[發明專利]天氣雷達波束銳化和逆量化

有效

• 申請號: 201210041465.2
• 申請日: 2012-01-05
• 公開（公告）號: CN102608607A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: B·P·班奇
• 申請（專利權）人: 霍尼韋爾國際公司
• 主分類號: G01S13/95
• 分類號: G01S13/95
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 蔣駿;盧江

背景技術

由于機載天氣雷達天線的最大物理尺寸限制，經常無法獲得期望的窄天線波束，由此導致顯示的天氣數據沒有預期的詳細。這在垂直顯示方面(在該行業相對較新)特別明顯且與(例如那些用在商用噴氣機上的)較小天線一起時更差。

著名的多普勒波束銳化技術在飛行器的直前向或垂直方向上效果不好。而且，天氣的自然多普勒噪聲可能是另一個挑戰。

小型飛行器只能適合小型的、寬波束天線，因此限制了它們的波束銳化能力。

圖1和2示出了由于15∶1的垂直比例放大而導致的在垂直顯示時展現的一些問題。問題如下：

-由于天線波束寬度引起的低分辨率；

-由于立體數據的量化引起的塊狀外觀；和

-平滑顯示輸出的嘗試導致在平滑度和進一步的分辨率損失之間的折衷。

直接的方法是轉換到頻域，并乘以波束圖(可以是真的或“軟化的”概念天線)的反轉，這種方法對真實數據不適用，因為它需要除以很小的數并由此導致數據不穩定。

發明內容

處理器從雷達系統接收與天線相關的一列量化反射率數據。該處理器基于估計的量化反射率數據調整該列量化反射率數據，該估計的量化率反射數據與比該接收的一列量化反射數據相關的天線更大的天線的波束圖相關。

本發明利用了概念上的“期望天線”來解除限制(例如，模擬具有更窄波束的“大天線”)。這使得算法能夠更快收斂至最優解，同時降低了存儲器需求。本發明還利用了與期望的天線響應匹配的平滑(例如高斯)擾動函數。這提供了最佳平滑輸出，有助于算法更快地收斂，降低了存儲器需求，并且可在不影響(smear)輸出的情況下進行量化。

附圖說明

以下將參考附圖詳細描述本發明的優選和替換實施例：

圖1和2示出了由現有技術的機載天氣雷達天線產生的結果；

圖3示出了根據本發明形成的示例性系統；

圖4示出了來自立體緩存器的一垂直列的理想數據；

圖5示出了圖4中示出的數據的反射率值；

圖6說明了現有技術系統的模型；

圖7說明了根據本發明形成的系統的模型；

圖8說明了根據本發明形成的示例性過程的流程圖。

具體實施方式

本發明是一種系統、方法和計算機程序，用于在距離上提高天氣雷達顯示的細節。圖1說明了根據本發明形成的示例性系統30。該系統30包括天氣雷達系統40、處理器42、存儲器43、顯示設備44、其它飛行器系統46和用戶接口48。處理器42電耦合至該天氣雷達系統40、顯示設備44、其它系統46、用戶接口48和存儲器43。示例性的天氣雷達系統40包括雷達控制器50、發送器52、接收器54和天線56。該雷達控制器50控制發送器52和接收器54基于從一個或多個其它飛行器系統46接收的飛行器數據(例如：位置、航向、滾轉、偏航、傾斜度等)通過天線56來執行發送和接收信號。

天氣雷達系統40接收由來自外部環境的發射脈沖的散射而產生的信號，外部環境主要包括天氣和地形。該接收到的信號被送至處理器42，處理器42使用接收到的信號來更新在存儲器43(例如：立體(3-D)緩存器)中存儲的天氣反射率估計。處理器42基于從用戶接口48發送的任何控制信號或基于處理器42內的設置來產生呈現在顯示設備44上的圖象。

本發明重點在于來自于立體天氣緩存器的一維的反射率的垂直列和與該列數據相關的最優曲線；參考圖4和5。

圖6示出了現有技術系統的模型。立體緩存器的最優輸出是“未處理”反射率數據(波束函數r(x))，該反射率數據是高度的函數。該未處理反射率數據r(x)與波束圖函數B(x)進行卷積。然后與噪聲相加以創建a(x)。a(x)信號被量化以產生高度上量化的反射率，q(n)。高度上量化的反射率q(n)是可測量的且被存儲到存儲器43的3-D緩存器中。

圖7說明了由本發明設想的波束銳化模型。實際天線的波束函數B(x)被分割成兩部分B_L(x)，B_c(x)，使得：

-這兩個部分的卷積等于原始波束函數B(x)；并且

-第一部分相當于波束銳化的期望量(例如，“60英寸”天線)。