[发明专利]利用风廓线雷达获取三维风场的方法

摘要

一种利用风廓线雷达获取三维风场的方法，其特征是它包括以下步骤：首先，利用风廓线雷达获取雷达基数据；其次，将所获取的数据送入计算机中进行预处理；第三，对经过预处理的数据近波束和距离库挑取每个库的谱中心，再进行参数的计算；第四，利用计算所得的参数采用适量合成法生成三维同场；本发明解决了风廓线雷达风场计算中功率谱中心无法正确挑取和风场如何有效合成的难题，反演的风场信息受外界的干扰大为降低，有效提高了风廓线雷达的数据获取率和数据准确率，进一步发挥了风廓线雷达的性能，可广泛应用于对流层和边界层风廓线雷达数据处理软件系统中。

主权项

1.一种利用风廓线雷达获取三维风场的方法，其特征是它包括以下步骤：首先，利用风廓线雷达获取雷达基数据；其次，将所获取的数据送入计算机中进行预处理；第三，对经过预处理的数据按波束和距离库挑取每个库的谱中心，再进行参数的计算；第四，利用计算所得的参数采用适量合成法生成三维风场；所述的数据预处理是指通过消零频、频域互减、平滑滤波和阈值化处理以去除在低空中受各种外界因素的影响、功率谱遭受到的干扰和高空由于信噪比的下降而使得有用回波淹没在噪声中所引发的干扰，提高信噪比；所述的消零频是指：在雷达回波数据中，尤其是低空的回波数据中，在零频率点上往往会出现一个幅度很大、谱宽很窄的信号，该信号没有实际意义，因此在做其它处理前需用距离库的噪声来替代；在高空，零频信号的功率将大大降低，不需要再进行该处理；所述的频域互减是指：对于任意一个距离库的回波数据，零频左右的正负频率点上的功率谱数据是一一对应的，所谓频域互减，就是将这一对正负频率点上的功率谱数据进行互减；互减时首先比较这一对数据，将较小的那个用该距离库的噪声代替，而较大的那个则用两者的差加上该距离库的噪声代替；所述的平滑滤波是指：高空回波的信噪比往往很低，要把淹没在噪声中的信号找出来，平滑滤波可以提高回波的信噪比，增加风廓线雷达在高空的数据获取率；与此同时，还能降低某些偶然因素对低空数据的影响，采用一维平滑滤波，算法如下：利用上式即可进行点的平滑滤波；所述的阈值化处理是指：受噪声的起伏影响，雷达回波经消零频、频域互减、平滑滤波之后，每个距离库信号的噪声仍然不是位于同一数值上，这就要进行阈值化处理，对于任意一个距离库的回波数据，根据该距离库的平均噪声和信号功率以及该距离库的位置，自适应产生一个阈值；将该距离库每个频率点上的功率谱数据与该阈值进行比较，若该功率谱数据小于阈值，则将该功率谱数据的值改赋为该阈值，否则，该功率谱数据保留原值；所述的谱中心挑取是指：当风廓线雷达测得某距离库的湍流速度即风速较大时，会在该距离库的功率谱数据距离零频率点一定距离的地方出现明显的信号，即湍流经多普勒效应后的回波，该回波的功率谱通常具有一定的谱宽，必须采用“面积”法找到该回波的谱中心，所述的“面积”是指：雷达回波中有湍流回波时，在功率谱数据中会出现一个具有一定谱宽的回波，计算这部分回波中各个频率点上功率谱数值的和值，即看作该回波的“面积”，所述的“面积”法挑取谱中心是指：首先从雷达回波中找出各个存在一定谱宽的回波，并计算各个回波的“面积”，然后比较这些“面积”，数值最大者即为所要找的回波功率谱，而能将此回波功率谱的“面积”一分为二的频率点即为所要挑取的谱中心；所述的参数计算是指：在雷达基数据的基础上，利用挑取的谱中心，计算不同高度各个波束方向上的径向速度、谱宽和信噪比，为风场合成提供数据来源；所述的风场合成是指：根据由雷达回波计算出的不同高度层各个波束方向上的信噪比数值，利用加权矢量合成技术，将不同高度层各个波束方向上的径向速度转换成三维风场数据，即水平风场的风速、风向和垂直风速；所述的加权矢量合成技术是指：在利用东、南、西、北、天顶行和天顶列六个波束方向的径向数据计算三维风场时，不采用简单的矢量合成技术，而是根据每个波束方向上的信噪比数据进行加权处理，使得信噪比高的波束在最后的计算结果中所占的比例更高。