一種毫米波云雷達的數(shù)據融合方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種毫米波云雷達的數(shù)據融合方法及系統(tǒng)，該方法包括：搭建毫米波云雷達觀測平臺，包括控制模塊、信號處理模塊、信息采集模塊、主控模塊和數(shù)據融合模塊；通過控制模塊控制雷達按多模式工作方式進行氣象目標探測，得到探測數(shù)據，并將探測數(shù)據傳輸給信號處理模塊；通過信號處理模塊對探測數(shù)據進行信號處理并輸出；通過信息采集模塊采集信號處理模塊輸出的經過信號處理后的探測數(shù)據，并將采集到的探測數(shù)據進行打包處理后保存到主控模塊中；通過數(shù)據融合模塊對保存在主控模塊中的探測數(shù)據進行數(shù)據融合，得到融合結果。本發(fā)明實現(xiàn)了對全高度探測范圍內氣象目標的觀測，提高了數(shù)據質量及探測效率，增強了云雷達對不同氣象目標的適應能力。
【專利說明】一種毫米波云雷達的數(shù)據融合方法及系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及采用無線電波的反射或再輻射的定位或存在檢測【技術領域】，尤其是一 種毫米波云雷達的數(shù)據融合方法及系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 毫米波云雷達主要用于云、霧、弱降水等目標的探測，利用小粒子對電磁波的散射 作用，連續(xù)測量站點上空氣象目標的回波信號，獲取高時空分辨率的氣象目標信息，具有全 方位、全天候的觀測能力，廣泛應用于大氣科學研究、人工影響天氣、云自動化觀測、機場氣 象保障、軍事氣象保障等方面和領域。
[0003] 原有的毫米波云雷達采用的是單個模式的觀測方法，每次只能選擇一種工作模式 進行觀測，觀測模式不能自適應當前的天氣狀況，每次改變工作模式都需要人工操作，先停 止觀測，修改工作模式，再啟動觀測過程。采用這種觀測方法時，由于卷云模式下存在較大 的距離盲區(qū)，邊界層模式下雷達的探測能力有限，因此單個模式觀測無法得到全高度探測 范圍內的氣象目標信息，并且單個模式的觀測方法對不同氣象目標不能自適應，導致觀測 數(shù)據誤差較大，操作控制不夠靈活，自動化程度低，觀測效率不高。
[0004] 這種單一的觀測方法損失了空間上的氣象目標信息，對于變化較快的云、弱降水 等氣象目標，無法及時準確地獲取其全部信息，造成氣象數(shù)據獲取率降低，數(shù)據質量下降， 不能充分滿足氣象研究、氣象保障等應用需求。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明提供一種毫米波云雷達的數(shù)據融合方法及系統(tǒng)，所要解決的技術問題是單 一的觀測方法中氣象數(shù)據獲取率降低，數(shù)據質量下降，不能充分滿足氣象研究、氣象保障等 應用需求的問題。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下：一種毫米波云雷達的數(shù)據融合方法， 包括以下步驟：
[0007] 步驟1 :搭建毫米波云雷達觀測平臺，所述毫米波云雷達觀測平臺包括控制模塊、 信號處理模塊、信息采集模塊、主控模塊和數(shù)據融合模塊。
[0008] 步驟2 :通過所述控制模塊控制雷達按多模式工作方式進行氣象目標探測，得到 探測數(shù)據，并將所述探測數(shù)據傳輸給所述信號處理模塊。
[0009] 步驟3 :通過所述信號處理模塊對步驟2中得到的所述探測數(shù)據進行信號處理并 輸出。
[0010] 步驟4 :通過所述信息采集模塊采集所述信號處理模塊輸出的經過信號處理后的 探測數(shù)據，并將采集到的探測數(shù)據進行打包處理后保存到所述主控模塊中。
