[發(fā)明專利]一種基于航海雷達(dá)圖像檢測區(qū)域差異性參數(shù)的雨強(qiáng)等級反演方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910515211.1
• 申請日: 2019-06-14
• 公開（公告）號: CN110208807B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧志忠;呂博群;孫雷;胡佳幸;陳世同;劉紅;焦天佑
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G01S13/95
• 分類號: G01S13/95;G01S7/41;G01S7/02
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1.一種基于航海雷達(dá)圖像檢測區(qū)域差異性參數(shù)的雨強(qiáng)等級反演方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：離線開展觀測試驗(yàn)，確定檢測區(qū)域的回波差異值均值，得到降雨強(qiáng)度擬合關(guān)系式：首先，離線開展觀測試驗(yàn)并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，用選定的濾波的方式對雷達(dá)圖像進(jìn)行預(yù)處理；然后，計(jì)算雷達(dá)圖像的檢測區(qū)域在不同降雨強(qiáng)度下的回波差異值均值，統(tǒng)計(jì)雷達(dá)圖像對應(yīng)時(shí)刻的真實(shí)降雨量數(shù)據(jù)，最后，根據(jù)檢測區(qū)域中回波差異值均值和降雨強(qiáng)度的關(guān)系擬合得到擬合關(guān)系式；

步驟二：利用雷達(dá)圖像處理程序?qū)走_(dá)文件進(jìn)行加載，提取其差異性參數(shù)，即檢測區(qū)域的回波差異值均值；

步驟三：降雨強(qiáng)度反演；

步驟四：降雨強(qiáng)度等級確定；

所述步驟一具體如下：

步驟1.1：離線開展觀測標(biāo)校實(shí)驗(yàn)，選取在不同降雨強(qiáng)度下的多組雷達(dá)原始圖像，一組雷達(dá)圖像的數(shù)量定義為在10min內(nèi)雷達(dá)獲取的全部雷達(dá)圖像總數(shù)，用選定的濾波方式進(jìn)行預(yù)處理，記錄雷達(dá)圖像的采集時(shí)間、方位、徑向距離、回波強(qiáng)度和實(shí)測的海浪主波長信息，并且同步記錄對應(yīng)時(shí)間內(nèi)的雨量計(jì)測得的真實(shí)降雨量；

步驟1.2：利用選定的濾波方式對雷達(dá)圖像進(jìn)行預(yù)處理，根據(jù)雷達(dá)圖像檢測區(qū)域的徑向距離和方位確定用于統(tǒng)計(jì)的雷達(dá)圖像的檢測區(qū)域，分別統(tǒng)計(jì)各自降雨強(qiáng)度下的每組雷達(dá)圖像檢測區(qū)域的回波差異值均值；具體方法如下所示：

1.2.1、參與回波差異值計(jì)算的像素點(diǎn)數(shù)n的計(jì)算方法：

n＝(2*round(M/P)+1)*4-4

式中：M為海浪波峰與波谷之間的徑向距離，即半個(gè)主波長的距離；P為雷達(dá)圖像的距離分辨率；

1.2.2、計(jì)算檢測區(qū)域中一個(gè)像素點(diǎn)的回波差異值的計(jì)算方法為：

式中：I_x,y為位置在(x，y)的像素點(diǎn)的圖像強(qiáng)度值；I_i為與位置在(x，y)的像素點(diǎn)距半個(gè)主波長的像素點(diǎn)的強(qiáng)度值；T_x,y為位置在(x，y)處像素點(diǎn)的回波差異值；

1.2.3、重復(fù)1.2.1、1.2.2的步驟得到每幅雷達(dá)圖像的檢測區(qū)域的所有像素點(diǎn)的回波差異值，再對其取均值，即可得到此雷達(dá)圖像的檢測區(qū)域的回波差異值均值；

1.2.4、重復(fù)1.2.1、1.2.2、1.2.3的步驟得到一組雷達(dá)圖像檢測區(qū)域的回波差異值均值；

1.2.5、重復(fù)1.2.1、1.2.2、1.2.3、1.2.4的步驟得到多組雷達(dá)圖像檢測區(qū)域的回波差異值均值；

步驟1.3：統(tǒng)計(jì)與步驟1.2.1、1.2.2、1.2.3、1.2.4中多組雷達(dá)圖像的相對應(yīng)10min的降雨量，得到真實(shí)的降雨強(qiáng)度，降雨強(qiáng)度用10min內(nèi)的降雨量進(jìn)行表示；

步驟1.4：作降雨強(qiáng)度和回波差異值均值的散點(diǎn)圖，剔除其中存在的異常值，用最小二乘法對檢測區(qū)域的回波差異值均值與降雨強(qiáng)度的關(guān)系進(jìn)行線性擬合，得到擬合關(guān)系式；用相關(guān)系數(shù)來表示理論值和實(shí)際值之間的線性關(guān)系緊密程度，相關(guān)系數(shù)用以下公式求?。?/p>

式中：Cov(y，y1)為擬合值與原始值之間的協(xié)方差；Var[y]為原始值y的方差；Var[y1]為擬合值y1的方差。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于航海雷達(dá)圖像檢測區(qū)域差異性參數(shù)的雨強(qiáng)等級反演方法，其特征在于：步驟1.4所述的用最小二乘法對檢測區(qū)域的回波差異值均值與降雨強(qiáng)度的關(guān)系進(jìn)行線性擬合，得到擬合關(guān)系式具體如下：回波差異值均值和降雨強(qiáng)度擬合得到的關(guān)系式如下：

y＝-3.1815×10^-9·x³+9.2245×10^-6-0.0089·x+2.8729

式中：x為每幅雷達(dá)圖像的回波差異值均值；y為反演的降雨強(qiáng)度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于航海雷達(dá)圖像檢測區(qū)域差異性參數(shù)的雨強(qiáng)等級反演方法，其特征在于：所述步驟二具體如下：檢測區(qū)域的回波差異值均值，對待檢測雷達(dá)圖像用選定的濾波方式進(jìn)行預(yù)處理，并用在空間上相距待計(jì)算點(diǎn)半個(gè)主波長距離的像素點(diǎn)來計(jì)算此點(diǎn)的回波差異值，進(jìn)而計(jì)算出檢測區(qū)域中的回波差異值均值，步驟如下：

步驟2.1：利用雷達(dá)圖像處理程序?qū)走_(dá)文件進(jìn)行加載，利用選定的濾波方法去除同頻干擾；

步驟2.2：根據(jù)雷達(dá)圖像檢測區(qū)域的徑向距離和方位確定用于統(tǒng)計(jì)的雷達(dá)圖像的檢測區(qū)域。