本發(fā)明涉及雷達探測領域，特別涉及一種基于毫米波雷達的港口航道海霧探測方法及系統(tǒng)。

背景技術：

港口是海上交通的重要樞紐，然而由于海上濕度大、天氣變幻無常等特點，港口航道區(qū)域時常會受到海霧的覆蓋。海霧所造成的低能見度將會嚴重的影響港口通航的效率，并且會對航道內(nèi)運行船只的交通安全構(gòu)成極大的威脅，同時對港口的調(diào)度管理提出了較高的要求。由于海霧具有形成/消散快、空間分布面積廣、高度低、水汽粒子的電磁波回波強度較弱等特點，因此傳統(tǒng)的能見度儀、霧滴譜儀、天氣雷達、衛(wèi)星遙感等手段在海霧的監(jiān)測方面都顯的力不從心。

近些年來，國內(nèi)外的學者及研究機構(gòu)嘗試利用毫米波雷達來進行港口航道海霧的監(jiān)測,并取得了一定的良好效果。毫米波雷達主要用于云、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。由于毫米波雷達對較弱的目標粒子(如大霧中的水滴粒子)具有較強的探測能力，且空間分辨率高、時效性強，因此在港口海霧的探測方面顯示出較好的潛力，有望在未來成為港口海霧觀測的常規(guī)手段。但是單部毫米波雷達并無法覆蓋港口航道的所有區(qū)域，而且毫米波本身的特點決定了其在大氣中傳播時容易衰減，當遇到云、雨、霧等目標時此衰減將更為增大，海霧的空間高度分布一般在0至200米之間，當雷達以較大的俯仰角進行觀測時，探測電磁波很容易穿透霧頂進入上層空間，因此有效的徑向探測距離大打折扣，而如果將雷達的俯仰角設置過低，則又容易受到地物、海面船只、風浪等引起的地雜波影響導致數(shù)據(jù)無法使用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題解決單部毫米波雷達并無法覆蓋港口航道的所有區(qū)域、多部毫米波雷達探測數(shù)據(jù)融合處理和毫米波雷達探測范圍容易被影響的問題。

本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下：一種基于毫米波雷達的港口航道海霧探測方法，包括以下步驟：

步驟1、至少兩個毫米波雷達中的每個毫米波雷達，在預定范圍內(nèi)重復掃描得到多組圓錐探測數(shù)據(jù)和多組垂直探測數(shù)據(jù)，并將多組所述圓錐探測數(shù)據(jù)和多組所述垂直探測數(shù)據(jù)發(fā)送至終端服務器；

步驟2、所述終端服務器接收并根據(jù)確定的基準時間從多組所述圓錐探測數(shù)據(jù)中選取兩組圓錐探測數(shù)據(jù)P1和P2，并從多組所述垂直探測數(shù)據(jù)中選取一組垂直探測數(shù)據(jù)R1；

步驟3、所述終端服務器對所述圓錐探測數(shù)據(jù)P1和P2進行處理，得到合格數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述垂直探測數(shù)據(jù)R1計算得到霧頂高度H；

步驟4、所述終端服務器建立極坐標系，對相同位置的所有合格數(shù)據(jù)和霧頂高度H取均值融合，將融合后的數(shù)據(jù)按對應位置投影到極坐標系中顯示。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過恰當?shù)膾呙璨呗栽O置、具有針對性的數(shù)據(jù)處理方法及融合手段，實現(xiàn)了多部毫米波雷達組網(wǎng)觀測，有效的擴大了基于毫米波雷達海霧監(jiān)測系統(tǒng)的覆蓋范圍，使具有了更高的實際應用價值。

在上述技術方案的基礎上，本發(fā)明還可以做如下改進。

進一步，在步驟1中，通過PPI掃描方式在預定范圍內(nèi)重復掃描得到多組所述圓錐探測數(shù)據(jù)，通過RHI掃描方式在預定范圍內(nèi)重復掃描得到多組所述垂直探測數(shù)據(jù)，其中，所述PPI掃描方式在預定范圍內(nèi)重復掃描的俯仰角為3°，所述RHI掃描方式在預定范圍內(nèi)重復掃描的俯仰角為0-30°。

