多普勒天气雷达快速扫描方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105891831A(43)申请公布日2016.08.24(21)申请号201610188879.6(22)申请日2016.03.29(71)申请人成都信息工程大学地址610225四川省成都市西南航空港经济开发区学府路一段24号(72)发明人李学华侯小宇何建新史朝唐顺仙张福贵王旭王传志(74)专利代理机构北京天奇智新知识产权代理有限公司11340代理人杨春(51)Int.Cl.G01S13/95(2006.01)G01S7/285(2006.01)权利要求书3页说明书10页(54)发明名称多普勒天气雷达快速扫描方法(57)摘要本发明公开了一种多普勒天气雷达快速扫描方法，主要包括四个步骤：按现有体积扫描模式，保持脉冲重复频率PRF和天线3dB波束宽度θ不变，提高天线扫描转速ω；在距离时间上对天气雷达回波信号进行过采样，以获得更多的回波样本数，弥补因提高天线扫描转速ω而减少的有效样本数；去相关处理，去除每个发射脉冲内距离时间上过采样信号的相关性，增加回波的独立等效样本数；利用所得到的去除相关性后的过采样信号进行谱矩参数计算，以弥补提高天线扫描转速ω后，因回波样本数减少引起的扫描精度降低，从而获得高精度的扫描结果。本发明提高了旋转速度，体扫时间降低，改造成本低、效果好，数据质量得到提高，扫描精度高，提高了天气雷达快变天气的监测能力。CN105891831ACN105891831A权利要求书1/3页1.一种多普勒天气雷达快速扫描方法，其特征在于，包括以下步骤：A：按现有体积扫描模式，保持脉冲重复频率PRF和天线3dB波束宽度θ不变，提高天线扫描转速ω，从而使原来体积扫描时间减少，提高整个天气雷达天线扫描速度，实现多普勒天气雷达的快速扫描；B：在距离时间上对天气雷达回波信号进行过采样，以获得更多的回波样本数，弥补因提高天线扫描转速ω而减少的有效样本数；C：去相关处理，去除每个发射脉冲内距离时间上过采样信号的相关性，增加回波的独立等效样本数；D：利用所得到的去除相关性后的过采样信号进行谱矩参数计算，以弥补提高天线扫描转速ω后，因回波样本数减少引起的扫描精度降低，从而获得高精度的扫描结果。2.根据权利要求1所述的多普勒天气雷达快速扫描方法，其特征在于：步骤A是根据脉冲重复频率PRF、天线3dB波束宽度θ、脉冲积累数M和天线扫描转速ω之间的关系得出，这四个参数的关系公式如下：3.根据权利要求1所述的多普勒天气雷达快速扫描方法，其特征在于，步骤B、C和D的具体方法如下：步骤B中回波信号距离时间过采样指把现在天气雷达数字中频中每个脉冲宽度内采样一个信号输出改为采样多个信号输出，需要先根据雷达发射脉冲宽度τ和中频信号采样频率fs来确定过采样倍数L，L倍距离时间上的过采样回波信号公式如下：其中l是指多个过采样信号中的第l个信号，p(l)＝e(l)*h(l)是雷达发射脉冲包络与接收机滤波器系统响应的卷积，e(l)是发射机脉冲包络，h(l)是接收机滤波器脉冲响应函数；步骤C是设计一个去相关滤波器，通过加权滤波器对距离时间过采样信号序列进行加权滤波，使输出信号相互之间不相关，去相关公式如下：Xm＝WVm(3)T其中Xm＝[X(0,m),X(1,m),...,X(L-1,m)]为每个发射脉冲内距离时间上去相关处理T后的过采样信号，长度为L，Vm＝[V(0),V(1),...,V(L-1)]为每个发射脉冲内距离时间上去相关处理前原始的过采样信号，长度为L，W＝[w(0),…,w(L-1)]T为同一发射脉冲内不同序号信号对应的去相关系数组成的加权矩阵，m表示第m个脉冲数，T表示脉冲间隔时间；步骤D中谱矩参数计算具体过程如下：2CN105891831A权利要求书2/3页其中f表示所得到信号的频率值，F(l,f)，S(l,f)是第l距离过采样位置、第m个去相关回波信号X(l,m)求得的离散频域信号和功率谱，M为脉冲积累数，S(f)是L个距离过采样位置对应离散功率谱S(l,f)的积累谱，平均功率平均径向速度及速度谱宽的谱矩计算则是基于积累谱S(l,f)开展的计算：其中fi为对应的频率采样点，fd表示平均多普勒频率，λ为雷达波长。4.根据权利要求3所述的多普勒天气雷达快速扫描方法，其特征在于，获取加权矩阵W的方法有以下两种：方法一：天气雷达距离时间过采样信号的相关性与发射机包络和接收机滤波器冲击函数有关，其相关函数为：其中p(l)为发射机包络和接收机滤波器冲击函数的卷积，对其进行归一化后用ρR(l)表示考虑到距离库内各距离过采样信号之间的相关性，可把其归一化相关系数组成Toeptitz-hermitian矩阵如下：则通用去相关加权系数矩阵W设计为：3CN105891831A权利要求书3/3页W