风场误差修正方法技术

本发明专利技术公开了一种风场误差修正的方法，利用本发明专利技术可以显著提高风场的测量精度。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：在雷达扫描探测中，雷达正常扫描测得探测空域的风场数据，通过倾角传感器及方位传感器读出雷达的横倾角α、纵倾角β、北向角γ，控制雷达按照设定的扫描方式进行气象探测，并生成目标探测数据；对所述目标探测数据按照预定的反演方式进行处理得到水平风速、风向以及垂直气流形成的三维风场信息；读取上述三维风场数据，并在预设的准则下进行多次三维坐标变换，将风矢量从倾斜平面上的坐标系中转换到水平面坐标系中，对风场数据进行修正，得到大气层中相应高度层处的三维风场信息，输出修正后的三维风场数据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于空间几何学的大气风场误差修正方法，特别涉及一种由一个平面处的风场信息修正得到另一平面处的风场信息的方法。
技术介绍
风场信息是大气探测的主要气象因子之一，其时空变化特性是气象上的重要数据，无论是地面风，还是高空风，都对人类活动有很大的影响。常规天气预报、灾害天气监测、风切变和大气湍流等天气保障信息以及对空气污染物漂移的环保研究等领域，都对风场的精细观测有着强烈需求。除了风速风向仪、风廓线雷达等仪器外，激光测风雷达是近年来发展最快的测风设备之一。天气多普勒雷达自问世以来，从其径向速度场反演客观风场的工作就一直在气象工作者中进行着。风场反演方法包括：从圆周上反演风场的VAD方法，扇形体积内反演风场的VVP方法，共轭函数法，DBS方法，涡度方程法，以及对上述方法的改进和变形等。在假定风场在某一高度层附近均匀分布的前提下，无论采用哪种反演方法，都可以得到测量空域相应高度层的平均风速、风向以及垂直气流。这也是气象探测最常关注的信息。通常情况下，在进行风场探测时，都要对雷达进行调平，由于我国现有的气象探测装备大多是车载式装备，其机动性受地形、地理影响比较大，导致雷达在使用过程中并不总是严格水平的。气象探测的目标空域是2，但是当雷达1与水平地面成一定角度倾斜放置时，测量得到的风场数据将不是目标空域2处的风场信息，而是与目标空域2成一定倾角的实际探测空域3处的风场信息。由于雷达的这种倾斜探测所引起的误差，对水平风速、风向而言影响较小，对垂直气流的影响较大，常常会产生较大误差，从工程实际出发，有必要对这种误差进行分析并采取相应措施将这种误差的影响降到最小。现有技术中，在雷达实际使用过程中，常常要花很大的精力，借助很多的设备设施来调平雷达，只有严格水平，才能准确测量各高度层的风场信息，使用条件严苛；当雷达没有严格水平时，只能将测得的实际探测空域3处的风场信息近似认为是目标空域2处的风场信息，导致测量精确度降低。迄今为止，针对该问题的有效的解决方法几乎没有。
技术实现思路
本专利技术是对现有技术的进一步改进和完善，其目的是针对上述现有技术的不足之处，提供一种精确度高、计算简单的风场误差修正方法。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种风场误差修正的方法，其特征在于包括如下步骤：在雷达扫描探测中，雷达1正常扫描测得目标空域2的风场数据，通过倾角传感器及方位传感器读出雷达的横倾角α、纵倾角β、北向角γ，控制雷达按照设定的扫描方式进行气象探测，并生成目标探测数据；对所述目标探测数据按照预定的反演方式进行处理得到水平风速、风向以及垂直气流形成的三维风场信息；读取上述三维风场数据，并在预设的准则下进行多次三维坐标变换，将风矢量从倾斜平面上的坐标系中转换到水平面坐标系中，对风场数据进行修正，得到大气层中相应高度层处的三维风场信息，输出修正后的三维风场数据。本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：精确度高。本专利技术通过倾角传感器及方位传感器读出雷达的横倾角α、纵倾角β、北向角γ，按照设定的扫描方式进行气象探测，得到水平风速、风向以及垂直气流形成的三维风场信息，利用空间几何学中坐标变换的方法对上述结果进行校正，从而得到目标高度层处的风场信息。由于传感器比较灵敏，即使有很小的偏差都可以进行修正，大大提高了风场的测量精度。计算简单。本专利技术不受制于雷达的扫描探测模式，反演方法以及测量过程的硬件结构，仅对雷达探测的结果进行校正，既保证了风场反演的精度，又直观灵活。计算过程仅仅是进行了几次三维坐标变换，因此，运算量小，计算简单。本专利技术利用空间几何学，通过三维坐标变换的方法来修正倾斜平面处的风场数据，得到大气中相应高度层处的三维风场信息，放宽了雷达的测量条件，提高了风场反演的能力，解决了现有技术使用条件严苛以及测量精确度不高的问题。本专利技术选用两台雷达进行对比试验，利用真实风场数据进行了试验，验证了该专利技术的可行性和正确性。本专利技术适用于任何风场反演方法。附图说明为了进一步说明而不是限制本专利技术的上述实现方式，下面结合附图对本专利技术进一步说明，但并不因此将本专利技术限制在所述的实施范围之中。所有这些构思应视为本专利技术所公开的内容和本专利技术的保护范围。图1是本专利技术所涉及的正常情况下的雷达探测示意图。