[0011] 步驟5 :通過所述數(shù)據融合模塊對保存在所述主控模塊中的探測數(shù)據進行數(shù)據融 合，得到融合結果。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是：采用主控模塊、數(shù)據融合模塊和控制模塊對毫米波云雷達 多模式工作方式下的探測數(shù)據進行了融合，實現(xiàn)了對全高度探測范圍內氣象目標的觀測， 提高了數(shù)據質量及探測效率；同時增強了云雷達對不同氣象目標的適應能力，讓使用者無 須針對不同的天氣過程更改云雷達的工作模式，提高了云雷達的自動化觀測程度，保證了 對云、弱降水等氣象目標研究應用的需求。
[0013] 進一步，所述主控模塊包括PCI總線和共享內存。
[0014] 步驟2中通過所述PCI總線將所述探測數(shù)據傳輸給所述信號處理模塊。
[0015] 步驟3中將經過信號處理后的探測數(shù)據通過所述PCI總線傳輸給所述信息采集模 塊。
[0016] 步驟4中將采集到的所述探測數(shù)據進行打包處理后通過所述PCI總線保存到所述 共享內存中。
[0017] 步驟5中所述數(shù)據融合模塊通過所述PCI總線讀取所述共享內存中經過打包處理 后的探測數(shù)據并進行數(shù)據融合，得到融合結果。
[0018] 進一步，執(zhí)行步驟3后得到的探測數(shù)據包括信號噪聲比數(shù)據、徑向速度數(shù)據和回 波強度數(shù)據。
[0019] 進一步，步驟2中所述多模式工作方式包括邊界層模式、卷云模式和降水模式，所 述控制模塊控制所述雷達依次按照所述邊界層模式、卷云模式和降水模式三種模式交替工 作，對同一時空內的氣象目標進行探測，得到對應模式下的探測數(shù)據。其中，邊界層模式用 于測量30米至7. 5公里高度范圍內的云、霧類氣象目標，卷云模式用于測量1. 8公里至15 公里高度范圍內的云、弱降水類氣象目標，降水模式用于測量30米至15公里范圍內的弱降 水、積雨云類氣象目標。
[0020] 進一步，所述控制模塊控制所述雷達依次按照所述邊界層模式、卷云模式和降水 模式三種模式交替工作，對同一時空內的氣象目標進行探測，得到對應模式下的探測數(shù)據 的具體實現(xiàn)為：
[0021] 步驟SAl:通過所述控制模塊控制所述雷達按照所述邊界層模式進行探測，獲得 邊界層模式數(shù)據后通過所述信號處理模塊對邊界層模式數(shù)據進行信號處理，并將經過信號 處理后的邊界層模式數(shù)據保存為一個數(shù)據文件存儲到所述共享內存中，結束對所述邊界層 模式的數(shù)據存儲操作。
[0022] 步驟SA2 :通過所述控制模塊控制所述雷達按照所述卷云模式進行探測，獲得卷 云模式數(shù)據后通過所述信號處理模塊對卷云模式數(shù)據進行信號處理，并將經過信號處理后 的的卷云模式數(shù)據保存為一個數(shù)據文件存儲到所述共享內存中，結束對所述卷云模式的數(shù) 據存儲操作。
[0023] 步驟SA3 :通過所述控制模塊控制所述雷達按照所述降水模式進行探測，獲得降 水模式數(shù)據后通過所述信號處理模塊對降水模式數(shù)據進行信號處理，并將經過信號處理后 的的降水模式數(shù)據保存為一個數(shù)據文件存儲到所述共享內存中，結束對所述降水模式的數(shù) 據存儲操作。
[0024] 進一步，步驟5中進行數(shù)據融合的具體實現(xiàn)為：
[0025] 步驟SB1:根據所述邊界層模式、卷云模式和降水模式三種模式不同的重合探測 高度下探測到的數(shù)據滿足的不同約束條件進行數(shù)據篩選，得到篩選結果，所述篩選結果為 所述邊界層模式數(shù)據、卷云模式數(shù)據或降水模式數(shù)據中的一種，所述篩選結果可以更為準 確地反映當前天氣情況。
[0026] 步驟SB2 :將所述篩選結果根據其所在的高度層進行數(shù)據融合，得到融合結果，所 述融合結果是所述邊界層模式數(shù)據、卷云模式數(shù)據和降水模式數(shù)據三種探測數(shù)據的最優(yōu)集 合。
