CN113325422B - 天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理方法和系统 - Google Patents

天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理方法和系统 Download PDF

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CN113325422B CN202110444312.1A CN202110444312A CN113325422B CN 113325422 B CN113325422 B CN 113325422B CN 202110444312 A CN202110444312 A CN 202110444312A CN 113325422 B CN113325422 B CN 113325422B
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Abstract

本发明提供了一种天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理方法和系统，根据天基测雨雷达工作模式、观测几何模型和运动关系联立方程组；以WGS‑84坐标系为参考，解算定位方程组获得不同斜距下观测区域的位置信息；通过坐标转换获得目标的经纬度及海平面高度信息；以目标定位结果为基础，建立三维网格数组，分别表示经度、纬度和海平面高度，网格中每个元素值表示对应经纬度和海平面高度的雷达回波功率值；最后以海平面高度为单位进行剖面处理实现空间降雨信息的三维显示。本发明利用微波信号的穿透性和雷达在径向距离上的垂直分辨能力，接收不同高度降雨回波，反演得到精确的降雨强度和降雨类型等信息，提高了天基降雨测量能力。

Description

天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理方法和系统
技术领域
本发明涉及气象卫星数据处理技术领域，具体地，涉及一种天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理方法和系统。
背景技术
在气象卫星遥感技术中，光学与红外遥感技术具有较佳的分辨率和可判读性，但易被云雨遮盖，无法进行降雨强度精确测量；被动微波遥感具有全天时、全天候的特点，但对降雨的测量存在局限性，也无法高精度测量。
在本发明之前，我国尚无天基测雨雷达，气象雷达主要集中在陆地和机载平台上，天基测雨雷达是一种新型气象观测手段。目前，国内外针对天基测雨雷达的研究主要集中在系统设计(包括频率选择、扫描模式、时序分析、软硬件设计等)和测雨雷达数据反演(包括气象信息与雷达间的关系、标定技术等)等方面，而对天基测雨雷达的目标定位及具体的降雨信息三维处理技术描述较少，很多研究成果仅是给出气象雷达方程，但未给出降雨观测区域的具体目标定位计算方法。也有气象雷达信号处理技术方面的研究，但主要是给出系统设计方案及其软硬件实现过程，但未给出降雨信息三维处理方法和具体流程。
同时根据国内外文献调研，星载合成孔径雷达目标定位是采用距离-多普勒定位算法，建立斜距方程、多普勒运动方程和地球椭球模型方程，联立三个方程进行目标位置解算。但天基测雨雷达未采用合成孔径雷达体制，无法建立多普勒运动方程，且测雨雷达非对地表观测，也无法建立地球椭球模型。
专利文献CN111398964B(申请号：CN202010280214.4)公开了一种基于强降水识别与数值大气模式驱动的雷达临近预报方法，包括以下步骤：步骤1、基于相态分区的对流核格点识别；步骤2、采用雷达反射率在水平向和垂向的梯度或雷达反射率在水平向和径向的梯度再次识别对流核格点；步骤3、基于三维区域增长法的对流核格点搜索，直至将所有格点搜索完毕；步骤4、所有格点集合确定为对流区；步骤5、持续监测对流核格点并叠加风场信息，确定降雨落区；步骤6、降雨临近预报。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理方法和系统。
根据本发明提供的天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理方法，包括：
