本發(fā)明涉及一種基于微波鏈路網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域衰減實現(xiàn)天氣雷達衰減訂正的方法，其主要用于天氣雷達遙感降雨中。
背景技術(shù)：
：降雨對微波的衰減在雷達探測和信號通訊中有著不可忽略的影響作用，微波頻率越高，衰減越嚴重。衰減作用造成雷達回波強度和探測面積的減小，尤其在遠距離處雷達反射率因子的觀測值小于實際值，不能真實地反映出降雨分布狀況。這使得利用天氣雷達對降水進行準(zhǔn)確的定量估計仍是一個難題。在一些天氣雷達應(yīng)用中，希望再測量出沿所選定的傳播路徑上的衰減大小，對雷達回波進行衰減訂正。一種新的技術(shù)即微波測雨技術(shù)可以得到路徑上的衰減。在雷達監(jiān)測區(qū)域內(nèi)可能會存在一定的手機通訊、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，并在終端測量接收電平(RSL)。在有降雨事件發(fā)生時，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現(xiàn)對微波衰減的監(jiān)測。單一的微波鏈路能夠得到沿鏈路的路徑衰減值(PIA)，利用該值可實現(xiàn)雷達回波強度在某一路徑上的衰減訂正；而在同時存在多條通信鏈路的雷達探測區(qū)域，多條微波鏈路會形成滿足一定拓撲結(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，對該區(qū)域進行離散網(wǎng)格化，通過多條微波鏈路的一系列衰減值及訂正模型實現(xiàn)雷達回波強度在某一區(qū)域上的衰減訂正。在實際應(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-接收衰減測量系統(tǒng)用以衰減測量，實現(xiàn)一定的需求。技術(shù)實現(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)域衰減實現(xiàn)天氣雷達回波強度衰減訂正的方法，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，實現(xiàn)雷達回波強度的區(qū)域衰減訂正，提高雷達定量估計降水的精度。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)測區(qū)域，將雷達觀測資料與微波衰減資料做空間匹配與時間匹配，并進行離散格點化；步驟四、將各格點與雷達之間進行連線；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)，獲得每個網(wǎng)格對應(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、求出雷達和各格點之間第q條連線上的路徑總衰減值A(chǔ)ttqj：Attqj=Σq=1XΣj=1Nkj*dqj]]>其中，dqj是雷達和格點之間第q條連線穿過第j個網(wǎng)格的長度，N為監(jiān)測區(qū)域離散化后的網(wǎng)格數(shù)量，X為各格點與雷達之間連線數(shù)量；步驟七、在雷達和格點之間的第q條連線上，將雷達實測反射率因子和雙程的路徑總衰減值2*Attqj相加，就能夠計算出訂正后的雷達反射率因子zqj：zqj=zmqj+2*Attqj.]]>進一步的，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)，獲得每個網(wǎng)格對應(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個網(wǎng)格的長度，kj的單位為dB/km；假設(shè)監(jiān)測區(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)造代價函數(shù)，求得最優(yōu)解，即J(K)＝(A-LK)T(A-LK)＝min！使代價函數(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行測量。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)域衰減實現(xiàn)天氣雷達回波強度衰減訂正的方法。通過測量微波鏈路網(wǎng)絡(luò)在特定頻段下的雨致衰減，將其與天氣雷達探測資料進行時間和空間匹配，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)格對應(yīng)的衰減率；結(jié)合雷達與各格點之間的距離獲取路徑總衰減值；通過雷達回波衰減訂正模型，實現(xiàn)雷達回波強度的區(qū)域衰減訂正，提高雷達定量估計降水的精度。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)明的雷達與各網(wǎng)格的位置示意圖；圖4是本發(fā)明的雷達回波強度衰減訂正流程圖。具體實施方式結(jié)合說明書附圖詳細描述本發(fā)明的實施方式。本發(fā)明利用微波鏈路的衰減值及訂正模型實現(xiàn)雷達回波強度的衰減訂正。包括以下步驟：1、搭建微波鏈路網(wǎng)絡(luò)，與雷達的位置如圖1所示。2、測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量得到路徑積分衰減值。單頻鏈路一般選取與雷達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的頻率相同或相近的頻段。具體計算過程為：1)晴空時(沒有雨衰)，測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。同時測定該條件下對應(yīng)的溫度、氣壓、濕度等。2)有降雨事件時，實時采集各路徑上的接收電平，測得路徑上的總衰減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)測區(qū)域，將雷達觀測資料與微波衰減資料做空間匹配與時間匹配，并進行離散格點化，如圖2所示。4、將各格點與雷達之間進行連線，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)，獲得每個網(wǎng)格對應(yīng)的雨致衰減率kj(假設(shè)網(wǎng)格內(nèi)的衰減率均勻分布)。訂正雷達反射率因子的整體流程如圖4所示。1)假設(shè)監(jiān)測區(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個網(wǎng)格的長度，kj的單位為(dB/km)。假設(shè)監(jiān)測區(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?；谑故?3)誤差最小，利用最小二乘準(zhǔn)則構(gòu)造代價函數(shù)，求得最優(yōu)解，即J(K)＝(A-LK)T(A-LK)＝min！(5)使代價函數(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)各格點與雷達之間有X條連線，將式(7)求得的各網(wǎng)格衰減率代入到式(8)中，就可求出雷達和各格點之間第q條連線上的路徑總衰減值：Attqj=Σq=1XΣj=1Nkj*dqj---(8)]]>其中，dqj是雷達和格點之間第q條連線穿過第j個網(wǎng)格的長度。7、在雷達和格點之間的第q條連線上，將雷達實測反射率因子和雙程的路徑總衰減值2*Attqj相加，就可以計算出訂正后的雷達反射率因子zqj：zqj=zmqj+2*Attqj---(9)]]>以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本
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和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3