极化-多普勒气象雷达的降雨信号恢复方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种极化

【技术实现步骤摘要】
极化
‑
多普勒气象雷达的降雨信号恢复方法及装置


[0001]本专利技术属于雷达信号
，特别涉及一种极化
‑
多普勒气象雷达的降雨信号恢复方法及装置。

技术介绍

[0002]气象雷达可实现对大气高时空分辨率的观测，是大气观测必不可少的工具。极化
‑
多普勒气象雷达获得的信息可用于水凝物分类、定量降水估计、雨滴谱反演、短期天气预报等方面。由于雷达工作环境较为复杂，雷达数据经常受到噪声和杂波的影响，例如地杂波、生物回波、风车杂波、射频干扰等。这些杂波会影响对降雨区域的准确观测。
[0003]国内外学者提出了多种杂波抑制方法来解决气象雷达杂波干扰问题，但是大部分方法是针对气象目标和杂波可以分开的场景。例如， Li等人(N. Li et al.“A quality control method of ground
‑
based weather radar data based on statistics”， IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2017, 56(4):2211
‑
2219.)提出一种模糊算法以提高对地杂波的识别率，但是该方法会造成降雨目标的缺失。
[0004]为了能解决双极化雷达的杂波抑制问题，J. Yin等人(J. Yin et al.
ꢀ“
Object
‑
Orientated Filter Design in Spectral Domain for Polarimetric Weather Radar”，IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2018, 57(5):2725
‑
2740.)提出面向对象的谱极化(Object
‑
Orientated Spectral polarimetric，OBSpol)滤波方法。但是当杂波和降雨重叠时，OBSpol滤波器会保留被杂波污染的降雨信号。
[0005]近年来，谱极化滤波技术广泛应用于气象雷达杂波抑制中。该技术利用降雨目标和非降雨目标的谱极化特性在RD（Range Doppler，距离
‑
多普勒，缩写：RD)图上的连通特性差异，在尽可能多地保留降雨目标的同时滤除非降雨目标。但是谱极化滤波技术在滤除杂波的同时会去除与地杂波重叠的降雨目标，同样会造成降雨目标缺失。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提出了一种极化
‑
多普勒气象雷达的降雨信号恢复方法及装置。本专利技术能够根据降雨目标的空间连续性，利用速度和谱宽补偿降雨区域，解决极化
‑
多普勒气象雷达在降雨目标和杂波重合情况下降雨目标恢复的问题。
[0007]为实现上述技术目的，本专利技术提出的技术方案为：一方面，本专利技术提供一种极化
‑
多普勒气象雷达的降雨信号恢复方法，包括：根据极化
‑
多普勒气象雷达接收到的回波数据，得到距离
‑
多普勒谱；对距离
‑
多普勒谱进行滤波，保留降雨目标，去除杂波，得到滤波后的二值掩模；利用降雨目标速度和谱宽之间的关系以及降雨区域连续分布特性补偿降雨目标。
[0008]进一步地，所述对距离
‑
多普勒谱进行滤波，包括：根据降雨目标与非降雨目标的谱极化参量在统计特性上的差异，对距离
‑
多普勒谱进行谱极化滤波，得到谱极化滤波后的二值掩模。
[0009]进一步地，所述谱极化滤波，包括：利用降雨目标的谱共极化相关系数和除地杂波以外的其他杂波的谱共极化相关系数之间的差异对距离
‑
多普勒谱进行阈值滤波，滤除除地杂波以外的其他杂波；利用降雨目标的谱差分反射率标准差和地杂波的谱差分反射率标准差之间的差异对距离
‑
多普勒谱进行阈值滤波，滤除地杂波。
[0010]进一步地，所述利用降雨目标的谱共极化相关系数和除地杂波以外的其他杂波的谱共极化相关系数之间的差异对距离
‑
多普勒谱进行阈值滤波，包括以下步骤：计算距离
‑
多普勒谱中各个单元区域的谱共极化相关系数，得到谱共极化相关系数的距离
‑
多普勒图像；设定谱共极化相关系数阈值，对谱共极化相关系数的距离
‑
多普勒图像进行谱极化滤波，若单元区域的谱共极化相关系数大于谱共极化相关系数阈值，则为降雨目标，若单元区域的谱共极化相关系数小于谱共极化相关系数阈值，则为非降雨目标。
[0011]进一步地，所述利用降雨目标的谱差分反射率标准差和地杂波的谱差分反射率标准差之间的差异对距离