[0027] 步驟SB3 :將所述融合結果進行高度拼接后存儲在所述主控模塊的數(shù)據融合文件 中。
[0028] 進一步，所述約束條件包括：
[0029] 約束條件1 :比較所述邊界層探測數(shù)據、卷云探測數(shù)據和降水探測數(shù)據中三者的 信號噪聲比數(shù)據，選擇信號噪聲比數(shù)據最大的作為所述篩選結果。
[0030] 約束條件2:比較所述邊界層探測數(shù)據、卷云探測數(shù)據和降水探測數(shù)據中三者的 徑向速度數(shù)據，選擇不大于當前模式最大不模糊速度的徑向速度數(shù)據作為所述篩選結果， 其中，最大不模糊速度的計算公式為：
[0031]

【權利要求】
1. 一種毫米波云雷達的數(shù)據融合方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1:搭建毫米波云雷達觀測平臺，所述毫米波云雷達觀測平臺包括控制模塊、信號 處理模塊、信息采集模塊、主控模塊和數(shù)據融合模塊； 步驟2 :通過所述控制模塊控制雷達按多模式工作方式進行氣象目標探測，得到探測 數(shù)據，并將所述探測數(shù)據傳輸給所述信號處理模塊； 步驟3 :通過所述信號處理模塊對步驟2中得到的所述探測數(shù)據進行信號處理并輸 出； 步驟4 :通過所述信息采集模塊采集所述信號處理模塊輸出的經過信號處理后的探測 數(shù)據，并將采集到的探測數(shù)據進行打包處理后保存到所述主控模塊中； 步驟5 :通過所述數(shù)據融合模塊對保存在所述主控模塊中的探測數(shù)據進行數(shù)據融合， 得到融合結果。
2. 根據權利要求1所述一種毫米波云雷達的數(shù)據融合方法，其特征在于，所述主控模 塊包括PCI總線和共享內存； 步驟2中通過所述PCI總線將所述探測數(shù)據傳輸給所述信號處理模塊； 步驟3中將經過信號處理后的探測數(shù)據通過所述PCI總線傳輸給所述信息采集模塊； 步驟4中將采集到的所述探測數(shù)據進行打包處理后通過所述PCI總線保存到所述共享 內存中； 步驟5中所述數(shù)據融合模塊通過所述PCI總線讀取所述共享內存中經過打包處理后的 探測數(shù)據并進行數(shù)據融合，得到融合結果。
3. 根據權利要求1或2所述一種毫米波云雷達的數(shù)據融合方法，其特征在于，執(zhí)行步驟 3后得到的探測數(shù)據包括信號噪聲比數(shù)據、徑向速度數(shù)據和回波強度數(shù)據。
4. 根據權利要求3所述一種毫米波云雷達的數(shù)據融合方法，其特征在于，步驟2中所述 多模式工作方式包括邊界層模式、卷云模式和降水模式，所述控制模塊控制所述雷達依次 按照所述邊界層模式、卷云模式和降水模式三種模式交替工作，對同一時空內的氣象目標 進行探測，得到對應模式下的探測數(shù)據。
5. 根據權利要求4所述一種毫米波云雷達的數(shù)據融合方法，其特征在于，所述控制模 塊控制所述雷達依次按照所述邊界層模式、卷云模式和降水模式三種模式交替工作，對同 一時空內的氣象目標進行探測，得到對應模式下的探測數(shù)據的具體實現(xiàn)為： 步驟SAl :通過所述控制模塊控制所述雷達按照所述邊界層模式進行探測，獲得邊界 層模式數(shù)據后通過所述信號處理模塊對邊界層模式數(shù)據進行信號處理，并將經過信號處理 后的邊界層模式數(shù)據保存為一個數(shù)據文件存儲到所述共享內存中，結束對所述邊界層模式 的數(shù)據存儲操作； 步驟SA2 :通過所述控制模塊控制所述雷達按照所述卷云模式進行探測，獲得卷云模 式數(shù)據后通過所述信號處理模塊對卷云模式數(shù)據進行信號處理，并將經過信號處理后的的 卷云模式數(shù)據保存為一個數(shù)據文件存儲到所述共享內存中，結束對所述卷云模式的數(shù)據存 儲操作； 步驟SA3 :通過所述控制模塊控制所述雷達按照所述降水模式進行探測，獲得降水模 式數(shù)據后通過所述信號處理模塊對降水模式數(shù)據進行信號處理，并將經過信號處理后的的 降水模式數(shù)據保存為一個數(shù)據文件存儲到所述共享內存中，結束對所述降水模式的數(shù)據存 儲操作。