步骤一：在WGS-84地固坐标系下，通过GPS或北斗系统测量获得任一观测时刻卫星平台位置和速度运动参数值，同时通过测雨雷达回波时延测量值计算任意采样点对应的斜距值，斜距对应的观测区域位置坐标为未知坐标值，通过卫星平台位置与观测区域未知坐标值建立斜距方程；
步骤二：根据测雨雷达已知的波束扫描角度，在WGS-84坐标系下，利用余弦定理建立卫星平台位置矢量、波束指向矢量和波束扫描角度的余弦方程；
步骤三：根据测雨雷达运动方向矢量与波束指向矢量垂直正交的关系建立正交方程；
步骤四：联立斜距方程、余弦方程和正交方程，进行方程组解算，得到斜距对应观测区域的位置坐标值；
步骤五：在地固坐标系下将已解算得到的位置坐标值进行经纬度及海平面高度转换，获得观测区域目标对应的经纬度及海平面高度值；
步骤六：拟建立三维网格数组，分别表示经度、纬度和海平面高度，网格中每个元素值表示对应经度、纬度和海平面高度的雷达回波功率值；
步骤七：将目标定位的经纬度及海平面高度结果与网格进行匹配，并提取相应的回波功率值作为三维数组的元素值；
步骤八：以海平面高度为参考，进行不同海平面高度下的剖面显示处理，得到任一海平面高度下不同经纬度分布区域的降雨空间三维信息显示。
优选的，所述步骤二包括：
以WGS-84地固坐标系作为参考坐标系，以测量获得的卫星平台位置点坐标值作为一个矢量；
以WGS-84地固坐标系作为参考坐标系，将测量获得的卫星平台位置坐标值和待定位观测区域位置坐标值进行做差获得一个矢量；
以波束扫描角度为两个矢量的夹角。
优选的，所述步骤三包括：
利用卫星平台速度矢量与波束指向矢量垂直正交的关系，通过两个矢量相乘等于0建立正交方程；
以WGS-84地固坐标系作为参考坐标系，以测量获得的卫星运动速度作为一个矢量；
以WGS-84地固坐标系作为参考坐标系，将测量获得的卫星平台位置坐标值和待定位观测区域位置坐标值进行做差获得另一个向量，即波束指向矢量。
优选的，通过斜距R、波束扫描角度θ、飞行矢量关系确立斜距方程、余弦方程和正交方程，表达式分别为：
(xs-x)2+(ys-y)2+(zs-z)2＝R2…………(1)
Figure BDA0003036170230000031
vx(xs-x)+vy(ys-y)+vz(zs-z)＝0…………(3)
其中，卫星平台位置坐标值和速度的运动参数信息，分别表示为(xs，ys，zs)和(vx，vy，vz)；斜距R对应的观测区域位置坐标为(x，y，z)。
优选的，三个方程求解后得到：
Figure BDA0003036170230000032
y＝e+f·z…………(5)
x＝b+c·y+d·z…………(6)
其中：z方程中左侧位置视去负号、右侧位置视取正号；
Figure BDA0003036170230000033
Figure BDA0003036170230000034
Figure BDA0003036170230000035
Figure BDA0003036170230000036
Figure BDA0003036170230000037
Figure BDA0003036170230000038
g＝(c·f+d)2+f2+1…………(13)
h＝2[(b+c·e)·(c·f+d)+e·f-xs·(c·f+d)-(ys·f+zs)]…………(14)
i＝a2+(b+c·e)2+e2-2·xs·(b+c·e)-2·ys·e-R2…………(15)
在地固坐标系下进行经纬度及海平面高度转换，获得观测区域对应的经纬度及海平面高度值，表示为(lat,lon,h)，其中lat表示经度，lon表示纬度，h表示海平面高度。
根据本发明提供的天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理系统，包括：
模块M1：在WGS-84地固坐标系下，通过GPS或北斗系统测量获得任一观测时刻卫星平台位置和速度运动参数值，同时通过测雨雷达回波时延测量值计算任意采样点对应的斜距值，斜距对应的观测区域位置坐标为未知坐标值，通过卫星平台位置与观测区域未知坐标值建立斜距方程；
模块M2：根据测雨雷达已知的波束扫描角度，在WGS-84坐标系下，利用余弦定理建立卫星平台位置矢量、波束指向矢量和波束扫描角度的余弦方程；
模块M3：根据测雨雷达运动方向矢量与波束指向矢量垂直正交的关系建立正交方程；
