CN107703508A - 多频段云雨测量装置及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多频段云雨测量装置及测量方法，包括：第一雷达、第二雷达和第一数据处理模块，所述第一雷达和所述第二雷达均连接所述第一数据处理模块；一种基于所述的多频段云雨测量装置的多频段云雨测量方法，包括：所述第一雷达采集Ku频段上的降雨气象信息，发送给所述第一数据处理模块；第二雷达采集Ka频段上的云气象信息，发送给所述第一数据处理模块；所述第一数据处理模块根据所述降雨气象信息和所述云气象信息，获取第一云雨统计信息。本发明利用Ka频段在云、弱降水等气象目标探测上的优势，与Ku频段对强降水等天气过程探测获取的数据进行互补，形成对不同天气晴雨转换过程的连续探测。

Description

多频段云雨测量装置及测量方法
技术领域
本发明涉及一种气象检测技术领域，尤其涉及一种多频段云雨测量装置及测量方法。
背景技术
地球表面约50％以上天空被云层覆盖，云在大气能量分配、辐射传输，尤其是水循环系统中发挥着举足轻重的作用。在地球-大气系统中，云以释放潜热的形式向大气输送热量，其所蕴含的固态水分、液态水分不仅会造成自然降水，对天气和气候产生重大影响，同时也是人工影响天气的最重要对象，因此，对云、雨分布、特性及其演化运动过程的观测和研究已成为大气科学研究的热点之一，在云物理研究、人工影响天气、气候变化检测和航空航天等领域具有重要意义。这其中，雷达是唯一能够分辨云和降水完整的垂直结构的一种手段。
到目前为止，由于雷达技术的限制，当前的测云-降雨雷达系统只能聚焦于完成自身一部分测量任务。例如低频段(如Ku波段)的雷达不能够满足测云所需的高灵敏度，只能局限于测量降雨；而高频段雷达(如Ka波段)，能够满足测云所需的高灵敏度要求，但是测量强降雨时，功率衰减又十分严重。
发明内容
本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的多频段云雨测量装置及测量方法。
第一方面，本发明提供一种多频段云雨测量装置，包括：第一雷达、第二雷达和第一数据处理模块，所述第一雷达和所述第二雷达均连接所述第一数据处理模块；
所述第一雷达，用于采集Ku频段上的降雨气象信息，发送给所述第一数据处理模块；
所述第二雷达，用于采集Ka频段上的云气象信息，发送给所述第一数据处理模块；
所述第一数据处理模块，用于根据所述降雨气象信息和所述云气象信息，获取第一云雨统计信息。
优选的，还包括：微波辐射计，所述微波辐射计连接所述第一数据处理模块；
所述微波辐射计，用于采集Ka频段上的低时空分辨率的云、雨分布的测量信息，发送给所述第一数据处理模块；
所述第一数据处理模块，用于根据所述降雨气象信息、所述云气象信息和所述低时空分辨率的云、雨分布的测量信息，获取第二云雨统计信息。
优选的，还包括：伺服电机；
所述第一雷达、所述第二雷达和所述微波辐射计安装在所述伺服电机上，所述第一数据处理模块连接所述伺服电机；
所述第一数据处理模块，还用于根据所述第一云雨统计信息或第二云雨统计信息向所述伺服电机发送第一扫描工作模式控制指令；
所述伺服电机，用于根据所述第一扫描工作模式控制指令转动，以带动所述第一雷达和所述第二雷达和所述微波辐射计转动。
优选的，还包括第二数据处理模块，所述第二数据处理模块连接所述伺服电机；
所述第二数据处理模块，用于接收第二扫描工作模式控制指令，并根据所述第二扫描工作模式控制指令控制所述伺服电机转动，以带动所述第一雷达、所述第二雷达和所述微波辐射计转动。
优选的，还包括：显示模块，所述显示模块连接所述第一数据处理模块；
所述第一数据处理模块，还用于将所述第一云雨统计信息和所述第二云雨统计信息发送给所述显示模块；
所述显示模块，用于显示所述第一云雨统计信息和所述第二云雨统计信息。
优选的，还包括：配电模块，所述配电模块分别与所述第一雷达、所述第二雷达、所述微波辐射计、所述第一数据处理模块、所述伺服电机、所述第二数据处理模块和所述显示模块连接，用于为所述第一雷达、所述第二雷达、所述微波辐射计、所述第一数据处理模块、所述伺服电机、所述第二数据处理模块和所述显示模块供电。
优选的，所述第一雷达、所述第二雷达和所述微波辐射计均为全极化雷达。
