CN115656947B - 一种双偏振天气雷达zdr偏差实时校正方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双偏振天气雷达ZDR偏差实时校正方法和装置。该方法包括从双偏振天气雷达的信号处理机实时采集雷达观测数据,雷达观测数据包括差分反射率因子;实时采集双偏振天气雷达的机内温度和机外温度;根据雷达观测数据、机内温度和机外温度计算偏差,根据所述偏差生成修正ZDR偏差指令,并将修正ZDR偏差指令发送至双偏振天气雷达,以使双偏振天气雷达根据所述雷达观测数据中的差分反射率因子和偏差计算校正后的差分反射率因子。本发明可实时对ZDR进行校正,在后续使用过程中,可通过对雷达观测数据进行分析来进行筛选,以不断补充样本来更新,保证校正的准确性和代表性;提高双偏振雷达的数据质量,具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及天气雷达技术领域,具体涉及一种双偏振天气雷达ZDR偏差实时校正方法和装置。
背景技术
双偏振天气雷达交替或同时发射水平和垂直偏振波,获取云雨粒子的大小、形状、数量、相态等观测信息,其探测数据被广泛应用于云物理降水研究、灾害性强天气预警、数值天气预报等多个领域。差分反射率因子(ZDR)是双偏振天气雷达的一个重要观测量,它的准确性直接决定了双偏振天气雷达的应用效果。但影响ZDR数据精度的因素很多,其中主要的是水平与垂直的双通道(天线、波导、双接收机等)差异。由于受硬件加工精度、元器件参数漂移、热噪声起伏等影响,双偏振天气雷达的水平垂直通道参数不能完全一致,所以在观测过程中需要定期校正ZDR偏差,也称为ZDR标定。
发明专利CN201310202199.1描述了采用双通道全路径收发标校技术,减少双通道收发系统误差,即修正ZDR硬件偏差。这种技术的缺点是无法实时标定天线、馈线(波导),同时存在标校信号误差的问题。此外,基于自然源信号的标定方法被广泛应用于天气雷达,但都需要一定的自然条件。太阳法在雷达天线刚好指向太阳时根据观测值校正ZDR偏差;小雨法在小雨条件下校正ZDR偏差;垂直观测法在雷达正上方有降雨或降雪时校正ZDR偏差;雨滴谱法在雨滴谱仪正上方有降雨时才可实施。
由于双偏振天气雷达水平和垂直通道的热膨胀的差异,ZDR偏差是随环境温度不断变化的,最佳方案是实时校正或标定。上述方法均需要一定的前提条件,不能实时校正。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足,提供一种双偏振天气雷达ZDR偏差实时校正方法和装置。
为实现上述目的,在第一方面,本发明提供了一种双偏振天气雷达ZDR偏差实时校正方法,包括:
进一步的,所述雷达观测数据还包括仰角、高度、反射率因子Z和相关系数CC;
所述方法还包括:
若所述仰角大于仰角阈值,且所述反射率因子Z大于反射率因子阈值,且所述相关系数CC大于相关系数阈值,且所述高度小于高度阈值,则将当前雷达观测数据中的差分反射率因子作为当前的偏差,
并将其与当前采集的机内温度和机外温度作为最新样本进行存储,并通过所
述最新样本重新拟合更新。
在第二方面,本发明提供了一种双偏振天气雷达ZDR偏差实时校正装置,包括:
所述主控制板还用以根据所述偏差生成修正ZDR偏差指令,并控制网络
通讯模块将所述修正ZDR偏差指令发送至双偏振天气雷达,以使所述双偏振天气雷达根据
所述雷达观测数据中的差分反射率因子和偏差计算校正后的差分反射率
因子,具体如下:
进一步的,所述雷达观测数据还包括仰角、高度、反射率因子Z和相关系数CC;
若所述仰角大于仰角阈值,且所述反射率因子Z大于反射率因子阈值,且所述相关系数CC大于相关系数阈值,且所述高度小于高度阈值,则将当前雷达观测数据中的差分反射率因子作为当前的偏差,
并将其与当前采集的机内温度和机外温度作为最新样本,并利用最新样本重
新拟合更新;
还包括存储器,用以对所述最新样本进行存储。
有益效果:本发明通过采集机内温度和机外温度,并通过初始的样本系数来获得初始的系数取值,可实时对ZDR进行校正;在后续使用过程中,可通过对雷达观测数据进行分析来进行筛选,以不断补充样本来更新,保证校正的准确性和代表性;可以直接应用于双偏振雷达系统,解决ZDR偏差实时校正的问题,提高双偏振雷达的数据质量,具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是一种双偏振天气雷达ZDR偏差实时校正方法的流程示意图;
图2是一种双偏振天气雷达ZDR偏差实时校正装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例,进一步阐明本发明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示,本发明实施例提供了一种双偏振天气雷达ZDR偏差实时校正方法,包括:
