[發明專利]氣象雷達探測的有效立體空域細分逼近計算方法

有效

• 申請號: 202110320817.7
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113156441B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 呂雪芹;佘聰;敖振浪;劉夢露
• 申請（專利權）人: 廣東省氣象探測數據中心;廣州合智金豐科技有限公司
• 主分類號: G01S13/95
• 分類號: G01S13/95;G01S7/41
• 代理公司: 北京化育知識產權代理有限公司 11833
• 代理人: 秦麗

1.氣象雷達探測的有效立體空域細分逼近計算方法，包括以下步驟：步驟一，高程數據的獲取；步驟二，設定高度范圍和層次；步驟三，打開文件；步驟四，一次計算；步驟五，繪畫；步驟六，讀出數據；步驟七，二次計算；步驟八，三次計算；步驟九，四次計算；步驟十，五次計算；步驟十一，計算角度；步驟十二，計算體積；步驟十三，計算半徑；步驟十四，計算占比；其特征在于：

其中在上述步驟一中，通過地理信息系統獲取DEM數據，以雷達站為中心，按照一周360°每0.25°方位角從DEM中讀取0-L₁范圍內的阻擋物高程值，且阻擋物高程值單位為千米，經過地球曲率修正，篩選出對雷達發射波束阻擋最大高度值和對應的距離數據，生成阻擋角數據文件Data.TXT；

其中在上述步驟二中，根據雷達業務實際運行情況，假定掃描仰角為0°，測站饋源上空0-L₂數值范圍每隔100m一層；

其中在上述步驟三中，打開Data.TXT文件，讀出第一組高程數據和距離數據，計算相對應方位的阻擋角；

其中在上述步驟四中，計算第n高度層雷達可以探測到的最遠距離Distant，在第n高度層上大于Distant的該方位后面的空域是掃描不到的；

其中在上述步驟五中，畫出該測站的等射束高度圖，以雷達站為原點，方位角0.25°夾角，以探測到的最遠距離Distant為等腰三角形的腰長，構成的等腰三角形，計算出這個等腰三角形的面積，面積計算公式為S＝0.5*Distant*Distant*Sin0.25°；且等腰三角形的面積單位為平方千米；一周總共1440個不同的等腰三角形，求面積之和，就是逼近該高度層的有效探測面積；循環往復，總共計算測站饋源上空0-L₂數值之間的各層有效面積，保存到各層面積數據文件S.TXT；

其中在上述步驟六中，打開S.TXT文件，逐條讀出400組面積數據，按照每層100m高度近似計算該層可探測空間體積，且該層可探測空間體積計算公式為V_可＝面積S_i*高度＝S_i*0.1，且可探測空間體積單位為立方千米，一共高度層體積累加之和得到有效空域體積V1，也就是整個掃描仰角0°到20°之間、探測距離數值則為L₁、測站饋源上空0-L₂數值范圍雷達能夠探測到的空域，這個體積就是雷達掃描沒有受到阻擋的那部分空域；

其中在上述步驟七中，計算靜椎區體積V2：由于目前我國業務使用的S波段氣象雷達觀測模式設定掃描仰角范圍是0°到20°，則仰角20°以上、測站饋源上空0-L₂數值高空范圍是業務雷達探測不到的靜錐區空域；根據圓錐體積公式是V2＝1/3Sh₁，S是圓錐的底面積，h₁是圓錐的高，那么靜錐區體積V2＝1/3*π*(L₂/Tan20°)*(L₂/Tan(20°)*L₂，且靜錐區體積V2的單位為立方千米；

其中在上述步驟八中，假如沒有任何阻擋，那么整個掃描仰角0°到20°之間、探測距離數值則為L₁、測站饋源上空0-L₂數值高空范圍雷達應探測空域體積，可以根據圓錐體公式計算，應探測空域體積＝π*L₁*L₁*L₂，且應探測空域體積的單位為立方千米；默認掃描空域體積V10＝應探測空域體積-靜椎區體積V2，且默認掃描空域體積V10的單位為立方千米；

其中在上述步驟九中，計算掃描盲區體積V3：V3＝天線海拔高度*雷達掃描覆蓋區面積＝h₂*π*L₁*L₁；且h₂為雷達天線饋源安裝在海拔的高度，且單位為千米；

其中在上述步驟十中，計算雷達站下面海拔高度0m到地球中心與探測距離數值L₁范圍形成的圓錐柱體體積V5：根據圓錐體積公式是V5＝1/3Sh₂，S是圓錐的底面積，h₂是圓錐的高，那么V5＝1/3*π*探測半徑*探測半徑*地球半徑＝π*L₁*L₁*6371.393/3，且V5的單位為立方千米；

其中在上述步驟十一中，首先計算θ＝Atan(L₁/6371.393)；球缺的高H＝地球半徑R(1-Cosθ)；根據球缺體積公式V_球＝πH²(R-H/3)，從而計算得到球缺體積V6，其中R是地球的半徑,H是球缺的高；球缺下面圓錐體體積V7＝1/3*(6371.393*Cosθ)*π*(6371.393*Sinθ)*(6371.393*Sinθ)；

其中在上述步驟十二中，計算地曲盲區體積V4＝圓錐柱體體積V5-球缺體積V6-球缺下面圓錐體體積V7；

其中在上述步驟十三中，計算雷達探測距離數值L₁、測站饋源上空L₂數值以下的總空域體積V0＝默認掃描空域體積V10+靜椎區體積V2+掃描盲區體積V3+地曲盲區體積V4；

其中在上述步驟十四中，通過以上各體積的計算結果，可以計算出各部分體積的占比，其中有效探測立體空域占總空域體積的百分比：percentage1＝有效空域體積V1/總空域體積V0；且有效探測立體空域占總空域體積的百分比雷達站L₁探測半徑、饋源上空L₂以下范圍內計算；有效探測立體空域占默認掃描空域的百分比：percentage2＝有效空域體積V1/默認掃描空域體積V10，且有效探測立體空域占默認掃描空域的百分比在雷達站0°到20°仰角、測站饋源上空0-L₂數值高度范圍內計算；靜椎區空域體積占總空域體積的百分比：percentage3＝靜椎區體積V2/總空域體積V0；低空掃描盲區占總空域體積的百分比：percentage4＝(掃描盲區體積V3+地曲盲區體積V4)/總空域體積V0，且低空掃描盲區占總空域體積的百分比在天線饋源以下、仰角0°以下范圍內計算。