一种毫米波雷达测雨方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种毫米波雷达测雨方法及系统，首先利用等截面积法，得出了一种雨滴的等效均匀球模型；然后，在散射理论框架下建立一种毫米波波段雨滴等效后向散射模型，得出雨滴后向散射系数随雨滴直径变化的分布；最后，通过对不同尺寸雨滴数量的反演，通过积分得出实时降雨雨强，实现毫米波雷达测雨，不仅可以长期稳定使用，更显著提升了对微弱降雨测量的灵敏度及实时雨强的准确度，实现对降雨雨强的精确快速实时性探测。精确快速实时性探测。精确快速实时性探测。

【技术实现步骤摘要】
一种毫米波雷达测雨方法及系统


[0001]本专利技术涉及雷达探测
，具体涉及一种毫米波雷达测雨方法及系统。

技术介绍

[0002]我国气象灾害频发，造成了严重的经济损失，降雨是重要的要素之一，精确定量地估测降雨，在预防洪涝灾害、减少短时突发性降雨带来的次生灾害等方面具有重要意义。传统测雨手段，如量筒式测雨方法，虽然可以实现雨强的精确测量，但由于鸟类筑巢等自然因素，无法长期稳定使用。而振动式测雨方法由于微弱振动极易受外界干扰，使得该方法在微弱降雨环境下难以达到较高的精度。
[0003]现有的利用双偏振雷达测量降雨的方法，在弱雨环境下可以较为精准地测量，然而随着雨强逐渐增大，该方法受雨滴衰减影响极大，有一定的使用局限性。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种毫米波雷达测雨方法及系统，以解决传统测雨方法寿命短和精度较低问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]本专利技术实施例提供了一种毫米波雷达测雨方法，包括：利用等截面积法构建雨滴的等效均匀球模型，得到等效雨滴直径；
[0007]基于得到的等效雨滴直径，对单个球形雨滴建立毫米波波段等效雨滴后向均匀散射模型，得到单个雨滴的后向散射系数；
[0008]基于单个雨滴的后向散射系数，利用后向均匀散射反演得到毫米波雷达的发射波束有效照射区域内的雨滴数量；
[0009]通过对不同尺寸雨滴分别进行数量的反演计算，通过积分得出实时降雨雨强。
[0010]可选的，所述利用等截面积法构建雨滴的等效均匀球模型的过程，包括：
[0011]当雨滴直径小于等于2mm时，等效雨滴直径为真实雨滴直径；当雨滴直径大于2mm时，利用等体积近似并基于雨滴模型的截面对称性，建立雨滴的等效均匀球模型为：
[0012][0013]其中，D为真实雨滴直径，为等效雨滴直径，λ1、λ2均为经验常数。
[0014]可选的，在散射理论框架下建立毫米波波段等效雨滴后向均匀散射模型表示为：
[0015][0016]其中，σ为单个雨滴的后向散射系数，表示粒子尺寸参数，为等效雨滴直
径，m表示正整数。
[0017]可选的，基于单个雨滴的后向散射系数，利用后向均匀散射反演得到毫米波雷达的发射波束有效照射区域内的雨滴数量的过程为：
[0018]计算毫米波雷达的发射波束有效照射区域内雨滴散射系数之和：
[0019][0020]其中，η为单位体积雷达后向散射系数，为圆锥体波束的有效照射体积，N为区域内雨滴总数，R是雷达探测距离，2θ是毫米波雷达的发射波束的波瓣宽度，h是有效照射区域深度；
[0021]毫米波雷达测得不同直径雨滴所对应的能量谱为：
[0022][0023]其中，P
D
是接收到有效照射区域内直径为D的雨滴总能量，直接测量得到，P
t
是雷达发射功率G是雷达天线增益,λ是毫米波雷达波长，N
D
是有效照射区域区域内直径为D的雨滴个数，L
S
是系统损耗，L
atm
大气衰减损耗，η
D
是单位体积内直径为D的雨滴后向散射系数，表示为：
[0024][0025]则有效照射区域内直径为D的雨滴数量为：
[0026][0027]可选的，所述通过对不同尺寸雨滴数量的反演计算出实时降雨雨强的过程，包括：
[0028]根据有效照射区域内的雨滴数量，计算得到雨滴的总体积；
[0029]根据雨滴总体积与和雨强的对应关系，计算得到实时降雨雨强。
[0030]雨滴总体积表示为：
[0031][0032]雨滴总体积与和雨强的对应关系为：
[0033][0034]本专利技术实施例还提供了一种毫米波雷达测雨系统，包括：
[0035]等效均匀球模型建立模块，用于利用等截面积法构建雨滴的等效均匀球模型，得到等效雨滴直径；
