[發明專利]多參數模擬氣象雷達回波發生裝置及發生方法

有效

• 申請號: 201310008448.3
• 申請日: 2013-01-10
• 公開（公告）號: CN103048651A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 何建新;史朝;唐順仙;李學華;張福貴;王旭
• 申請（專利權）人: 成都信息工程學院
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40;G01S13/95
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 劉黎明

1.一種多參數模擬氣象雷達回波發生裝置，其特征在于：包括工控機、上變頻模塊和雷達狀態環境模擬單元，所述工控機內設置有氣象參數庫、實現人機交互的控制模塊、基于高斯譜自動適應擬合算法的I/Q數據生成模塊和基于PCI接口的FPGA處理卡，所述I/Q數據生成模塊的信號輸出端和所述控制模塊的信號輸出端分別與所述FPGA處理卡的信號輸入端連接，所述上變頻模塊的信號輸入端和所述雷達狀態環境模擬單元的信號輸入端分別與所述FPGA處理卡的信號輸出端連接。

2.根據權利要求1所述的多參數模擬氣象雷達回波發生裝置，其特征在于：所述雷達狀態環境模擬單元包括基于FPGA的定時器和基于DSP的天線模擬器。

3.一種多參數模擬氣象雷達回波發生方法，包括氣象參數庫生成、I/Q數據生成和上變頻處理，其特征在于：所述I/Q數據生成包括以下過程：

（1）在功率譜符合高斯分布的基礎上，分別建立以下兩路信號的功率譜：

Rh(k)=NPh2πσfexp[-(kΔf-fd)22σf2]=PhR(k),k=0,1,2...N-1]]>（式1）

Rv(k)=NPv2πσfexp[-(kΔf-fd)22σf2]=PvR(k)]]>（式2）

其中，Ph=CZR2,]]>fd=2Vλ,]]>σf=2Wλ;]]>

上述所有公式中，R_h、R_v分別為水平極化與垂直極化兩個通道的信號功率譜函數，N為樣本數，Δf為乃奎斯特區間內的最小頻率單元，P_h、P_v分別為水平極化與垂直極化的回波功率，f_d、σ_f分別為多普勒頻率與多普勒譜寬，C為雷達常數、R為徑向距離，λ為雷達工作波長；

（2）按以下公式生成復數譜：

Fh(k)=PhR(k)exp[jψ(f)+ΦDP]]]>（式3）

Fv(k)=10-ZDR10PvR(k)exp[jψ(f)]]]>（式4）

其中，ZDR=10logPhPv;]]>

上述所有公式中，Z_DR為差分反射率，Ф_DP為差分相位，ψ(f)為隨機相位譜；

（3）對式3、式4進行離散時間傅立葉逆變換得到I/Q時間序列SIG_h與SIG_v，即：

SIG_h=IDFT(F_h)（式5）

SIG_v=IDFT(F_v)（式6）

（4）引入相關系數ρ_hv，使下述式7成立：

SCR(|ρhv|)≈0.65|ρhv|1-|ρhv|]]>（式7）

（5）在信號中引入符合高斯分布的雜波，I/Q信號進一步發展為：

Sh=(SCR(|ρhv|)SCR(|ρhv|)+1)0.5SIGh+(PhSCR(|ρhv|)+1)0.5Ch]]>（式8）

Sv=(SCR(|ρhv|)SCR(|ρhv|)+1)0.5SIGv+(10-ZDR10PhSCR(|ρhv|)+1)0.5Cv]]>（式9）

其中，C是平均功率為1的雜波序列，C_h與C_v的互相關為零；

（6）以模擬結果與期望值的偏差為控制因子自適應調整雜波功率，當偏差不超過模擬精度時，停止模擬；迭代方程為：

Sh=((1-ϵ)SCR(|ρhv|)(1-ϵ)SCR(|ρhv|)+1)0.5SIGh+(Ph(1-ϵ)SCR(|ρhv|)+1)0.5Ch]]>（式10）

Sv=((1-ϵ)SCR(|ρhv|)(1-ϵ)SCR(|ρhv|)+1)0.5SIGv+(10-ZDR10Ph(1-ϵ)SCR(|ρhv|)+1)0.5Cv]]>（式11）

迭代的終止條件為：max|ε|<T_d，T_d為模擬精度；

其中，ε為控制因子，S_h、S_v分別為最終生成的兩路信號的I/Q數據。

4.根據權利要求3所述的多參數模擬氣象雷達回波發生方法，其特征在于：所述氣象參數庫生成過程中，所述氣象參數庫接收自定義仿真、算法仿真和歷史數據重現中的一種或多種回波模擬配置。