模块M4：联立斜距方程、余弦方程和正交方程，进行方程组解算，得到斜距对应观测区域的位置坐标值；
模块M5：在地固坐标系下将已解算得到的位置坐标值进行经纬度及海平面高度转换，获得观测区域目标对应的经纬度及海平面高度值；
模块M6：拟建立三维网格数组，分别表示经度、纬度和海平面高度，网格中每个元素值表示对应经度、纬度和海平面高度的雷达回波功率值；
模块M7：将目标定位的经纬度及海平面高度结果与网格进行匹配，并提取相应的回波功率值作为三维数组的元素值；
模块M8：以海平面高度为参考，进行不同海平面高度下的剖面显示处理，得到任一海平面高度下不同经纬度分布区域的降雨空间三维信息显示。
优选的，所述模块M2包括：
以WGS-84地固坐标系作为参考坐标系，以测量获得的卫星平台位置点坐标值作为一个矢量；
以WGS-84地固坐标系作为参考坐标系，将测量获得的卫星平台位置坐标值和待定位观测区域位置坐标值进行做差获得一个矢量；
以波束扫描角度为两个矢量的夹角。
优选的，所述模块M3包括：
利用卫星平台速度矢量与波束指向矢量垂直正交的关系，通过两个矢量相乘等于0建立正交方程；
以WGS-84地固坐标系作为参考坐标系，以测量获得的卫星运动速度作为一个矢量；
以WGS-84地固坐标系作为参考坐标系，将测量获得的卫星平台位置坐标值和待定位观测区域位置坐标值进行做差获得另一个向量，即波束指向矢量。
优选的，通过斜距R、波束扫描角度θ、飞行矢量关系确立斜距方程、余弦方程和正交方程，表达式分别为：
(xs-x)2+(ys-y)2+(zs-z)2＝R2…………(1)
Figure BDA0003036170230000051
vx(xs-x)+vy(ys-y)+vz(zs-z)＝0…………(3)
其中，卫星平台位置坐标值和速度的运动参数信息，分别表示为(xs，ys，zs)和(vx，vy，vz)；斜距R对应的观测区域位置坐标为(x，y，z)。
优选的，三个方程求解后得到：
Figure BDA0003036170230000052
y＝e+f·z…………(5)
x＝b+c·y+d·z…………(6)
其中：z方程中左侧位置视去负号、右侧位置视取正号；
Figure BDA0003036170230000053
Figure BDA0003036170230000054
Figure BDA0003036170230000055
Figure BDA0003036170230000056
Figure BDA0003036170230000057
Figure BDA0003036170230000058
g＝(c·f+d)2+f2+1…………(13)
h＝2[(b+c·e)·(c·f+d)+e·f-xs·(c·f+d)-(ys·f+zs)]…………(14)
i＝a2+(b+c·e)2+e2-2·xs·(b+c·e)-2·ys·e-R2…………(15)
在地固坐标系下进行经纬度及海平面高度转换，获得观测区域对应的经纬度及海平面高度值，表示为(lat,lon,h)，其中lat表示经度，lon表示纬度，h表示海平面高度。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明基于天基测雨雷达运动几何模型建立斜距方程、余弦方程和正交方程，联立方程组，在已知斜距值、卫星平台定轨信息和波束扫描角度的条件下可以快速解算得到降雨观测区域的位置信息，为降雨信息的三维处理提供基础；
2、本发明的针对降雨信息三维处理，建立三维网格数组，数组三轴分别表示经度、纬度和海平面高度，网格数组与目标定位结果进行匹配，匹配后提取对应斜距处的回波功率值为数组元素值，为降雨信息的垂直三维显示提供基础；
3、本发明针对降雨信息三维显示，基于三维网格数组，以海平面高度轴为单元，进行不同海平面高度层的经纬度区域降雨信息分布显示，可以实现天基测雨雷达探测信息的高效处理及显示；
4、星载测雨雷达属于主动式微波气象遥感仪器，其发射微波脉冲，利用微波信号的穿透性和雷达在径向距离上的垂直分辨能力，接收不同高度降雨回波，可以获得高分辨率的降雨三维垂直结构信息，反演得到精确的降雨强度和降雨类型等信息，可以提高天基降雨测量能力，加深理解风暴结构、云微物理和中尺度天气系统动力，提高降雨等气象预报预测准确率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明天基测雨雷达天线波束扫描示意图；