‑
多普勒谱进行阈值滤波，包括以下步骤：计算距离
‑
多普勒谱中各个单元区域的谱差分反射率，进而利用滑动窗求得各个单元区域的谱差分反射率标准差；设定谱差分反射率标准差阈值，在零频附近对距离
‑
多普勒谱中各个单元区域进行阈值滤波，若单元区域内谱差分反射率标准差小于等于谱差分反射率标准差阈值，则认为该单元区域为降雨目标，滤波掩模设为1，若此单元区域内谱差分反射率标准差大于谱差分反射率标准差阈值，则认为该单元区域为非降雨目标，滤波掩模设为0。
[0012]进一步地，本专利技术还包括利用降雨目标在距离
‑
多普勒谱图上是连续分布的这一特性，采用形态学闭运算来恢复谱极化滤波之后距离
‑
多普勒谱中缺失的降雨目标。
[0013]进一步地，本专利技术所述对距离
‑
多普勒谱进行滤波还包括：将谱极化滤波之后距离
‑
多普勒谱中连通的区域对象按照面积大小排序，将面积较大的多个区域对象视为降雨目标，其余区域对象视杂波予以滤除，得到基于面积滤波后的二值掩模。
[0014]进一步地，本专利技术所述对距离
‑
多普勒谱进行滤波还包括：对利用谱宽信息进一步去除面积滤波后的二值掩模中的杂波，获得滤波后的二值掩模。
[0015]进一步地，本专利技术所述利用降雨目标速度和谱宽之间的关系以及降雨区域连续分布特性补偿降雨目标，包括以下步骤：计算滤波后的二值掩模中降雨目标的径向速度和谱宽；根据滤波后的二值掩模中降雨目标的径向速度和谱宽的分布情况去除其中的异常值；利用上一步骤保留下来的降雨目标的径向速度和谱宽，通过多项式拟合出被上一步骤过度去除的降雨目标的径向速度和谱宽，进而进行降雨目标的补偿；根据降雨目标的径向速度和谱宽，选择降雨区域；根据降雨目标的功率谱密度呈高斯分布这一特性重构与地杂波混叠的降雨目标。
[0016]进一步地，本专利技术选择降雨区域时，还包括根据地杂波和降雨目标的后向散射相位的稳定性差异，利用CPA参量辅助识别地杂波。
[0017]进一步地，当降雨区域与地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.极化
‑
多普勒气象雷达的降雨信号恢复方法，其特征在于，包括：根据极化
‑
多普勒气象雷达接收到的回波数据，得到距离
‑
多普勒谱；对距离
‑
多普勒谱进行滤波，保留降雨目标，去除杂波，得到滤波后的二值掩模；利用降雨目标速度和谱宽之间的关系以及降雨区域连续分布特性补偿降雨目标，包括以下步骤：计算滤波后的二值掩模中降雨目标的径向速度和谱宽；根据滤波后的二值掩模中降雨目标的径向速度和谱宽的分布情况去除其中的异常值；利用上一步骤保留下来的降雨目标的径向速度和谱宽，通过多项式拟合出被上一步骤过度去除的降雨目标的径向速度和谱宽，进而进行降雨目标的补偿；根据降雨目标的径向速度和谱宽，选择降雨区域；根据降雨目标的功率谱密度呈高斯分布这一特性重构与地杂波混叠的降雨目标。2.根据权利要求1所述的极化
‑
多普勒气象雷达的降雨信号恢复方法，其特征在于，根据降雨目标与非降雨目标的谱极化参量在统计特性上的差异，对距离
‑
多普勒谱进行谱极化滤波，得到谱极化滤波后的二值掩模。3.根据权利要求2所述的极化
‑
多普勒气象雷达的降雨信号恢复方法，其特征在于，所述谱极化滤波，包括：利用降雨目标的谱共极化相关系数和除地杂波以外的其他杂波的谱共极化相关系数之间的差异对距离
‑
多普勒谱进行阈值滤波，滤除除地杂波以外的其他杂波；利用降雨目标的谱差分反射率标准差和地杂波的谱差分反射率标准差之间的差异对距离
‑
多普勒谱进行阈值滤波，滤除地杂波。4.根据权利要求3所述的极化
‑
多普勒气象雷达的降雨信号恢复方法，其特征在于，利用降雨目标的谱共极化相关系数和除地杂波以外的其他杂波的谱共极化相关系数之间的差异对距离
‑
多普勒谱进行阈值滤波，包括以下步骤：计算距离
‑
多普勒谱中各个单元区域的谱共极化相关系数，得到谱共极化相关系数的距离
‑
多普勒图像；设定谱共极化相关系数阈值，对谱共极化相关系数的距离
‑
多普勒图像进行谱极化滤波，若单元区域的谱共极化相关系数大于谱共极化相关系数阈值，则为降雨目标，若单元区域的谱共极化相关系数小于谱共极化相关系数阈值，则为非降雨目标。5.根据权利要求3所述的极化
‑
多普勒气象雷达的降雨信号恢复方法，其特征在于，利用降雨目标的谱差分反射率标准差和地杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷加鹏，安孟昀，李健兵，李永祯，王雪松，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：