采用上述進一步方案的有益效果是：PPI掃描方式采取一定的仰角避免被近地阻礙物阻擋，影響掃描精度，RHI掃描方式設置掃描上限，在保證探測效果的情況下減少工作量。

進一步，在步驟2中，圓錐探測數(shù)據(jù)P1和P2為多組所述圓錐探測數(shù)據(jù)中探測時刻與所述基準時刻最接近的兩組圓錐探測數(shù)據(jù)，垂直探測數(shù)據(jù)R1為多組所述垂直探測數(shù)據(jù)中探測時刻與所述基準時刻最接近的一組垂直探測數(shù)據(jù)。

采用上述進一步方案的有益效果是：根據(jù)選擇的時間確定獲取數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的實時性。

進一步，在步驟3中，所述終端服務器對所述圓錐探測數(shù)據(jù)P1和P2進行處理，得到合格數(shù)據(jù)，具體包括以下步驟：

步驟3.1、判斷所述圓錐探測數(shù)據(jù)P1中每一個方位角對應數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)強度是否超過預設強度值，當?shù)谝环轿唤菍獢?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)強度超過預設強度值時，用所述圓錐探測數(shù)據(jù)P2中與所述第一方位角相同的方位角對應的數(shù)據(jù)替換所述圓錐探測數(shù)據(jù)P1中所述第一方位角對應的數(shù)據(jù)，否則不做處理；

步驟3.2、判斷所述圓錐探測數(shù)據(jù)P1中每一個方位角對應數(shù)據(jù)的探測距離是否大于預設距離，當?shù)诙轿唤菍獢?shù)據(jù)的探測距離大于預設距離時，刪除所述第二方位角對應的數(shù)據(jù)，得到合格數(shù)據(jù)；否則不做處理，得到合格數(shù)據(jù)。

進一步，在步驟1之前，還包括：

至少兩個所述毫米波雷達中的每個毫米波雷達接收時間同步指令，進行時間同步。

采用上述進一步方案的有益效果是：確保掃描得到的數(shù)據(jù)時間的一致性，避免數(shù)據(jù)融合時錯誤數(shù)據(jù)造成誤差。

本發(fā)明還提供實現(xiàn)上述方法的一種基于毫米波雷達的港口航道海霧探測系統(tǒng)，包括：至少兩個毫米波雷達和終端服務器；

每個所述毫米波雷達用于在預定范圍內(nèi)重復掃描得到多組圓錐探測數(shù)據(jù)和多組垂直探測數(shù)據(jù)，并將多組所述圓錐探測數(shù)據(jù)和多組所述垂直探測數(shù)據(jù)發(fā)送至終端服務器；

所述終端服務器用于接收多組所述圓錐探測數(shù)據(jù)和多組所述垂直探測數(shù)據(jù)，并根據(jù)確定的基準時間從多組所述圓錐探測數(shù)據(jù)中選取兩組圓錐探測數(shù)據(jù)P1和P2，并從多組所述垂直探測數(shù)據(jù)中選取一組垂直探測數(shù)據(jù)R1；

所述終端服務器還用于對所述圓錐探測數(shù)據(jù)P1和P2進行處理，得到合格數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述垂直探測數(shù)據(jù)R1計算得到霧頂高度H；

所述終端服務器還用于建立極坐標系，對相同位置的所有合格圓錐探測數(shù)據(jù)P1和霧頂高度H取均值融合，將融合后的數(shù)據(jù)按對應位置投影到極坐標系中顯示。

