散射计回波信号中降水回波及海面后向散射的分离方法.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(10)申请公布号CNCN103675788103675788A(43)申请公布日2014.03.26(21)申请号201310654244.7(22)申请日2013.12.05(71)申请人中国科学院空间科学与应用研究中心地址100190北京市海淀区中关村南二条1号(72)发明人朱迪董晓龙何宝宇徐星欧朱金台王倩鲍青柳(74)专利代理机构北京法思腾知识产权代理有限公司11318代理人杨小蓉杨林(51)Int.Cl.G01S7/41(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书6页说明书6页附图2页附图2页(54)发明名称散射计回波信号中降水回波及海面后向散射的分离方法(57)摘要本发明提供了一种散射计回波信号中降水回波及海面后向散射的分离方法，通过对接收到的回波信号进行脉冲压缩输出压缩脉冲信号，利用频率域加窗算法对压缩脉冲信号进行副瓣抑制，消除了降水回波信号及海面回波信号中均存在的距离副瓣的耦合，有效的分离降水和海面的时域混叠，并在频率域进行多普勒频率校正及能量衰减补偿，可从复杂的海气边界混合回波信号中提取、同步反演有效的降水及海面后向散射系数，消除或补偿相互之间影响，实现降水回波与海面后向散射的有效分离。CN103675788ACN1036758ACN103675788A权利要求书1/2页1.散射计回波信号中降水回波的分离方法，其特征在于，所述降水回波的分离方法包括：步骤1）通过多波束散射计生成并发射线性调频矩形脉冲信号；步骤2）在接收端利用匹配滤波器对步骤1）中所述的线性调频矩形脉冲信号的回波信号进行匹配滤波输出压缩脉冲信号，通过频率域加窗算法进行副瓣抑制；步骤3）将压缩脉冲信号按距离门划分，并通过脉冲对算法计算平均多普勒频率和能量，获得每一距离门的平均多普勒谱和相应的平均功率，所述的平均功率用以提供给定高度上详尽的降水信息；步骤4）用上一步骤所得的不同距离门中平均多普勒谱反演雨滴在不同距离门中的法向运动速率；步骤5）对线性调频矩形脉冲信号与回波信号中测得的雷达反射率因子沿波束路径进行衰减校正获得降水的真实强度。2.根据权利要求1所述的散射计回波信号中降水回波的分离方法，其特征在于，所述步骤1）中的线性调频矩形脉冲信号表示为：式中：f0为载频，也就是中心频率，B为信号带宽，T为脉冲宽度，k＝B/T为调频斜率。3.根据权利要求1所述的散射计回波信号中降水回波的分离方法，其特征在于，所述步骤2）中的匹配滤波输出压缩脉冲信号的数学表达式为：4.根据权利要求1所述的散射计回波信号中降水回波的分离方法，其特征在于，所述步骤2）中的副瓣抑制的抑制度范围为-40～-70dB，副瓣抑制的抑制函数采用Hamming窗函数或Kaiser窗函数。5.根据权利要求1所述的散射计回波信号中降水回波的分离方法，其特征在于，所述步骤3）中每一距离门的平均多普勒谱计算公式为：其中，Sk为一个距离门内的连续的采样点，星号代表复共轭。6.根据权利要求1所述的散射计回波信号中降水回波的分离方法，其特征在于，所述步骤3）中每一距离门的平均功率计算公式为：其中，Sk为一个距离门内的连续的采样点，星号代表复共轭。7.根据权利要求1所述的散射计回波信号中降水回波的分离方法，其特征在于，所述2CN103675788A权利要求书2/2页的不同距离门中平均多普勒谱反演雨滴法向运动速率的计算公式表示为：vn＝fdλ/2其中fd为多普勒频移，vn为雨滴法向运动速度，λ为发射信号波长。8.根据权利要求1所述的散射计回波信号中降水回波的分离方法，其特征在于，所述降水的真实强度通过积分路径衰减算法求得，计算公式表示为：m其中，Z为雷达反射率因子，Ze为降水的真实强度，R为从雷达到降雨单元的距离，A为路径积分衰减，k为衰减系数。9.散射计回波信号中海面后向散射的分离方法，其特征在于，所述的海面后向散射的分离方向包括：步骤1）在接收端利用匹配滤波器对权利要求1中所述的线性调频矩形脉冲信号的回波信号进行匹配滤波输出压缩脉冲信号，通过频率域加窗算法进行副瓣抑制，获得散射计回波信号；步骤2）采用加窗傅立叶变换的方法，从散射计回波信号中选取海面附近回波信号，滤除其中带有多普勒回波的信号，再进行傅立叶逆变换，得到海面回波信号；步骤3）利用积分路径衰减算法计算获得的总降水衰减，矫正降水对海面回波的总衰减，获得海面后向散射系数。10.根据权利要求9所述的散射计回波信号中海面后向散射的分离方法，其特征在于，所述步骤1）中的副瓣抑制的抑制度范围为-25～-45dB，副瓣抑制的抑制函数采用Hamming窗函数或Kaiser窗函数。3CN103675788A说明书1/6页散射计回波信号中降水回波及海面后向散射的分离方法技术领域[0