图2为本发明天基测雨雷达降雨观测模式卫星与观测区域几何关系示意图；
图3为本发明任一海平面高度下经纬度定位示意图；
图4为本发明任一海平面高度下降雨测量功率三维显示图；
图5为本发明天基测雨雷达降雨信息三维处理流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例：
本发明涉及星载测雨雷达数据处理，尤其为一种准确、高效的天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理方法技术。随着气象卫星技术的不断发展，不仅要求获得更加丰富的探测要素以进一步提升天气预报的准确度，同时也需要获得实际降雨量等天气情况的评估信息以修正预报模型。为此，采用雷达空间遥感技术可以弥补光学遥感、红外遥感以及被动微波遥感的不足，实现降雨特征参数测量的定量化。由于天基测雨雷达工作模式不同于合成孔径雷达，无法采用距离-多普勒定位算法进行目标定位，且测雨雷达不是对地表目标探测，需要获得海平面上下不同斜距采样点对应观测区域的位置信息，而且需要基于目标定位结果进而获得降雨信息的三维结构表示。
本发明通过天基测雨雷达工作模式和几何模型建立几何运动方程，给出斜距方程、余弦方程和正交方程，通过联立方程组进行探测区域目标位置解算，获得WGS-84坐标系下位置信息；将WGS-84坐标系下的位置信息转换成经纬度及海平面高度信息；以降雨观测区域目标经纬度及海平面高度定位结果为基础，进行三维网格数组建立和匹配处理，获得不同经纬度和海平面高度下的雷达回波功率值；最后以海平面高度为单位进行分层显示，可以实现任一海平面高度下不同经纬度分布区域的降雨信息的三维显示，为气象观测提供直观可视的有效信息。
如图5所示，本发明涉及的天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理方法，包括以下步骤：
步骤一：在WGS-84地固坐标系下，通过GPS或北斗系统测量获得任一观测时刻卫星平台位置和速度运动参数值，分别表示为(xs,ys,zs)和(vx，vy，vz)，作为已知数；同时通过测雨雷达回波时延测量值计算任意采样点对应的斜距值R，作为已知数；设斜距R对应的观测区域位置坐标为(x，y，z)，该坐标值作为未知数，通过卫星平台位置坐标值与观测区域未知坐标值建立斜距方程；
步骤二：根据测雨雷达已知的波束扫描角度θ，在WGS-84坐标系下，利用余弦定理建立卫星平台位置矢量、波束指向矢量和波束扫描角度的余弦方程；
步骤三：根据测雨雷达运动方向矢量与波束指向矢量垂直正交的关系建立正交方程；
步骤四：联立斜距方程、余弦方程和正交方程，进行方程组解算，得到斜距R对应观测区域的位置坐标值；
步骤五：在地固坐标系下将已解算得到位置坐标值进行经纬度及海平面高度转换，即可获得观测区域目标对应的经纬度及海平面高度值；
步骤六：拟建立三维网格数组，一维表示经度、一维表示纬度、一维表示海平面高度，网格中每个元素值表示对应经度、纬度和海平面高度的雷达回波功率值；
步骤七：将目标定位的经纬度及海平面高度结果与网格进行匹配，并提取相应的回波功率值作为三维数组的元素值；
步骤八：以海平面高度为参考，进行不同海平面高度下的剖面显示处理，可以得到任一海平面高度下不同经纬度分布区域的降雨空间三维信息显示。
所述的步骤一利用已知卫星平台位置点与未知待定位区域位置点之间的距离等于雷达时延测量的斜距值的关系，建立斜距方程式。
所述的步骤二利用卫星平台的位置矢量与波束指向矢量的夹角等于波束扫描角度的关系，且波束扫描角度已知，进而建立余弦方程式。
所述的步骤三利用卫星平台速度矢量与波束指向矢量垂直正交的关系，通过两个矢量相乘等于0建立正交方程；
所述的步骤四将斜距方程、余弦方程和正交方程联立方程组，通过三元方程组进行解算得到对应斜距观测区域的位置坐标值。
所述的步骤五将WGS-84坐标系下的位置信息转换成经纬度和海平面高度信息；
所述的步骤六建立一个三维空数组，一维表示经度值、一维表示纬度值、一维表示海平面高度值，并以一定的步进值进行每个维度数轴的网格划分。
所述的步骤七将任一波束任一斜距降雨观测目标定位值与网格坐标进行匹配，并提取相应的回波功率值作为三维数组元素值。
