[發明專利]一種基于相控陣天氣雷達探測氣象目標的識別方法

在審

• 申請號: 202011013581.4
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112180376A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 喬俊淇;艾未華;劉茂宏;郭朝剛
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01S13/95
• 分類號: G01S13/95;G01S7/41
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種基于相控陣天氣雷達探測氣象目標的識別方法，包括以下步驟：從相控陣天氣雷達回波數據中提取散射極化矩陣；從所述散射極化矩陣中提取極化不變量特征；將所述極化不變量特征輸入至混合高斯聚類模型，識別得到氣象目標；所述混合高斯聚類模型包括多個子類，每個子類模型對應識別一種氣象目標。本發明解決了相控陣天氣雷達在不同波束指向下得到的極化散射矩陣不同的問題，提高了識別氣象目標的準確性。

技術領域

本發明涉及雷達極化領域，具體涉及一種基于相控陣天氣雷達探測氣象目標的識別方法。

背景技術

在實際大氣中，真實的氣象場景較為復雜，氣象目標種類較多，因此對復雜、混合氣象目標的檢測成為了現代航空領域的一個重要課題。為了能夠識別不同類型的氣象目標，采用相控陣天氣雷達對氣象目標進行檢測，通過極化數據獲得氣象目標的信息，是進行復雜氣象目標檢測的關鍵技術手段。但是，傳統氣象雷達是在假定氣象目標是球形的基礎上進行探測的，實際上大多數氣象目標都是非球形粒子，所以傳統氣象雷達具有一定局限性。針對這一缺點設計了相控陣天氣雷達，它可以發射水平極化波和垂直極化波來獲取氣象目標的共極化回波(與發射波極化狀態相同的回波)和交叉極化回波(與發射波極化狀態正交的回波)，由此得到極化探測參數，包括差分反射率、差分相移、線性退偏振比等，這些參數可以提高氣象目標識別的準確性。但是相控陣雷達天線的極化特性隨著波束掃描角度的變化而改變，導致不同波束指向下對氣象目標觀測得到的極化散射矩陣不同，不可避免地會產生很大的極化測量誤差，所以怎樣對極化數據進行處理就成了亟待解決的問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于相控陣天氣雷達探測氣象目標的識別方法，以解決現有技術中存在的極化測量誤差很大的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種探測氣象目標的識別方法，包括以下步驟：

從相控陣天氣雷達回波數據中提取散射極化矩陣；

從所述散射極化矩陣中提取極化不變量特征；

將所述極化不變量特征輸入至混合高斯聚類模型，識別得到氣象目標；

所述混合高斯聚類模型包括多個子類，每個子類模型對應識別一種氣象目標。

進一步的，所述散射極化矩陣為：

其中，s_HH為水平發射水平接收的極化模式、s_VV為垂直發射垂直接收的極化模式、s_HV為水平發射垂直接收的極化模式、s_VH為垂直發射水平接收的極化模式。

進一步的，所述極化不變量特征包括行列式模、功率矩陣跡、本征極化橢圓率和不變量系數。

進一步的，所述行列式模為：

所述功率矩陣跡為：

P₁＝|s_HH|²+|s_VV|²+|s_HV|²

所述本征極化橢圓率為：

所述不變量系數為：

其中，j為復數，S’為本征極化橢圓率因子。

進一步的，所述混合高斯聚類模型的構建方法如下：

從相控陣天氣雷達歷史回波數據中提取散射極化矩陣；