图2是本专利技术所涉及的倾斜情况下的雷达探测示意图。图3是本专利技术所涉及的第一次三维坐标变换示意图。图中：1雷达，2目标空域，3实际探测空域，4倾斜方向，5与倾斜方向垂直的方向，6竖直向上方向。具体实施方式参阅图1。根据本专利技术，在雷达扫描探测中，雷达1正常扫描测得目标空域2的风场数据，通过倾角传感器及方位传感器读出雷达的横倾角α、纵倾角β、北向角γ，控制雷达按照设定的扫描方式进行气象探测，并生成目标探测数据；对所述目标探测数据按照预定的反演方式进行处理得到水平风速、风向以及垂直气流形成的三维风场信息；读取上述三维风场数据，并在预设的准则下进行多次三维坐标变换，将风矢量从倾斜平面上的坐标系中转换到水平面坐标系中，对风场数据进行修正，得到大气层中相应高度层处的三维风场信息，输出修正后的三维风场数据。在图2中，以正北方向为x轴正向，正东方向为y轴正向，竖直向上方向为z轴正向，将雷达1所在位置作为原点建立观测视场的大地东北天坐标系。由于雷达倾斜，在雷达扫描探测中，测得的将不再是目标空域2处的风场信息，而是实际探测空域3上的由水平风速V，风向，垂直气流组成的三维风场数据。雷达1按预定的探测模式进行扫描测得实际探测空域3上的水平风速V、风向和垂直气流的三维风场信息。由设置在雷达上的倾角传感器和方位传感器读出雷达的横倾角α、纵倾角β以及北向角γ，按照预设的准则，计算出雷达相对于大地坐标系的倾角以及倾斜方向δ，当α、β同号时，当α、β异号时，然后根据雷达倾角φ以及倾斜方向δ，由V，ξ，ρ组成的三维风场数据，计算得到风矢量P(Vx,Vy,Vz)，采用第一变换矩阵对该矢量进行三维坐标变换，将该风矢量转换到实际探测空域3内以倾斜方向4为x轴正向、垂直于倾斜方向5的方向为y轴正向、竖直向上方向6为z轴正向的右手坐标系中，转换后的风矢量记为P1(Vx1,Vy1,Vz1)；再采用第二变换矩阵为对风矢量P1进行三维坐标变换，将风矢量P1转换到目标空域2中，转换后的风矢量记为P2(Vx2,Vy2,Vz2)；再采用第三变换矩阵为对风矢量P2进行三维坐标变换，将风矢量转换到大地坐标系中，转换后的风矢量记为P3(Vx3,Vy3,Vz3)，其中，风矢量P和P1、P2、P3的三个分量分别表示风矢量在三个坐标轴上的分量。三维坐标变换完成后，将风矢量P3转换为水平风速、风向、垂直气流的形式，即求得目标空域2中的风场数据，得到该高度层处的三维风场信息，本专利技术仅输出垂直气流的修正结果w＝ρ·cosφ-V.cos(ξ-δ)·sinφ。本专利技术的结果利用两台雷达进行了对比试验。在真实风场数据验证中，1号雷达水平放置，2号雷达朝某一方向倾斜7.2°，将两台雷达输出的数据对比，可以发现两者存在明显偏差；利用本专利技术的方法进行修正2号雷达输出的数据，再和1号雷达输出的数据进行对比，可以发现两者的偏差明显缩小。证明本专利技术是可靠有效的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风场误差修正的方法，其特征在于包括如下步骤：在雷达扫描探测中，雷达(1)正常扫描测得目标空域(2)的风场数据，通过倾角传感器及方位传感器读出雷达的横倾角α、纵倾角β、北向角γ，控制雷达按照设定的扫描方式进行气象探测，并生成目标探测数据；对所述目标探测数据按照预定的反演方式进行处理得到水平风速、风向以及垂直气流形成的三维风场信息；读取上述三维风场数据，并在预设的准则下进行多次三维坐标变换，将风矢量从倾斜平面上的坐标系中转换到水平面坐标系中，对风场数据进行修正，得到大气层中相应高度层处的三维风场信息，输出修正后的三维风场数据。

【技术特征摘要】
1.一种风场误差修正的方法，其特征在于包括如下步骤：在雷达扫描探测中，雷达(1)正常扫描测得目标空域(2)的风场数据，通过倾角传感器及方位传感器读出雷达的横倾角α、纵倾角β、北向角γ，控制雷达按照设定的扫描方式进行气象探测，并生成目标探测数据；对所述目标探测数据按照预定的反演方式进行处理得到水平风速、风向以及垂直气流形成的三维风场信息；读取上述三维风场数据，并在预设的准则下进行多次三维坐标变换，将风矢量从倾斜平面上的坐标系中转换到水平面坐标系中，对风场数据进行修正，得到大气层中相应高度层处的三维风场信息，输出修正后的三维风场数据。2.如权利要求1所述的风场误差修正的方法，其特征在于：以正北方向为x轴正向，正东方向为y轴正向，竖直向上方向为z轴正向，将雷达(1)所在位置作为原点建立观测视场的大地东北天坐标系。3.如权利要求1所述的风场误差修正的方法，其特征在于：雷达(1)按预定的探测模式进行扫描测得实际探测空域(3)上的水平风速V、风向和垂直气流的三维风场信息。4.如权利要求1所述的风场误差修正的方法，其特征在于：由设置在雷达(1)上的倾角传感器和方位传感器读出雷达的横倾角α、纵倾角β以及北向角γ，按照预设的准则，计算出雷达(1)相对于大地坐标系的倾角以及倾斜方向δ，当α、β同号...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵培娥，罗雄，冯力天，周杰，李策，陈涌，吴学文，周鼎富，
申请(专利权)人：西南技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51