所述的步骤八以海平面高度为单位进行剖面三维显示处理，可以得到任一海平面高度下不同经纬度分布区域的降雨空间三维信息显示。
更为具体地，本发明的主要内容为：
1、定位方法及解算
在WGS-84地固坐标系下，通过GPS或北斗系统可以获得卫星平台位置和速度等运动参数信息，分别表示为(xs，ys，zs)和(vx，vy，vz)；通过雷达时延计算可以获得任意采样点对应的斜距值R。设斜距R对应的观测区域位置坐标为(x，y，z)，为此根据图1和图2中的降雨观测几何模型，通过斜距、波束扫描角度、飞行矢量关系确立斜距方程、余弦方程和正交方程：
(xs-x)2+(ys-y)2+(zs-z)2＝R2…………(1)
Figure BDA0003036170230000081
vx(xs-x)+vy(ys-y)+vz(zs-z)＝0…………(3)
三个方程求解后得到：
Figure BDA0003036170230000082
(注：左侧视去负号、右侧视取正号)…………(4)
y＝e+f·z…………(5)
x＝b+c·y+d·z…………(6)
其中：
Figure BDA0003036170230000091
Figure BDA0003036170230000092
Figure BDA0003036170230000093
Figure BDA0003036170230000094
Figure BDA0003036170230000095
Figure BDA0003036170230000096
g＝(c·f+d)2+f2+1…………(13)
h＝2[(b+c·e)·(c·f+d)+e·f-xs·(c·f+d)-(ys·f+zs)]…………(14)
i＝a2+(b+c·e)2+e2-2·xs·(b+c·e)-2·ys·e-R2…………(15)
在地固坐标系下进行经纬度及海平面高度转换，即可获得观测区域对应的经纬度及海平面高度值，表示为(lat,lon,h)，其中lat表示经度，lon表示纬度，h表示海平面高度，具体结果示例如图3所示。
2、三维信息处理
由于任一波束观测时，通过雷达信号采样使得降雨测量区域在斜距上分割成N块，经目标定位处理后形成N组观测区域位置信息，每组位置信息包含经度、纬度和海平面高度值；同时对应的雷达采样回波功率值也是N个，综合以上观测信息，可以形成不同经纬度和海平面高度条件下的三维降雨测量信息。
根据信息特征，拟建立三维数组网格，一维表示经度、一维表示纬度、一维表示海平面高度，网格中每个元素值表示对应经度、纬度和海平面高度的雷达回波功率值。具体显示效果和处理流程如图4和图5所示，具体处理步骤如下描述：
第一步：任一波束任一斜距采样点目标定位处理，获得经纬度海平面高度信息，并提取对应采样点的回波功率值，表示为(lat_ij,lon_ij,h_ij,p_ij)，i表示第i个波束，j表示该波束下第j个斜距采样点，lat表示经度，lon表示纬度，h表示海平面高度，p表示回波功率值；
第二步：定义一个三维空数组Precipitation_Information＝zeros(M,N,K)，其中M表示以n度为步进，以经度-180度～180度为范围的划分网格数目；N表示表示以n度为步进，以纬度-90～90度为范围的划分网格数目；K表示以m米为步进，以海平面高度h_1km～h_2km为范围的划分网格数目，其中h_1和h_2分别表示最低海平面高度和最高海平面高度；
第三步：任一波束任一斜距降雨观测目标定位值与网格坐标进行匹配，并提取相应的回波功率值作为三维数组元素值；
第四步：海平面高度为单位进行剖面三维显示处理。
综上所述，本发明的天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理方法主要是完成测雨雷达观测区域目标定位和降雨信息的三维处理，获得不同海平面高度条件下区域降雨强度信息，可以为气象预报和分析人员提供直观有效的信息。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理方法，其特征在于，包括：
步骤一：在WGS-84地固坐标系下，通过GPS或北斗系统测量获得任一观测时刻卫星平台位置和速度运动参数值，同时通过测雨雷达回波时延测量值计算任意采样点对应的斜距值，斜距对应的观测区域位置坐标为未知坐标值，通过卫星平台位置与观测区域未知坐标值建立斜距方程；
