[发明专利]一种多频段微波链路联合的区域降水测量方法

摘要

本发明公开了一种多频段微波链路联合的区域降水测量方法，在每个微波链路发射与接收基站上加装数据采集装置，将微波发射和接收端的信号电平值RSL实时采集并发送到中心服务器；然后根据点对点微波链路计算得到每一条微波链路的路径衰减值。中心服务器以FTP文件形式存储各个基站站点发来的信号电平值RSL，并按照点对点微波链路进行匹配，基于微波链路发射与接收基站地理位置建立多频段微波链路的拓扑结构；根据拓扑结构建立二维网格，对每个网格内的链路数进行标记；本发明具有覆盖范围广、硬件成本低等优点，有助于弥补现有气象观测站网在观测分辨率和覆盖范围方面的不足。

主权项

1.一种多频段微波链路联合的区域降水测量方法，其特征是采用如下步骤：1)在每个微波链路发射与接收基站上加装数据采集装置，将微波发射和接收端的信号电平值RSL实时采集并发送到中心服务器；然后根据点对点微波链路计算得到每一条微波链路的路径衰减值AA；2)中心服务器以FTP文件形式存储各个基站站点发来的信号电平值RSL，并按照点对点微波链路进行匹配，基于微波链路发射与接收基站地理位置建立多频段微波链路的拓扑结构；3)根据拓扑结构建立二维网格，将目标的区域划分M×N的二维网格，每一个网格内有可能经过1条或数条微波链路，也有可能没有链路经过；对每个网格内的链路数进行标记；4)根据匹配结果，计算每一对微波链路发射和接收之间的链路总衰减AA，并扣除路径损耗、气体吸收非降水因素导致的衰减Apath，计算每条链路上的雨致微波衰减Arain＝AA‑Apath；计算所有微波传播过程中的路径损耗、气体吸收非降水因素导致的衰减Apath：Apath＝Ao+Aw其中，Ao为干燥空气的特征衰减，Aw为水汽的特征衰减；然后在总衰减值上扣除该因素，得到有效雨致微波衰减值Arain＝AA‑Apath；5)根据微波雨衰的幂律关系，将所有微波链路的雨致衰减与链路频率、链路长度、链路平均雨强、雨衰幂律参数建立以下关系：其中，i＝1,2,…n(n条微波链路)，Ai为第i条微波链路的总衰减，Ri为第i条链路的路径平均雨强，di为第i条链路的长度，ai、bi第i条链路的雨衰转换常数，与链路频率有关；6)将微波链路的总衰减表示为链路Li在各网格内衰减的总和：采用泰勒展开的方法对非线性方程进行线性化处理，得到微波链路衰减网格的稀疏矩阵得到微波链路衰减网格的稀疏矩阵其中，为投影矩阵，r(t)为降雨强度矩阵，Q(t)为观测矩阵；7)采用代数重建技术(Algebraic Reconstruction Techniques，ART)对稀疏矩阵进行迭代求解，首先假设任意初始场，然后利用计算值与投影实测值相比较，并以计算值与实测值之差作为修正因子，不断重复比较‑修正的过程直到计算值与实测值相同或误差达到允许的范围，从而得到重建降雨场；具体过程为：第i条射线对各自的K_j的值修正完以后，再用第(i+1)条射线对各K_j值进行修正，如比重复，直到最后一条射线，即完成了第一轮迭代；再从第i条射线开始，对K_j值进行修正，到最后一条射线，即可完成第二轮迭代；如此重复循环，直到各K_j的值达到收敛要求为止；第q轮迭代时第i条射线对第j个格点的向量估计计算为则第i条射线的理论投影数据为其中，aij是第i条射线穿过第j个网格的长度；对下一条射线(i+1)，如果它通过格点j，则对格点向量作如下修改：其中，μ为弛豫参数，0<μ≤1，用于增加计算的稳定性。