[發(fā)明專利]一種針對雙偏振氣象雷達(dá)低分辨數(shù)據(jù)的降水粒子分類方法

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• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111738339A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李海;白錦;孟凡旺
• 申請（專利權(quán)）人: 中國民航大學(xué);中國航空工業(yè)集團(tuán)公司雷華電子技術(shù)研究所
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06F17/14;G06F17/16;G01W1/00
• 代理公司: 天津才智專利商標(biāo)代理有限公司 12108
• 代理人: 龐學(xué)欣

本發(fā)明提供了一種針對雙偏振氣象雷達(dá)低分辨數(shù)據(jù)的降水粒子分類方法。該方法首先對原始低分辨率偏振參量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正小波變換插值，獲得插值后的高分辨率偏振參量數(shù)據(jù)，然后建立用于降水粒子分類的樸素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，并在樸素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上引入互信息理論并利用離散化的偏振參量數(shù)據(jù)對樸素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練得到可用于降水粒子分類的TAN網(wǎng)絡(luò)。最后，利用訓(xùn)練好的TAN網(wǎng)絡(luò)對插值后的數(shù)據(jù)進(jìn)行降水粒子分類。對實測數(shù)據(jù)的仿真實驗結(jié)果表明，本發(fā)明方法下的低分辨率偏振參量數(shù)據(jù)的降水粒子分類效果良好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣象雷達(dá)信號處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種針對雙偏振氣象雷達(dá)在數(shù)據(jù)分辨率比較低時的降水粒子分類方法。

背景技術(shù)

降水粒子的識別與分類在多個領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價值。在航空領(lǐng)域，不僅對復(fù)雜天氣帶來的航空危險有著預(yù)警作用，還能為航線規(guī)劃提供決策依據(jù)；在人工影響天氣領(lǐng)域，不僅可以提高對降水的定量檢測精度，而且能為人工影響天氣的運行決策和評估提供重要的參考依據(jù)。

雙偏振氣象雷達(dá)作為一種新型的天氣信號回波探測工具，能交替發(fā)射和接收水平與垂直偏振方向的信號，較傳統(tǒng)的氣象雷達(dá)可以獲得更多的偏振信息，因此對降水粒子的分類效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)雷達(dá)。但是雙偏振氣象雷達(dá)在數(shù)據(jù)分辨率比較低時對降水粒子的分類效果并不理想，所以研究如何在數(shù)據(jù)分辨率比較低的情況下提高降水粒子的分類效果就變得十分重要。

在雙偏振氣象雷達(dá)降水粒子分類算法中，模糊邏輯方法是當(dāng)前被廣泛使用的分類方法，該方法以模糊數(shù)學(xué)為理論基礎(chǔ)，利用隸屬函數(shù)對偏振參量進(jìn)行綜合判定，與傳統(tǒng)的統(tǒng)計模式識別方法相比避免了分類閾值的設(shè)置，在一定程度上提高了降水分類的精度。然而，該方法中隸屬函數(shù)的建立是較難解決的問題，函數(shù)的參數(shù)一般沿用前人總結(jié)得到的經(jīng)驗值，使得其分類效果會隨著時間和環(huán)境的變化而產(chǎn)生波動，因而具有較大的不穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種針對雙偏振氣象雷達(dá)低分辨數(shù)據(jù)的降水粒子分類方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的針對雙偏振氣象雷達(dá)低分辨數(shù)據(jù)的降水粒子分類方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟：

1)利用計算修正系數(shù)矩陣的方法對小波變換插值算法中的高頻分量部分進(jìn)行修正，進(jìn)而實現(xiàn)對低分辨率偏振參量數(shù)據(jù)的插值，得到最終的高分辨率偏振參量數(shù)據(jù)；

2)以降水粒子類別作為類節(jié)點、各偏振參量作為屬性節(jié)點而構(gòu)建樸素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)；

3)在步驟2)的基礎(chǔ)上，引入互信息理論對上述樸素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)重新進(jìn)行訓(xùn)練，獲得樹擴展貝葉斯網(wǎng)絡(luò)；

4)將步驟1)中得到的高分辨率偏振參量數(shù)據(jù)輸入到步驟3)中訓(xùn)練好的樹擴展貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)的輸出即為降水粒子的分類結(jié)果。

在步驟1)中，所述的利用計算修正系數(shù)矩陣的方法對小波變換插值算法中的高頻分量部分進(jìn)行修正，進(jìn)而實現(xiàn)對低分辨率偏振參量數(shù)據(jù)的插值，得到最終的高分辨率偏振參量數(shù)據(jù)的方法是：首先對原始低分辨率偏振參量數(shù)據(jù)進(jìn)行雙線性插值，獲得初步高分辨率偏振參量數(shù)據(jù)；然后對初步高分辨率偏振參量數(shù)據(jù)進(jìn)行小波變換，獲得初步低頻分量與初步高頻分量；接著由原始低分辨率偏振參量數(shù)據(jù)與初步低頻分量計算修正系數(shù)矩陣，并根據(jù)正交小波分解得到的各級小波分量之間具有相似性的原理，通過該修正系數(shù)矩陣對初步高頻分量進(jìn)行修正而獲得修正高頻分量；最后將原始低分辨率偏振參量數(shù)據(jù)作為修正低頻分量與經(jīng)過修正變換獲得的修正高頻分量進(jìn)行小波逆變換，得到最終的高分辨率偏振參量數(shù)據(jù)。

在步驟2)中，所述的以降水粒子類別作為類節(jié)點、各偏振參量作為屬性節(jié)點而構(gòu)建成樸素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的方法是：首先選取降水粒子類別作為類節(jié)點，多種偏振參量作為分類的屬性節(jié)點，然后通過樣本訓(xùn)練的方式得到樸素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，最后完成樸素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。