進一步，每個所述毫米波雷達具體用于，通過PPI掃描方式在預定范圍內(nèi)重復掃描得到多組所述圓錐探測數(shù)據(jù)，且通過RHI掃描方式在預定范圍內(nèi)重復掃描得到多組所述垂直探測數(shù)據(jù)，其中，所述PPI掃描方式在預定范圍內(nèi)重復掃描的俯仰角為3°，所述RHI掃描方式在預定范圍內(nèi)重復掃描的俯仰角為0-30°。

進一步，圓錐探測數(shù)據(jù)P1和P2為多組所述圓錐探測數(shù)據(jù)中探測時刻與所述基準時刻最接近的兩組圓錐探測數(shù)據(jù)，垂直探測數(shù)據(jù)R1為多組所述垂直探測數(shù)據(jù)中探測時刻與所述基準時刻最接近的一組垂直探測數(shù)據(jù)。

進一步，所述終端服務器具體用于，判斷所述圓錐探測數(shù)據(jù)P1中每一個方位角對應數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)強度是否超過預設強度值，當?shù)谝环轿唤菍獢?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)強度超過預設強度值時，用所述圓錐探測數(shù)據(jù)P2中與所述第一方位角相同的方位角對應的數(shù)據(jù)替換所述圓錐探測數(shù)據(jù)P1中所述第一方位角對應的數(shù)據(jù)，否則不做處理；

還用于判斷所述圓錐探測數(shù)據(jù)P1中每一個方位角對應數(shù)據(jù)的探測距離是否大于預設距離，當?shù)诙轿唤菍獢?shù)據(jù)的探測距離大于預設距離時，刪除所述第二方位角對應的數(shù)據(jù)，得到合格數(shù)據(jù)；否則不做處理，得到合格數(shù)據(jù)。

進一步，所述終端服務器還用于向所有所述毫米波雷達發(fā)送時間同步指令。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種基于毫米波雷達的港口航道海霧組網(wǎng)系統(tǒng)的探測方法實現(xiàn)流程圖；

圖2為本發(fā)明一種基于毫米波雷達的港口航道海霧組網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一種基于毫米波雷達的港口航道海霧組網(wǎng)系統(tǒng)中終端服務器結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

一種基于毫米波雷達的港口航道海霧探測方法，包括以下步驟：

如圖1所示，步驟1、至少兩個毫米波雷達中的每個毫米波雷達，在預定范圍內(nèi)重復掃描得到多組圓錐探測數(shù)據(jù)P_i1，P_i2，……P_ii，……P_iN和多組垂直探測數(shù)據(jù)R_i1，R_i2，……R_ii，……R_iN,并將多組圓錐探測數(shù)據(jù)和多組垂直探測數(shù)據(jù)發(fā)送至終端服務器；

步驟2、終端服務器接收并根據(jù)確定的基準時間從多組圓錐探測數(shù)據(jù)中選取兩組圓錐探測數(shù)據(jù)P1和P2，并從多組垂直探測數(shù)據(jù)中選取一組垂直探測數(shù)據(jù)R1；

步驟3、終端服務器對圓錐探測數(shù)據(jù)P1和P2進行處理，得到合格數(shù)據(jù)，并根據(jù)垂直探測數(shù)據(jù)R1計算得到霧頂高度H；

步驟4、終端服務器建立極坐標系，對相同位置的所有合格數(shù)據(jù)和霧頂高度H取均值融合，將融合后的數(shù)據(jù)按對應位置投影到極坐標系中顯示。

優(yōu)選的，在步驟1中，通過PPI掃描方式在預定范圍內(nèi)重復掃描得到多組圓錐探測數(shù)據(jù)，通過RHI掃描方式在預定范圍內(nèi)重復掃描得到多組垂直探測數(shù)據(jù)，其中，PPI掃描方式在預定范圍內(nèi)重復掃描的俯仰角為3°，RHI掃描方式在預定范圍內(nèi)重復掃描的俯仰角為0-30°。

