[發明專利]雙偏振雷達頻域地物抑制方法

有效

• 申請號: 202110299224.7
• 申請日: 2021-03-21
• 公開（公告）號: CN112965069B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 趙坤;邵世卿;楊正瑋
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01S13/95
• 分類號: G01S13/95;G01S7/41
• 代理公司: 北京金蓄專利代理有限公司 11544
• 代理人: 喬賀

本發明公開了雙偏振雷達頻域地物抑制方法，包括對水平通道和垂直通道的I/Q數據進行加窗和FFT處理，計算頻域內的功率譜和相位譜；使用頻域數據，計算水平通道和垂直通道的基底噪聲并篩選出噪聲和有效信號分界點；選擇水平通道和垂直通道中零頻及其相鄰兩個功率譜數據，確定地物回波所占的頻點；分別濾除水平通道和垂直通道中確定為地物回波的頻譜分量，按照高斯型對氣象回波進行擬合填補，使相鄰兩次擬合結果符合功率差或徑向速度差的要求。該方法提高了雙偏振雷達的地物抑制能力，對雙偏振雷達參量估算質量的提升有重要意義。

技術領域

本發明涉及天氣雷達的地物抑制方法，尤其涉及雙偏振天氣雷達的頻域地物抑制方法，屬于雷達信號處理研究領域。

背景技術

在天氣雷達的地物抑制方面，Groginsky和Glover(1980)提出的凹口濾波方法(Notch Filter)成為應用最為廣泛的地物抑制方法，其利用地物回波多普勒徑向速度在0值附近的特點，使用帶阻濾波方法進行地物抑制。凹口濾波方法簡單易實現，但對氣象回波會產生損耗，尤其是對于多普勒徑向速度接近于0ms^-1的氣象回波。為此，Siggia和Passarelli(2004)提出了高斯模型自適應處理GMAP(Gaussian Model AdaptiveProcessing)方法，只要氣象回波和地物回波在頻域上的頻譜沒有嚴重重疊，GMAP算法就可以對地物進行很好地分離，從而恢復出氣象回波。但由于有限數目的采樣，頻域濾波會存在頻譜丟失的問題，這對參量的估算會帶來影響。Nguyen等(2008)提出了一種時域參量的地物濾除方法PTDM(Parametric Time Domain)，該方法基于信號特性的時域分析，不受頻譜丟失影響，在強地物回波影響下依然能夠很好地濾除，其主要缺點就是計算速度慢，大約是頻域濾波的十分之一。Li(2013)提出了BGMAP(Bi-Gaussian Model Adaptive Processing)算法，這是一種基于雙高斯模型的頻域地物濾除方法。與GMAP相比，該方法在反射率因子和譜寬方面表現較好，但是在處理徑向速度接近0的回波時，BGMAP方法在反射率因子Z_H估算方面依然有明顯損耗。

國內在地物濾除方面的研究進展較早，并且在回波信號的時域和頻域方面都開展了工作。早期的地物抑制多采用軟硬件結合的方式，如王賢勤等(1986)選用非相參三脈沖對消器來抑制地物雜波，提取氣象信號，并且在713雷達上試驗，取得地物雜波抑制比大于21dB，氣象信號損失小于5dB的結果。地物雜波圖的方法也被較早使用，王賢勤等(1987)在地物雜波抑制器上加載地物雜波圖，雜波區內能更有效地抑制地物雜波，提取氣象信息，雜波區外不進行地物雜波抑制處理。唐瑾等(2006)提出多普勒天氣雷達的交替PRT地物濾波算法，從頻域濾除地雜波的譜分量，并利用幅度反卷積和幅度譜校正重建天氣回波的頻譜，然后從重建的頻譜進行多普勒參量的估算。何建新等(2010)開展了自適應高斯濾波器在天氣雷達中的應用研究，分析了IIR橢圓濾波器和自適應高斯濾波器的雜波抑制性能，對結果進行分析比較，認為不使用雜波圖的自適應高斯濾波器的雜波抑制性能優于使用雜波圖IIR橢圓濾波器。宗蓉等(2017)利用模糊邏輯算法進行地物識別，通過直接剔除識別為地物的回波來實現地物抑制。

總體來說，頻域的地物抑制方法由于其靈活的處理方式和較好的效果，在多普勒天氣雷達中得到了廣泛應用，尤其是GMAP方法。然而對于雙偏振天氣雷達來說，現有的頻域地物抑制方法在處理水平通道和垂直通道的數據時，并沒有考慮氣象回波在兩個通道的相關性，這會導致處理后的信號在幅度和相位上產生偏差，帶來地物處理后雙偏振參量的估算問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是頻域地物抑制方法針對雙偏振天氣雷達處理過程中缺少對氣象回波水平通道和垂直通道相關性的考量從而導致處理后信號產生偏差，造成雙偏振參量估算不準確的結果。

為了解決上述技術問題，本方案的雙偏振雷達頻域地物抑制方法，包含如下步驟：