优选的，所述第一数据处理模块，还用于存储所述第一云雨统计信息和所述第二云雨统计信息。
第二方面，本发明还提供一种基于所述的多频段云雨测量装置的多频段云雨测量方法，包括：
所述第一雷达采集Ku频段上的降雨气象信息，发送给所述第一数据处理模块；
第二雷达采集Ka频段上的云气象信息，发送给所述第一数据处理模块；
所述第一数据处理模块根据所述降雨气象信息和所述云气象信息，获取第一云雨统计信息。
优选的，所述方法还包括：
所述微波辐射计采集Ka频段上的低时空分辨率的云、雨分布的测量信息，发送给所述第一数据处理模块；
所述第一数据处理模块根据所述降雨气象信息、所述云气象信息和所述低时空分辨率的云、雨分布的测量信息，获取第二云雨统计信息。
由上述技术方案可知，本发明利用Ka频段在云、弱降水等气象目标探测上的优势，与Ku频段对强降水等天气过程探测获取的数据进行互补，形成对不同天气晴雨转换过程的连续探测。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种多频段云雨测量装置的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1示出了本发明一实施例提供的一种多频段云雨测量装置的结构框图。
如图1所示的一种多频段云雨测量装置，包括：第一雷达1、第二雷达2和第一数据处理模块3，所述第一雷达1和所述第二雷达2均连接所述第一数据处理模块3；
所述第一雷达1，用于采集Ku频段上的降雨气象信息，发送给所述第一数据处理模块3；
所述第二雷达2，用于采集Ka频段上的云气象信息，发送给所述第一数据处理模块3；
所述第一数据处理模块3，用于根据所述降雨气象信息和所述云气象信息，获取第一云雨统计信息。
可以理解的是，所述第一雷达1主要用于实现在Ku频段上的降雨气象目标的主动探测；所述第二雷达2主要用于实现在Ka频段上的云气象目标的主动探测。
本实施例利用Ka频段在云、弱降水等气象目标探测上的优势，与Ku频段对强降水等天气过程探测获取的数据进行互补，形成对不同天气晴雨转换过程的连续探测。
在实际应用中，使用雷达等主动式云雨测量方式通常需要对雨滴谱做出符合实际情况的先验性的假设，才能实现云、雨观测的高精度测量，如果能够联合被动式测量方式(例如微波辐射计)，则可以形成主被动优势互补，提高测量精度。
因此，作为一种优选实施例，还包括：微波辐射计4，所述微波辐射计4连接所述第一数据处理模块3；
所述微波辐射计4，用于采集Ka频段上的低时空分辨率的云、雨分布的测量信息，发送给所述第一数据处理模块3；
所述第一数据处理模块3，用于根据所述降雨气象信息、所述云气象信息和所述低时空分辨率的云、雨分布的测量信息，获取第二云雨统计信息。
可以理解的是，所述降雨气象信息和所述云气象信息可包括：云雨目标的位置与分布、回波强度、径向速度、速度谱宽和全极化参数等信息。所述第一云雨统计信息可包括：云场分布、云水含量、滴谱分布、云层识别和分类、云粒子相态识别、液态水含量分布、水汽分类、平均液滴直径、瞬时降雨率、单位体积数浓度等。
可以理解的是，所述微波辐射计4主要用于实现Ka频段上的低时空分辨率的云、雨分布的被动测量。
本实施例基于辐射计测量云雨精度高和雷达具有良好距离分辨率的优势，其测量结果的准确性和空间分辨率均会达到较好的效果，从而提高测量精度。
作为一种优选实施例，还包括：伺服电机5；
所述第一雷达1、所述第二雷达2和所述微波辐射计4安装在所述伺服电机5上，所述第一数据处理模块3连接所述伺服电机5；
所述第一数据处理模块3，还用于根据所述第一云雨统计信息或第二云雨统计信息向所述伺服电机5发送第一扫描工作模式控制指令；
所述伺服电机5，用于根据所述第一扫描工作模式控制指令转动，以带动所述第一雷达1、所述第二雷达2和所述微波辐射计4转动。
可以理解的是，在还没有对云雨信息进行采集前，可以通过外部的第二扫描工作模式控制指令控制伺服电机5转动，从而进行相应扫描，因此，作为一种优选实施例，还包括第二数据处理模块，所述第二数据处理模块连接所述伺服电机5；
所述第二数据处理模块，用于接收第二扫描工作模式控制指令，并根据所述第二扫描工作模式控制指令控制所述伺服电机5转动，以带动所述第一雷达1、所述第二雷达2和所述微波辐射计4转动。