[0036]等效雨滴后向均匀散射模型建立模块，用于基于得到的等效雨滴直径，对单个球形雨滴建立毫米波波段等效雨滴后向均匀散射模型，得到单个雨滴的后向散射系数；
[0037]雨滴数量反演模块，用于基于单个雨滴的后向散射系数，利用后向均匀散射反演得到毫米波雷达的发射波束有效照射区域内的雨滴数量；
[0038]雨强反演模块，用于通过对不同尺寸雨滴分别进行数量的反演计算，通过积分得出实时降雨雨强。
[0039]本专利技术实施例还提供了一种电子设备，包括：
[0040]存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行本专利技术实施例提供的毫米波雷达测雨方法。
[0041]本专利技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行本专利技术实施例提供的毫米波雷达测雨方法。
[0042]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0043]本专利技术提供了一种毫米波雷达测雨方法及系统，首先利用等截面积法，得出了一种雨滴的等效均匀球模型；然后，在散射理论框架下建立一种毫米波波段雨滴等效后向散射模型，得出雨滴后向散射系数随雨滴直径变化的分布；最后，通过对不同尺寸雨滴数量的反演，进而计算出实时降雨雨强实现毫米波雷达测雨，不仅可以长期稳定使用，更显著提升了对微弱降雨测量的灵敏度及实时雨强的准确度，实现对降雨雨强的精确快速实时性探测。
附图说明
[0044]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0045]图1为本专利技术实施例中的毫米波雷达测雨方法的流程图；
[0046]图2为根据本专利技术实施例中实验所得的截面积系数值；
[0047]图3为根据本专利技术实施例中雨滴后向散射系数随直径的分布图；
[0048]图4为根据本专利技术实施例的中毫米波雷达的发射波束有效照射区域是几何构型示意图；
[0049]图5为根据本专利技术实施例中瞬时雨滴谱图；
[0050]图6为根据本专利技术实施例中雨滴能量分布图；
[0051]图7为本专利技术实施例中的毫米波雷达测雨系统的结构示意图；
[0052]图8为本专利技术实施例中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0053]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0054]根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种毫米波雷达测雨方法，其特征在于，包括：利用等截面积法构建雨滴的等效均匀球模型，得到等效雨滴直径；基于得到的等效雨滴直径，对单个球形雨滴建立毫米波波段等效雨滴后向均匀散射模型，得到单个雨滴的后向散射系数；基于单个雨滴的后向散射系数，利用后向均匀散射反演得到毫米波雷达的发射波束有效照射区域内的雨滴数量；通过对不同尺寸雨滴分别进行数量的反演计算，通过积分得出实时降雨雨强。2.根据权利要求1所述的毫米波雷达测雨方法，其特征在于，所述利用等截面积法构建雨滴的等效均匀球模型的过程，包括：当雨滴直径小于等于2mm时，等效雨滴直径为真实雨滴直径；当雨滴直径大于2mm时，利用等体积近似并基于雨滴模型的截面对称性，建立雨滴的等效均匀球模型为：其中，D为真实雨滴直径，为等效雨滴直径，λ1、λ2均为经验常数。3.根据权利要求2所述的毫米波雷达测雨方法，其特征在于，在散射理论框架下建立毫米波波段等效雨滴后向均匀散射模型表示为：其中，σ为单个雨滴的后向散射系数，表示粒子尺寸参数，为等效雨滴直径，m表示正整数。4.根据权利要求3所述的毫米波雷达测雨方法，其特征在于，所述基于单个雨滴的后向散射系数，利用后向均匀散射反演得到毫米波雷达的发射波束有效照射区域内的雨滴数量的过程为：计算毫米波雷达的发射波束有效照射区域内雨滴散射系数之和：其中，η为单位体积雷达后向散射系数，为圆锥体波束的有效照射体积，N为区域内雨滴总数，R是雷达探测距离，2θ是毫米波雷达的发射波束的波瓣宽度，h是有效照射区域深度；毫米波雷达测得不同直径雨滴所对应的能量谱为：其中，P
D
是接收到有效照射区域内直径为D的雨滴总能量，直接测量得到，P
t
是雷达发射功率G是雷达天线增益,λ是毫米波雷达波长，N
D

【专利技术属性】
技术研发人员：张寅，张永伟，张永超，
申请(专利权)人：成都东日星河科技有限公司，
类型：发明
国别省市：