優(yōu)選的，在步驟2中，圓錐探測數(shù)據(jù)P1和P2為多組圓錐探測數(shù)據(jù)中探測時刻與基準時刻最接近的兩組圓錐探測數(shù)據(jù)，垂直探測數(shù)據(jù)R1為多組垂直探測數(shù)據(jù)中探測時刻與基準時刻最接近的一組垂直探測數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，在步驟3中，終端服務器對圓錐探測數(shù)據(jù)P1和P2進行處理，得到合格數(shù)據(jù)，具體包括以下步驟：

步驟3.1、判斷圓錐探測數(shù)據(jù)P1中每一個方位角對應數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)強度是否超過預設強度值，當?shù)谝环轿唤菍獢?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)強度超過預設強度值時，用圓錐探測數(shù)據(jù)P2中與第一方位角相同的方位角對應的數(shù)據(jù)替換圓錐探測數(shù)據(jù)P1中第一方位角對應的數(shù)據(jù)，否則不做處理；

步驟3.2、判斷圓錐探測數(shù)據(jù)P1中每一個方位角對應數(shù)據(jù)的探測距離是否大于預設距離，當?shù)诙轿唤菍獢?shù)據(jù)的探測距離大于預設距離時，刪除第二方位角對應的數(shù)據(jù)，得到合格數(shù)據(jù)；否則不做處理，得到合格數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，在步驟1之前，還包括：

至少兩個毫米波雷達中的每個毫米波雷達接收時間同步指令，進行時間同步。

如圖2所示，本發(fā)明還提供實現(xiàn)上述方法的一種基于毫米波雷達的港口航道海霧探測系統(tǒng)，包括：至少兩個毫米波雷達L₁,L₂，……L_i……,L_N和終端服務器；

每個毫米波雷達用于在預定范圍內(nèi)重復掃描得到多組圓錐探測數(shù)據(jù)P_i1，P_i2，……P_ii，……P_iN和多組垂直探測數(shù)據(jù)R_i1，R_i2，……R_ii，……R_iN,并將多組圓錐探測數(shù)據(jù)和多組垂直探測數(shù)據(jù)發(fā)送至終端服務器；

終端服務器用于接收多組圓錐探測數(shù)據(jù)和多組垂直探測數(shù)據(jù)，并根據(jù)確定的基準時間從多組圓錐探測數(shù)據(jù)中選取兩組圓錐探測數(shù)據(jù)P1和P2，并從多組垂直探測數(shù)據(jù)中選取一組垂直探測數(shù)據(jù)R1；

終端服務器還用于對圓錐探測數(shù)據(jù)P1和P2進行處理，得到合格數(shù)據(jù)，并根據(jù)垂直探測數(shù)據(jù)R1計算得到霧頂高度H；

終端服務器還用于建立極坐標系，對相同位置的所有合格圓錐探測數(shù)據(jù)P1和霧頂高度H取均值融合，將融合后的數(shù)據(jù)按對應位置投影到極坐標系中顯示。

如圖3所示，優(yōu)選的，終端服務器包括基準時間選擇模塊，基準時間選擇模塊用于選擇基準時間；

終端服務器還包括數(shù)據(jù)選取模塊，數(shù)據(jù)選取模塊用于根據(jù)確定的基準時間從多組圓錐探測數(shù)據(jù)中選取兩組圓錐探測數(shù)據(jù)P1和P2發(fā)送到數(shù)據(jù)刪除模塊；并從多組垂直探測數(shù)據(jù)中選取一組垂直探測數(shù)據(jù)R1發(fā)送到霧頂高度計算模塊；

終端服務器還包括數(shù)據(jù)刪除模塊，數(shù)據(jù)刪除模塊用于對圓錐探測數(shù)據(jù)P1和P2進行處理，得到合格數(shù)據(jù)，將得到的合格數(shù)據(jù)發(fā)送到坐標系建立模塊；

終端服務器還包括霧頂高度計算模塊，霧頂高度計算模塊用于接收垂直探測數(shù)據(jù)R1，利用邊緣檢測算法計算垂直探測數(shù)據(jù)R1得到霧頂高度H，并將霧頂高度H發(fā)送到坐標系建立模塊；