在上述两种实施例中，所述第一数据处理模块3和所述第二数据处理模块可控制测量装置的测量模式(第一雷达1、第二雷达2和微波辐射计4的扫描方式)，测量模式包括：定点扫描模式、波束平面扫描模式、垂直扫描模式、立体扫描模式等；
其中，定点扫描模式是测量装置的天线(第一雷达1、第二雷达2和微波辐射计4的天线)的波束对着某个固定的点，保持方位和俯仰位置不变的测量模式；
波束平面扫描模式是测量装置天线(第一雷达1、第二雷达2和微波辐射计4的天线)的波束在俯仰上固定在某个角度，方位角旋转扫描的测量模式；
垂直扫描模式是测量装置天线(第一雷达1、第二雷达2和微波辐射计4的天线)的波束对某个指定探测区域实现剖面分析的测量模式；
立体扫描模式是测量装置天线(第一雷达1、第二雷达2和微波辐射计4的天线)的波束在多个不同高度层进行波束平面扫描的测量模式；
可见，所述伺服电机5用于控制所述第一雷达1、第二雷达2和微波辐射计4的测量天线在俯仰和水平方位两个方向进行机械扫描运动。
可以理解的是，本实施例根据所述第一云雨统计信息或第二云雨统计信息控制伺服电机5转动，从而使下一次的扫描更具针对性，获取的检测信息更有价值。
作为一种优选实施例，还包括：显示模块，所述显示模块连接所述第一数据处理模块3；
所述第一数据处理模块3，还用于将所述第一云雨统计信息和所述第二云雨统计信息发送给所述显示模块；
所述显示模块，用于显示所述第一云雨统计信息和所述第二云雨统计信息。
可以理解的是，显示所述第一云雨统计信息和所述第二云雨统计信息，如可将所述第一云雨统计信息和所述第二云雨统计信息做成分布图的方式进行显示，可以更直观的观看测量结果。
如图1所示，可将所述显示模块和所述第二数据处理模块设置为一体，形成显示控制模块6。
作为一种优选实施例，还包括：配电模块7，所述配电模块7分别与所述第一雷达1、所述第二雷达2、所述微波辐射计4、所述第一数据处理模块3、所述伺服电机5、所述第二数据处理模块和所述显示模块连接，用于为所述第一雷达1、所述第二雷达2、所述微波辐射计4、所述第一数据处理模块3、所述伺服电机5、所述第二数据处理模块和所述显示模块供电。
作为一种优选实施例，所述第一雷达1、所述第二雷达2和所述微波辐射计4均为全极化雷达。
所述第一数据处理模块3，还用于存储所述第一云雨统计信息和所述第二云雨统计信息。从而便于查询。
所述第一数据处理模块3和所述第二数据处理模块可集成在一起，采用控制器实现。
如图1所示，所述第一雷达1包括：Ku频段天线、Ku频段馈线组件、Ku频段发射机、Ku频段接收和频综模块、Ku频段数字接收机；所述Ku频段发射机的输出连接所述Ku频段馈线组件的输入，所述Ku频段馈线组件的输出连接所述Ku频段天线的输入，所述Ku频段天线的输出连接所述Ku频段馈线组件的输入，所述Ku频段馈线组件的输出连接所述Ku频段接收和频综模块的输入，所述Ku频段接收和频综模块的输出连接所述Ku频段数字接收机的输入。
所述第二雷达2包括：Ka频段天线、Ka频段馈线组件、Ka频段发射机、Ka频段接收和频综模块、Ka频段数字接收机；
所述Ka频段发射机的输出连接所述Ka频段馈线组件的输入，所述Ka频段馈线组件的输出连接所述Ka频段天线的输入，所述Ka频段天线的输出连接所述Ka频段馈线组件的输入，所述Ka频段馈线组件的输出连接所述Ka频段接收和频综模块的输入，所述Ka频段接收和频综模块的输出连接所述Ka频段数字接收机的输入。
所述微波辐射计4包括：Ka频段天线、Ka频段馈线组件、第二Ka频段接收和频综模块、第二Ka频段数字接收机；所述Ka频段馈线组件的输出连接所述第二Ka频段接收和频综模块的输入，所述第二Ka频段接收和频综模块的输出连接所述第二Ka频段数字接收机的输入。
所述第二雷达2和所述微波辐射计4共用相同的Ka频段天线和Ka频段馈线组件。
本发明还提供一种基于所述的多频段云雨测量装置的多频段云雨测量方法，包括：
所述第一雷达采集Ku频段上的降雨气象信息，发送给所述第一数据处理模块；
第二雷达采集Ka频段上的云气象信息，发送给所述第一数据处理模块；
所述第一数据处理模块根据所述降雨气象信息和所述云气象信息，获取第一云雨统计信息。
