使式LK＝A誤差最小，利用最小二乘準(zhǔn)則構(gòu)造代價(jià)函數(shù)，求得最優(yōu)解，即J(K)＝(A-LK)T(A-LK)＝min！使代價(jià)函數(shù)最小，需滿足：LTA＝LTLK求解得到：kj(t)=kj(t-1)+1MΣi=1M(Ai(t)-Σp=1Nlip(t)kp(t-1))·lij(t)Σp=1Nlip(t)2.]]>進(jìn)一步的，微波鏈路的衰減能夠基于單頻、雙頻或者多頻鏈路進(jìn)行測(cè)量。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明公開了一種基于微波鏈路網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域衰減實(shí)現(xiàn)天氣雷達(dá)回波強(qiáng)度衰減訂正的方法。通過測(cè)量微波鏈路網(wǎng)絡(luò)在特定頻段下的雨致衰減，將其與天氣雷達(dá)探測(cè)資料進(jìn)行時(shí)間和空間匹配，并作以離散網(wǎng)格化處理；根據(jù)微波鏈路網(wǎng)絡(luò)的一系列衰減值結(jié)合反演技術(shù)，以聯(lián)合迭代重建反演技術(shù)為例，得到離散網(wǎng)格中各網(wǎng)格對(duì)應(yīng)的衰減率；結(jié)合雷達(dá)與各格點(diǎn)之間的距離獲取路徑總衰減值；通過雷達(dá)回波衰減訂正模型，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)回波強(qiáng)度的區(qū)域衰減訂正，提高雷達(dá)定量估計(jì)降水的精度。附圖說明圖1是本發(fā)明的工作示意圖；圖2是本發(fā)明的離散網(wǎng)格示意圖；圖3是本發(fā)明的雷達(dá)與各網(wǎng)格的位置示意圖；圖4是本發(fā)明的雷達(dá)回波強(qiáng)度衰減訂正流程圖。具體實(shí)施方式結(jié)合說明書附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式。本發(fā)明利用微波鏈路的衰減值及訂正模型實(shí)現(xiàn)雷達(dá)回波強(qiáng)度的衰減訂正。包括以下步驟：1、搭建微波鏈路網(wǎng)絡(luò)，與雷達(dá)的位置如圖1所示。2、測(cè)量微波鏈路在特定頻段下的降雨所致衰減。在基于微波鏈路的衰減訂正方法中，可通過單頻、雙頻或多頻鏈路的測(cè)量得到路徑積分衰減值。單頻鏈路一般選取與雷達(dá)波段相同或相近的頻段。雙頻或多頻微波鏈路一般選取滿足衰減特征在降雨過程中高度相關(guān)，晴空條件下相關(guān)性低，且其中一條的頻率與雷達(dá)的頻率相同或相近的頻段。具體計(jì)算過程為：1)晴空時(shí)(沒有雨衰)，測(cè)量多條微波鏈路在其路徑上的接收電平，得到晴空條件下的衰減基準(zhǔn)值Tdry。同時(shí)測(cè)定該條件下對(duì)應(yīng)的溫度、氣壓、濕度等。2)有降雨事件時(shí)，實(shí)時(shí)采集各路徑上的接收電平，測(cè)得路徑上的總衰減T。利用降雨與晴空基準(zhǔn)值的差異，經(jīng)過大氣氣體吸收衰減模型的修正得到降雨過程中微波的衰減基準(zhǔn)值Twet。因此降雨造成的衰減為：A＝T-Twet(1)3、在監(jiān)測(cè)區(qū)域，將雷達(dá)觀測(cè)資料與微波衰減資料做空間匹配與時(shí)間匹配，并進(jìn)行離散格點(diǎn)化，如圖2所示。4、將各格點(diǎn)與雷達(dá)之間進(jìn)行連線，射線分布如圖3所示。5、利用微波鏈路網(wǎng)絡(luò)的雨致衰減，結(jié)合反演技術(shù)，獲得每個(gè)網(wǎng)格對(duì)應(yīng)的雨致衰減率kj(假設(shè)網(wǎng)格內(nèi)的衰減率均勻分布)。訂正雷達(dá)反射率因子的整體流程如圖4所示。1)假設(shè)監(jiān)測(cè)區(qū)域離散化后的網(wǎng)格數(shù)量為N，那么第i條微波鏈路的雨致衰減可表示為：Ai=Σj=1Nlijkj---(2)]]>其中，lij是第i條微波鏈路穿過第j個(gè)網(wǎng)格的長度，kj的單位為(dB/km)。假設(shè)監(jiān)測(cè)區(qū)域中有M條微波鏈路，結(jié)合式(2)，那么M條微波鏈路的雨致衰減寫成向量形式，可表示為：LK＝A(3)其中，A＝(Ai)M×1為總衰減列向量，L＝(lij)M×N為距離矩陣，K＝(kj)N×1為衰減率列向量。2)式(3)中K的求解即為求解線性方程組式(4)的解。l11k1+l12k2+...+l1jkj+...+l1MkN=A1l21k1+l22k2+...+l2jkj+...+l2MkN=A2...li1k1+li2k2+...+lijkj+...+liMkN=Ai...lM1k1+lM2k2+...+lijkj+...+lMNkN=AM---(4)]]>這里以聯(lián)合迭代重建方法為例。基于使式(3)誤差最小，利用最小二乘準(zhǔn)則構(gòu)造代價(jià)函數(shù)，求得最優(yōu)解，即J(K)＝(A-LK)T(A-LK)＝min！(5)使代價(jià)函數(shù)最小，需滿足：LTA＝LTLK(6)求解得到：kj(t)=kj(t-1)+1MΣi=1M(Ai(t)-Σp=1Nlip(t)kp(t-1))·lij(t)Σp=1Nlip(t)2---(7)]]>6、假設(shè)各格點(diǎn)與雷達(dá)之間有X條連線，將式(7)求得的各網(wǎng)格衰減率代入到式(8)中，就可求出雷達(dá)和各格點(diǎn)之間第q條連線上的路徑總衰減值：Attqj=Σq=1XΣj=1Nkj*dqj---(8)]]>其中，dqj是雷達(dá)和格點(diǎn)之間第q條連線穿過第j個(gè)網(wǎng)格的長度。7、在雷達(dá)和格點(diǎn)之間的第q條連線上，將雷達(dá)實(shí)測(cè)反射率因子和雙程的路徑總衰減值2*Attqj相加，就可以計(jì)算出訂正后的雷達(dá)反射率因子zqj：zqj=zmqj+2*Attqj---(9)]]>以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3