步骤二：根据测雨雷达已知的波束扫描角度，在WGS-84坐标系下，利用余弦定理建立卫星平台位置矢量、波束指向矢量和波束扫描角度的余弦方程；
步骤三：根据测雨雷达运动方向矢量与波束指向矢量垂直正交的关系建立正交方程；
步骤四：联立斜距方程、余弦方程和正交方程，进行方程组解算，得到斜距对应观测区域的位置坐标值；
步骤五：在地固坐标系下将已解算得到的位置坐标值进行经纬度及海平面高度转换，获得观测区域目标对应的经纬度及海平面高度值；
步骤六：拟建立三维网格数组，分别表示经度、纬度和海平面高度，网格中每个元素值表示对应经度、纬度和海平面高度的雷达回波功率值；
步骤七：将目标定位的经纬度及海平面高度结果与网格进行匹配，并提取相应的回波功率值作为三维数组的元素值；
步骤八：以海平面高度为参考，进行不同海平面高度下的剖面显示处理，得到任一海平面高度下不同经纬度分布区域的降雨空间三维信息显示。
2.根据权利要求1所述的天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理方法，其特征在于，所述步骤二包括：
以WGS-84地固坐标系作为参考坐标系，以测量获得的卫星平台位置点坐标值作为一个矢量；
以WGS-84地固坐标系作为参考坐标系，将测量获得的卫星平台位置坐标值和待定位观测区域位置坐标值进行做差获得一个矢量；
以波束扫描角度为两个矢量的夹角。
3.根据权利要求1所述的天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理方法，其特征在于，所述步骤三包括：
利用卫星平台速度矢量与波束指向矢量垂直正交的关系，通过两个矢量相乘等于0建立正交方程；
以WGS-84地固坐标系作为参考坐标系，以测量获得的卫星运动速度作为一个矢量；
以WGS-84地固坐标系作为参考坐标系，将测量获得的卫星平台位置坐标值和待定位观测区域位置坐标值进行做差获得另一个向量，即波束指向矢量。
4.根据权利要求1所述的天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理方法，其特征在于，通过斜距R、波束扫描角度θ、飞行矢量关系确立斜距方程、余弦方程和正交方程，表达式分别为：
(xs-x)2+(ys-y)2+(zs-z)2＝R2…………(1)
Figure FDA0003036170220000021
vx(xs-x)+vy(ys-y)+vz(zs-z)＝0…………(3)
其中，卫星平台位置坐标值和速度的运动参数信息，分别表示为(xs，ys，zs)和(vx，vy，vz)；斜距R对应的观测区域位置坐标为(x，y,z)。
5.根据权利要求4所述的天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理方法，其特征在于，三个方程求解后得到：
Figure FDA0003036170220000022
y＝e+f·z…………(5)
x＝b+c·y+d·z…………(6)
其中：z方程中左侧位置视去负号、右侧位置视取正号；
Figure FDA0003036170220000023
Figure FDA0003036170220000024
Figure FDA0003036170220000025
Figure FDA0003036170220000026
Figure FDA0003036170220000027
Figure FDA0003036170220000028
g＝(c·f+d)2+f2+1…………(13)
h＝2[(b+c·e)·(c·f+d)+e·f-xs·(c·f+d)-(ys·f+zs)]…………(14)
i＝a2+(b+c·e)2+e2-2·xs·(b+c·e)-2·ys·e-R2…………(15)
在地固坐标系下进行经纬度及海平面高度转换，获得观测区域对应的经纬度及海平面高度值，表示为(lat,lon,h)，其中lat表示经度，lon表示纬度，h表示海平面高度。
6.一种天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理系统，其特征在于，包括：
