[發(fā)明專利]一種基于聚類雨衰關(guān)系的雨強(qiáng)自適應(yīng)估計系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110489466.2
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113177360B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉西川;蒲康;高太長;姬文明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張雪

本發(fā)明公開一種基于聚類雨衰關(guān)系的雨強(qiáng)自適應(yīng)估計系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括依次連接的：微波通信網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集處理終端、聚類單元、雨強(qiáng)反演單元；數(shù)據(jù)采集處理終端基于微波通信網(wǎng)中各鏈路發(fā)射端和接收端的電平信號，獲取待測區(qū)域以及若干組歷史降雨時段中的雨致衰減率，并將歷史雨致衰減率構(gòu)建為降雨樣本集；聚類單元采用聚類方法將降雨樣本劃分為k類，并根據(jù)距離最小原則對待測區(qū)域的雨致衰減率進(jìn)行自動歸類；雨強(qiáng)反演單元利用最小二乘法對各類降雨樣本分別建立雨衰關(guān)系，并對待測區(qū)域進(jìn)行降雨強(qiáng)度反演。本發(fā)明能夠適用于各類降雨樣本的雨衰關(guān)系，進(jìn)而實現(xiàn)降雨的精細(xì)化定量估計，可廣泛應(yīng)用于降水信息監(jiān)測等氣象信息遙感領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及雨強(qiáng)自適應(yīng)估計技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于聚類雨衰關(guān)系的雨強(qiáng)自適應(yīng)估計系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

城市水文信息的監(jiān)測需要獲取高時空分辨率的降雨資料。雖然天氣雷達(dá)能夠滿足這一要求，但是其需要標(biāo)定和經(jīng)常維護(hù)，且目前只有稀疏部署的雨量計可以用于標(biāo)定天氣雷達(dá)。現(xiàn)有商用通信網(wǎng)絡(luò)微波信號在傳輸過程中會受到路徑上降雨的衰減作用，根據(jù)這一基本原理，可以實現(xiàn)基于商用通信網(wǎng)絡(luò)的降雨信息監(jiān)測。由于該網(wǎng)絡(luò)覆蓋了地球大部分陸地表面，且密度很高(尤其在城市范圍內(nèi))，因此可以滿足全球范圍內(nèi)近地面、低成本、高時空分辨率的降雨信息獲取需求。

基于微波鏈路衰減信息反演降雨強(qiáng)度一般利用的是國際電信聯(lián)盟推薦的雨衰-雨強(qiáng)經(jīng)驗冪律關(guān)系(ITU-R P.838-3)，但是該關(guān)系的準(zhǔn)確性受雨滴譜分布的影響。當(dāng)微波運行頻率在40GHz以下(傳統(tǒng)商用通信網(wǎng)絡(luò)所運行頻段范圍)時，該關(guān)系受雨滴譜分布影響有限，因此對雨強(qiáng)及累積降雨量估計誤差較小。但是當(dāng)頻率大于40GHz后，這種雨滴譜分布影響將不可忽略。隨著5G通信技術(shù)的不斷普及，更高頻段如50GHz、60GHz、E波段(71-76GHz和81-86GHz)和92-95GHz的微波回程鏈路將在全世界廣泛部署。因此，為了高頻微波鏈路也能應(yīng)用于精確的定量降雨估計，需要對現(xiàn)有的雨衰關(guān)系進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于聚類雨衰關(guān)系的雨強(qiáng)自適應(yīng)估計系統(tǒng)及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，能夠適用于各類降雨樣本的雨衰關(guān)系，進(jìn)而實現(xiàn)降雨的精細(xì)化定量估計，可廣泛應(yīng)用于降水信息監(jiān)測等氣象信息遙感領(lǐng)域。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：本發(fā)明提供一種基于聚類雨衰關(guān)系的雨強(qiáng)自適應(yīng)估計系統(tǒng)，包括依次連接的：微波通信網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集處理終端、聚類單元、雨強(qiáng)反演單元；

其中，所述微波通信網(wǎng)包括若干條鏈路，每條所述鏈路包括接收端和發(fā)射端；

所述數(shù)據(jù)采集處理終端基于微波通信網(wǎng)中各鏈路發(fā)射端和接收端的電平信號，分別獲取待測區(qū)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(gòu)建為降雨樣本集；

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(jù)距離最小原則對待測區(qū)域的雨致衰減率進(jìn)行自動歸類；

所述雨強(qiáng)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(guān)系；所述雨強(qiáng)反演單元還基于待測區(qū)域雨致衰減率的自動歸類結(jié)果，采用相應(yīng)的雨衰關(guān)系對待測區(qū)域進(jìn)行降雨強(qiáng)度反演。

優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集處理終端包括依次連接的數(shù)據(jù)獲取單元、鏈路衰減獲取單元、雨致衰減率獲取單元；所述數(shù)據(jù)獲取單元分別與所述微波通信網(wǎng)中各鏈路的接收端和發(fā)射端連接，所述雨致衰減單元與所述聚類單元連接；

其中，所述數(shù)據(jù)獲取單元用于獲取微波通信網(wǎng)中各鏈路的發(fā)射電平、接收電平；

所述鏈路衰減獲取單元基于各鏈路的發(fā)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。

優(yōu)選地，微波通信網(wǎng)中鏈路的條數(shù)包括但不限于1條。