从双偏振天气雷达的信号处理机实时采集雷达观测数据,雷达观测数据包括差分
反射率因子。此外,雷达观测数据一般还包括方位角、仰角、时间、库长、库数、高度等
参数信息,以及反射率因子Z、差分反射率因子ZDR、相关系数CC等数据信息。
ZDR偏差与温度关系需要不断补充样本来更新,以保证其准确性和代表性,还可对雷达观测数据进行分析,分析的目的是筛选出一组可用于更新ZDR偏差与温度关系的样本数据。具体分析过程如下:
若仰角大于仰角阈值,且反射率因子Z大于反射率因子阈值,且相
关系数CC大于相关系数阈值,且高度小于高度阈值,则将当前雷达观测
数据中的差分反射率因子作为当前的偏差,并将其与当前采集的机内温度和机外温度作为最新样本进行存储,并通过最新样本重新拟合更新。
上述仰角阈值可设置为双偏振天气雷达的天线扫描范围的最大值,也可
设置为默认值85°。反射率因子阈值可根据双偏振天气雷达的接收机的灵敏度进行
调整,且其大小与接收机的灵敏度呈反比,即接收机灵敏度越高,弱信号探测能力越好,则
阈值越小。相关系数阈值可直接设置默认值为0.95。高度阈值可根据本
地当前月份的气温零度层平均高度来调整,其中,气温零度层平均高度可由气候资料统计
而出,高度阈值可设置为本地当前的气温零度层的平均高度减0.5 km。
如图2所示,基于以上实施例,本领域技术人员可以轻易理解,本发明还提供了一种双偏振天气雷达ZDR偏差实时校正装置,包括网络通讯模块1、机内温度传感器2、机外温度传感器3和主控制板4。
其中,网络通讯模块1用以从双偏振天气雷达的信号处理机实时采集雷达观测数
据,雷达观测数据包括差分反射率因子,此外,雷达观测数据一般还包括方位角、仰
角、时间、库长、库数、高度等参数信息,以及反射率因子Z、差分反射率因子ZDR、相关系数CC
等数据信息。网络通讯模块1可基于TCP/IP协议与双偏振天气雷达的信号处理机通讯。
机内温度传感器2用以采集双偏振天气雷达的机内温度,机内温度传感器2
可安装于雷达机内靠近雷达接收机的位置。机外温度传感器3用以采集双偏振天气雷达的
机外温度,机外温度传感器3可安装在安装于机外的雷达天线底座上。作为优选实施
例,机内温度传感器2和机外温度传感器3的测量精度≤0.1K,输出频率≥1Hz,可基于RS-
232 TTL端口与主控制板4通讯,为主控制板4提供高频率的温度测量信息。
主控制板4还用以根据偏差生成修正ZDR偏差指令,并控制网络通讯模块
1将所述修正ZDR偏差指令发送至双偏振天气雷达,以使双偏振天气雷达根据所述雷达观测
数据中的差分反射率因子和偏差计算校正后的差分反射率因子,
具体如下:
ZDR偏差与温度关系需要不断补充样本来更新,以保证其准确性和代表性,还可对
雷达观测数据进行分析,分析的目的是筛选出一组可用于更新ZDR偏差与温度关系的样本
数据。主控制板还用以分别判断仰角是否大于仰角阈值、反射率因子Z是否大于反
射率因子阈值、相关系数CC是否大于相关系数阈值、高度是否小于高度
阈值。
若仰角大于仰角阈值,且反射率因子Z大于反射率因子阈值,且相
关系数CC大于相关系数阈值,且高度小于高度阈值,则将当前雷达观
测数据中的差分反射率因子作为当前的偏差,并将其与当前采集的机内温
度和机外温度作为最新样本,并利用最新样本重新拟合更新;
本发明实施例还包括存储器5,存储器5用来对最新样本进行存储。
上述仰角阈值可设置为双偏振天气雷达的天线扫描范围的最大值,也可
设置为默认值85°。反射率因子阈值可根据双偏振天气雷达的接收机的灵敏度进行
调整,且其大小与接收机的灵敏度呈反比,即接收机灵敏度越高,弱信号探测能力越好,则
阈值越小。相关系数阈值可直接设置默认值为0.95。高度阈值可根据本
地当前月份的气温零度层平均高度来调整,其中,气温零度层平均高度可由气候资料统计
而出,高度阈值可设置为本地当前的气温零度层的平均高度减0.5 km。
以上仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,其它未具体描述的部分,属于现有技术或公知常识。在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
6.一种双偏振天气雷达ZDR偏差实时校正装置,其特征在于,包括:
所述主控制板还用以根据所述偏差生成修正ZDR偏差指令,并控制网络通讯模块将所述修正ZDR偏差指令发送至双偏振天气雷达,以使所述双偏振天气雷达根据所述雷达观测数据中的差分反射率因子和偏差计算校正后的差分反射率因子,具体如下:
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