終端服務器還包括坐標系建立模塊，坐標系建立模塊用于接收圓錐探測數(shù)據(jù)P1和霧頂高度值H，并建立極坐標系，對相同位置的所有合格數(shù)據(jù)和霧頂高度H取均值融合，將融合后的數(shù)據(jù)按對應位置投影到極坐標系中顯示。

優(yōu)選的，數(shù)據(jù)刪除模塊具體用于，判斷圓錐探測數(shù)據(jù)P1中每一個方位角對應數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)強度是否超過預設強度值，當?shù)谝环轿唤菍獢?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)強度超過預設強度值時，更具體的第一方位角對應數(shù)據(jù)中有100庫的數(shù)據(jù)強度大于10dBZ，用圓錐探測數(shù)據(jù)P2中與第一方位角相同的方位角對應的數(shù)據(jù)替換圓錐探測數(shù)據(jù)P1中第一方位角對應的數(shù)據(jù)，否則不做處理；

還用于判斷圓錐探測數(shù)據(jù)P1中每一個方位角對應數(shù)據(jù)的探測距離是否大于預設距離，當?shù)诙轿唤菍獢?shù)據(jù)的探測距離大于預設距離時，預設的距離為28.6615倍的霧頂高度H，即預設距離值為28.6615*H，刪除第二方位角對應的數(shù)據(jù)，得到合格數(shù)據(jù)；否則不做處理，得到合格數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，終端服務器還包括：時間同步模塊，用于向所有毫米波雷達發(fā)送時間同步指令，時間同步模塊每天通過GPS授時系統(tǒng)進行一次時間校準，保持誤差在1毫秒以內(nèi)，每兩天服務器通過批處理程序向各雷達發(fā)布時間同步命令，保證各雷達探測得到數(shù)據(jù)的時間同步性，GPS授時系統(tǒng)是針對自動化系統(tǒng)中的計算機、控制裝置等進行校時的高科技產(chǎn)品，GPS授時產(chǎn)品它從GPS衛(wèi)星上獲取標準的時間信號，將這些信息通過各種接口類型來傳輸給自動化系統(tǒng)中需要時間信息的設備，這樣就可以達到整個系統(tǒng)的時間同步。

實施例：毫米波雷達測量設置該毫米波雷達的兩側(cè)海岸線之間的海域，設置該雷達以3度俯仰角，在A1與A2之間做PPI模式的扇形掃描，順時針掃描時速度設置為0.4度/秒，逆時針掃描時速度設置為0.6度/秒，每掃描1個往返周期，在0度與30度的俯仰角度之間做掃描速度為1度/秒的RHI掃描，將掃描得到的數(shù)據(jù)發(fā)送到終端服務器，終端服務器確定基準時間，對PPI模式的扇形掃描得到的圓錐探測數(shù)據(jù)的探測時間與該基準時間的差值進行升序排列，選取排在最前面兩個位置的兩組圓錐探測數(shù)據(jù)，即：提取圓錐探測數(shù)據(jù)中探測時間距離基準時間最近的兩組圓錐探測數(shù)據(jù)，并對兩組圓錐探測數(shù)據(jù)進行處理，將得到的合格數(shù)據(jù)發(fā)送到坐標系建立模塊，同時，對RHI掃描得到的垂直探測數(shù)據(jù)的探測時間與該基準時間的差值進行升序排列，選取排在第一個位置的一組垂直探測數(shù)據(jù)，即：提取垂直探測數(shù)據(jù)中探測時間距離基準時間最近的一組垂直探測數(shù)據(jù)，并通過該垂直探測數(shù)據(jù)計算得出霧頂高度值H，將霧頂高度值H發(fā)送到坐標系建立模塊，坐標系建立模塊建立極坐標系，對相同位置的所有合格數(shù)據(jù)和霧頂高度H取均值融合，將融合后的數(shù)據(jù)按對應位置投影到極坐標系中顯示給用戶。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。