模块M1：在WGS-84地固坐标系下，通过GPS或北斗系统测量获得任一观测时刻卫星平台位置和速度运动参数值，同时通过测雨雷达回波时延测量值计算任意采样点对应的斜距值，斜距对应的观测区域位置坐标为未知坐标值，通过卫星平台位置与观测区域未知坐标值建立斜距方程；
模块M2：根据测雨雷达已知的波束扫描角度，在WGS-84坐标系下，利用余弦定理建立卫星平台位置矢量、波束指向矢量和波束扫描角度的余弦方程；
模块M3：根据测雨雷达运动方向矢量与波束指向矢量垂直正交的关系建立正交方程；
模块M4：联立斜距方程、余弦方程和正交方程，进行方程组解算，得到斜距对应观测区域的位置坐标值；
模块M5：在地固坐标系下将已解算得到的位置坐标值进行经纬度及海平面高度转换，获得观测区域目标对应的经纬度及海平面高度值；
模块M6：拟建立三维网格数组，分别表示经度、纬度和海平面高度，网格中每个元素值表示对应经度、纬度和海平面高度的雷达回波功率值；
模块M7：将目标定位的经纬度及海平面高度结果与网格进行匹配，并提取相应的回波功率值作为三维数组的元素值；
模块M8：以海平面高度为参考，进行不同海平面高度下的剖面显示处理，得到任一海平面高度下不同经纬度分布区域的降雨空间三维信息显示。
7.根据权利要求6所述的天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理系统，其特征在于，所述模块M2包括：
以WGS-84地固坐标系作为参考坐标系，以测量获得的卫星平台位置点坐标值作为一个矢量；
以WGS-84地固坐标系作为参考坐标系，将测量获得的卫星平台位置坐标值和待定位观测区域位置坐标值进行做差获得一个矢量；
以波束扫描角度为两个矢量的夹角。
8.根据权利要求6所述的天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理系统，其特征在于，所述模块M3包括：
利用卫星平台速度矢量与波束指向矢量垂直正交的关系，通过两个矢量相乘等于0建立正交方程；
以WGS-84地固坐标系作为参考坐标系，以测量获得的卫星运动速度作为一个矢量；
以WGS-84地固坐标系作为参考坐标系，将测量获得的卫星平台位置坐标值和待定位观测区域位置坐标值进行做差获得另一个向量，即波束指向矢量。
9.根据权利要求6所述的天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理系统，其特征在于，通过斜距R、波束扫描角度θ、飞行矢量关系确立斜距方程、余弦方程和正交方程，表达式分别为：
(xs-x)2+(ys-y)2+(zs-z)2＝R2…………(1)
Figure FDA0003036170220000041
vx(xs-x)+vy(ys-y)+vz(zs-z)＝0…………(3)
其中，卫星平台位置坐标值和速度的运动参数信息，分别表示为(xs,ys，zs)和(vx，vy，vz)；斜距R对应的观测区域位置坐标为(x，y，z)。
10.根据权利要求9所述的天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理系统，其特征在于，三个方程求解后得到：
Figure FDA0003036170220000042
y＝e+f·z…………(5)
x＝b+c·y+d·z…………(6)
其中：z方程中左侧位置视去负号、右侧位置视取正号；
Figure FDA0003036170220000043
Figure FDA0003036170220000044
Figure FDA0003036170220000045
Figure FDA0003036170220000046
Figure FDA0003036170220000047
Figure FDA0003036170220000048
g＝(c·f+d)2+f2+1…………(13)
h＝2[(b+c·e)·(c·f+d)+e·f-xs·(c·f+d)-(ys·f+zs)]…………(14)
i＝a2+(b+c·e)2+e2-2·xs·(b+c·e)-2·ys·e-R2…………(15)
在地固坐标系下进行经纬度及海平面高度转换，获得观测区域对应的经纬度及海平面高度值，表示为(lat,lon,h)，其中lat表示经度，lon表示纬度，h表示海平面高度。
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