本实施例利用Ka频段在云、弱降水等气象目标探测上的优势，与Ku频段对强降水等天气过程探测获取的数据进行互补，形成对不同天气晴雨转换过程的连续探测。
作为一种优选实施例，所述方法还包括：
所述微波辐射计采集Ka频段上的低时空分辨率的云、雨分布的测量信息，发送给所述第一数据处理模块；
所述第一数据处理模块根据所述降雨气象信息、所述云气象信息和所述低时空分辨率的云、雨分布的测量信息，获取第二云雨统计信息。
本实施例基于辐射计测量云雨精度高和雷达具有良好距离分辨率的优势，其测量结果的准确性和空间分辨率均会达到较好的效果，从而提高测量精度。
本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种多频段云雨测量装置，其特征在于，包括：第一雷达、第二雷达和第一数据处理模块，所述第一雷达和所述第二雷达均连接所述第一数据处理模块；
所述第一雷达，用于采集Ku频段上的降雨气象信息，发送给所述第一数据处理模块；
所述第二雷达，用于采集Ka频段上的云气象信息，发送给所述第一数据处理模块；
所述第一数据处理模块，用于根据所述降雨气象信息和所述云气象信息，获取第一云雨统计信息。
2.根据权利要求1所述的多频段云雨测量装置，其特征在于，还包括：微波辐射计，所述微波辐射计连接所述第一数据处理模块；
所述微波辐射计，用于采集Ka频段上的低时空分辨率的云、雨分布的测量信息，发送给所述第一数据处理模块；
所述第一数据处理模块，用于根据所述降雨气象信息、所述云气象信息和所述低时空分辨率的云、雨分布的测量信息，获取第二云雨统计信息。
3.根据权利要求2所述的多频段云雨测量装置，其特征在于，还包括：伺服电机；
所述第一雷达、所述第二雷达和所述微波辐射计安装在所述伺服电机上，所述第一数据处理模块连接所述伺服电机；
所述第一数据处理模块，还用于根据所述第一云雨统计信息或第二云雨统计信息向所述伺服电机发送第一扫描工作模式控制指令；
所述伺服电机，用于根据所述第一扫描工作模式控制指令转动，以带动所述第一雷达和所述第二雷达和所述微波辐射计转动。
4.根据权利要求3所述的多频段云雨测量装置，其特征在于，还包括第二数据处理模块，所述第二数据处理模块连接所述伺服电机；
所述第二数据处理模块，用于接收第二扫描工作模式控制指令，并根据所述第二扫描工作模式控制指令控制所述伺服电机转动，以带动所述第一雷达、所述第二雷达和所述微波辐射计转动。
5.根据权利要求2所述的多频段云雨测量装置，其特征在于，还包括：显示模块，所述显示模块连接所述第一数据处理模块；
所述第一数据处理模块，还用于将所述第一云雨统计信息和所述第二云雨统计信息发送给所述显示模块；
所述显示模块，用于显示所述第一云雨统计信息和所述第二云雨统计信息。
6.根据权利要求5所述的多频段云雨测量装置，其特征在于，还包括：配电模块，所述配电模块分别与所述第一雷达、所述第二雷达、所述微波辐射计、所述第一数据处理模块、所述伺服电机、所述第二数据处理模块和所述显示模块连接，用于为所述第一雷达、所述第二雷达、所述微波辐射计、所述第一数据处理模块、所述伺服电机、所述第二数据处理模块和所述显示模块供电。
7.根据权利要求2所述的多频段云雨测量装置，其特征在于，所述第一雷达、所述第二雷达和所述微波辐射计均为全极化雷达。
8.根据权利要求2所述的多频段云雨测量装置，其特征在于，所述第一数据处理模块，还用于存储所述第一云雨统计信息和所述第二云雨统计信息。
9.一种基于权利要求1-8中任一项所述的多频段云雨测量装置的多频段云雨测量方法，其特征在于，包括：
所述第一雷达采集Ku频段上的降雨气象信息，发送给所述第一数据处理模块；
第二雷达采集Ka频段上的云气象信息，发送给所述第一数据处理模块；
所述第一数据处理模块根据所述降雨气象信息和所述云气象信息，获取第一云雨统计信息。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述微波辐射计采集Ka频段上的低时空分辨率的云、雨分布的测量信息，发送给所述第一数据处理模块；
所述第一数据处理模块根据所述降雨气象信息、所述云气象信息和所述低时空分辨率的云、雨分布的测量信息，获取第二云雨统计信息。
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