6. 根據權利要求5所述一種毫米波云雷達的數(shù)據融合方法，其特征在于，步驟5中進行 數(shù)據融合的具體實現(xiàn)為： 步驟SB1:根據所述邊界層模式、卷云模式和降水模式三種模式不同的重合探測高度 下探測到的數(shù)據滿足的不同約束條件進行數(shù)據篩選，得到篩選結果，所述篩選結果為所述 邊界層模式數(shù)據、卷云模式數(shù)據或降水模式數(shù)據中的一種； 步驟SB2 :將所述篩選結果根據其所在的高度層進行數(shù)據融合，得到融合結果，所述融 合結果是所述邊界層模式數(shù)據、卷云模式數(shù)據和降水模式數(shù)據三種探測數(shù)據的最優(yōu)集合； 步驟SB3 :將所述融合結果進行高度拼接后存儲在所述主控模塊的數(shù)據融合文件中。
7. 根據權利要求6所述一種毫米波云雷達的數(shù)據融合方法，其特征在于，所述約束條 件包括： 約束條件1 :比較所述邊界層探測數(shù)據、卷云探測數(shù)據和降水探測數(shù)據中三者的信號 噪聲比數(shù)據，選擇信號噪聲比數(shù)據最大的作為所述篩選結果； 約束條件2 :比較所述邊界層探測數(shù)據、卷云探測數(shù)據和降水探測數(shù)據中三者的徑向 速度數(shù)據，選擇不大于當前模式最大不模糊速度的徑向速度數(shù)據作為所述篩選結果，其中， 最大不模糊速度的計算公式為：
上式中，VNyquist為最大不模糊速度，PRF為毫米波云雷達發(fā)射脈沖重復頻率，X為毫米 波z?雷達工作波長； 約束條件3:當所述降水探測數(shù)據中的所述徑向速度數(shù)據的值為負，并且所述降水探 測數(shù)據中的所述回波強度數(shù)據超過了設定的降水回波閾值時，選擇降水模式數(shù)據作為所述 篩選結果。
8. -種毫米波云雷達的數(shù)據融合系統(tǒng)，其特征在于，包括控制模塊、信號處理模塊、信 息采集模塊、主控模塊和數(shù)據融合模塊； 所述控制模塊，用于控制雷達按多模式工作方式進行氣象目標探測，得到探測數(shù)據，并 將所述探測數(shù)據傳輸給所述信號處理模塊； 所述信號處理模塊，用于對所述探測數(shù)據進行信號處理并輸出； 所述信息采集模塊，用于采集所述信號處理模塊輸出的經過信號處理后的探測數(shù)據， 并將采集到的探測數(shù)據進行打包處理后保存到所述主控模塊中； 所述數(shù)據融合模塊，用于對對保存在所述主控模塊中的探測數(shù)據進行數(shù)據融合，得到 融合結果。
9. 根據權利要求8所述一種毫米波云雷達的數(shù)據融合系統(tǒng)，其特征在于，所述主控模 塊包括PCI總線和共享內存。
10. 根據權利要求9所述一種毫米波云雷達的數(shù)據融合系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模 塊通過所述PCI總線與所述信號處理模塊連接，所述信號處理模塊通過所述PCI總線與所 述信息采集模塊連接，所述信息采集模塊通過所述PCI總線與所述共享內存連接，所述共 享內存通過所述PCI總線與所述數(shù)據融合模塊連接。
【文檔編號】G01S13/95GK104345312SQ201410584981
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權日:2014年10月27日
【發(fā)明者】周亭亭, 馮凱, 任迎新, 魏艷強, 孔龍時, 王志銳 申請人:北京無線電測量研究所