[發明專利]一種基于聚類雨衰關系的雨強自適應估計系統及方法

有效

• 申請號: 202110489466.2
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113177360B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 劉西川;蒲康;高太長;姬文明
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06K9/62
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張雪

1.一種基于聚類雨衰關系的雨強自適應估計系統，其特征在于，包括依次連接的：微波通信網、數據采集處理終端、聚類單元、雨強反演單元；

其中，所述微波通信網包括若干條鏈路，每條所述鏈路包括接收端和發射端；

所述數據采集處理終端基于微波通信網中各鏈路發射端和接收端的電平信號，分別獲取待測區域的雨致衰減率以及若干組歷史降雨時段中的雨致衰減率，并將若干組歷史降雨時段中的雨致衰減率構建為降雨樣本集，具體包括如下步驟：

S1.1、在區域內的微波通信網中選擇n條鏈路，n條鏈路所發射的微波頻率分別為，單位GHz，極化方式分別為，，…，；同一時刻，n條鏈路的發射電平分別為，，…，，單位dB，經過降雨空間后，接收電平分別為，單位dB；

S1.2、基于各鏈路的發射電平和接收電平，計算各鏈路的總衰減 ,單位dB，如下式所示：

；

其中，；

S1.3、基于各鏈路的總衰減，提取各鏈路的平均雨致衰減率，如下式所示：

其中，表示第i條鏈路的參考衰減值，單位dB，表示第i條鏈路的長度，；

所述聚類單元將各鏈路的所述雨致衰減率作為特征量，采用聚類方法將所述降雨樣本集中的降雨樣本劃分為k類；所述聚類單元還基于各類的聚類中心，根據距離最小原則對待測區域的雨致衰減率進行自動歸類；

所述雨強反演單元利用最小二乘法對降雨樣本集中的各類降雨樣本分別建立雨衰關系，具體方法如下所示：

其中，α和β為雨衰系數，和分別為某類降雨樣本中第t個降雨樣本的雨強估計值和真值，s為某類降雨樣本的數量，其中和的單位為：；

所述雨強反演單元還基于待測區域雨致衰減率的自動歸類結果，采用相應的雨衰關系對待測區域進行降雨強度反演。

2.根據權利要求1所述的基于聚類雨衰關系的雨強自適應估計系統，其特征在于，所述數據采集處理終端包括依次連接的數據獲取單元、鏈路衰減獲取單元、雨致衰減率獲取單元；所述數據獲取單元分別與所述微波通信網中各鏈路的接收端和發射端連接，所述雨致衰減率獲取單元與所述聚類單元連接；

其中，所述數據獲取單元用于獲取微波通信網中各鏈路的微波頻發射電平、接收電平；

所述鏈路衰減獲取單元基于各鏈路的發射電平和接收電平，計算各鏈路的總衰減；

所述雨致衰減率獲取單元基于各鏈路的總衰減，提取各鏈路的平均雨致衰減率。

3.根據權利要求1所述的基于聚類雨衰關系的雨強自適應估計系統，其特征在于，微波通信網中鏈路的條數包括但不限于1條。

4.一種基于聚類雨衰關系的雨強自適應估計方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、利用數據采集處理終端獲取若干組歷史降雨時段內微波通信網的鏈路接收端和發射端電平信號，基于微波通信網的鏈路接收端和發射端電平信號提取雨致衰減率，具體包括如下步驟：

S1.1、在區域內的微波通信網中選擇n條鏈路，n條鏈路所發射的微波頻率分別為，單位GHz，極化方式分別為,,…，；同一時刻，n條鏈路的發射電平分別為,,…，，單位dB，經過降雨空間后，接收電平分別為，單位dB；

S1.2、基于各鏈路的發射電平和接收電平，計算各鏈路的總衰減 ,單位dB，如下式所示：

其中，；

S1.3、基于各鏈路的總衰減，提取各鏈路的平均雨致衰減率，如下式所示：

其中，表示第i條鏈路的參考衰減值，單位dB，表示第i條鏈路的長度，其中，；

S2、將各鏈路的雨致衰減率作為特征量，采用聚類方法將降雨樣本集中的降雨樣本劃分為k類；

S3、利用最小二乘法，對降雨樣本集中的各類降雨樣本分別建立雨衰關系；其中，對降雨樣本集中的各類降雨樣本分別建立雨衰關系的方法如下式所示：

其中，α和β為雨衰系數，和分別為某類降雨樣本中第t個降雨樣本的雨強估計值和真值，s為某類降雨樣本的數量，其中和的單位為：；

S4、獲取待測區域的雨致衰減率，基于步驟S2中各類的聚類中心，根據距離最小原則對待測區域的雨致衰減率進行自動歸類，基于歸類結果，采用相應的雨衰關系對待測區域進行降雨強度反演。