KR20120125900A - Method of classify meteorological and non-meteorological echoes using dual polarization radars - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for classifying meteorological and non-meteorological echoes is provided to improve reliability of weather forecast by enhancing accuracy of measurable rainfall estimation while improving the quality of dual polarization radar data. CONSTITUTION: Dual polarization data is collected(S110). A fuzzy variable for meteorological and non-meteorological echoes is calculated from past dual polarization data(S120). A distribution function of the fuzzy variable for meteorological and non-meteorological echoes is drawn out(S130). A group function and a weighting factor are calculated from the distribution function of the fuzzy variable for the meteorological and non-meteorological echoes(S140). Echo classification is performed(S200) when the group function and the weighting factor are calculated(S100). [Reference numerals] (S100) Calculation of a weight value and a group function of a fuzzy variable; (S110) Past measuring data collection of dual polarization data; (S120) Calculation of the fuzzy variable(feature fields); (S130) Distribution function calculation of the fuzzy variable; (S140) Calculation of the group function and the weight value; (S200) Echo classification; (S210) Real time measuring data collection of the dual polarization data; (S220) Calculation of a total group value; (S230) Echo discrimination; (S240) Non-meteorological echo elimination

Description

이중편파 레이더를 이용한 기상 및 비기상 에코 분류 방법{Method of classify meteorological and non-meteorological echoes using dual polarization radars}Method of classify meteorological and non-meteorological echoes using dual polarization radars

본 발명은 기상 및 비기상 에코 분류 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 이중편파 레이더에서 관측되는 자료로부터 산출되는 퍼지변수를 이용해 레이더 에코를 기상 및 비기상 에코로 판별하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to meteorological and non-memory echo classification methods, and more particularly, to a method for discriminating radar echoes into meteorological and non-memory echoes using fuzzy variables calculated from data observed in a dual polarized radar.

이중 편파 레이더 시스템은 편파계 레이더로도 알려져 있으며 종래의 레이더에 비해 많은 방식으로 장점을 제공한다. 폭풍을 탐지하고 도플러 시선 속도(radial Doppler velocity)을 측정하는 것 외에, 이중편파계 레이더는 강우량(rainfall rate)(또는 누적량)의 측정을 위한 우수한 레이더 기구이며, 눈, 드라이 스노우(dry snow), 작은 우박(small hail), 큰 우박(large hail), 싸라기눈(graupel), 가랑비(light rain) 및 호우(heavy rain)와 같은 대기 수상체(hydrometeors)의 분류를 결정하는 것으로 과학자들에 의해 입증되었다. Dual polarization radar systems, also known as polarization radars, offer advantages in many ways over conventional radars. In addition to detecting storms and measuring Doppler velocity, dual polarization radars are excellent radar instruments for measuring rainfall rates (or cumulative quantities). Proven by scientists to determine the classification of hydrometeors such as small hail, large hail, graupel, light rain and heavy rain It became.

또한, 이중편파 레이더 시스템은 수평 편파와 수직 편파 정보를 이용하여 강수측정, 바람 관측, 수문입자의 상, 모양, 크기뿐만 아니라 곤충, 새 등을 구별할 수 있다. 이러한 이중편파 레이더 시스템은 기상 및 비기상 에코의 구별뿐만 아니라 비강수 에코 제거를 통한 정량적 강수량 추정에 결정적인 기여를 할 수 있다.
In addition, the dual polarization radar system can distinguish the insects, birds, as well as the precipitation, wind observation, the phase, shape, size of the hydrological particles using the horizontal and vertical polarization information. Such a dual polarized radar system can make a decisive contribution to the estimation of quantitative precipitation through the removal of non-precipitation echoes as well as the distinction between meteorological and non-climate echoes.

따라서 본 발명은 이중편파 기상레이더의 관측 자료에 통계분석방법에 기초한 퍼지논리를 적용하여 기상 및 비기상 에코를 정확하게 판별할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for accurately determining weather and non-memory echo by applying fuzzy logic based on statistical analysis method to observation data of dual polarized weather radar.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태는, 이중편파 레이더 시스템에서 수집된 과거 관측 자료로부터 기상 및 비기상 에코 각각에 대한 퍼지변수의 소속함수 및 가중치를 산출하는 제1단계; 및 상기 이중편파 레이더 시스템에서 실시간 수집되는 관측 자료에 산출된 퍼지변수의 소속함수 및 가중치를 적용하여 총 소속값을 산출하고, 산출된 총 소속값과 임계치 비교하여 기상 에코 및 비기상 에코를 판별하는 제2단계;를 포함하는 이중편파 레이더를 이용한 기상 및 비기상 에코 분류 방법을 포함한다.One embodiment of the present invention for achieving the above object, the first step of calculating the membership function and weight of the fuzzy variable for each weather and non-weather echo from the past observation data collected in the dual polarization radar system; And calculating a total membership value by applying the membership function and weights of the fuzzy variables calculated to the observation data collected in real time in the dual polarization radar system, and comparing the calculated total membership value with a threshold to determine weather echoes and non-weather echoes. It includes a weather and non-weather echo classification method using a dual polarized radar including a second step.

이때, 상기 퍼지변수는 반사도의 표준편차, 차등반사도의 표준편차, 상관계수의 표준편차, 차등위상차의 표준편차 및 상관계수를 적어도 포함하는 것이다.In this case, the fuzzy variable includes at least a standard deviation of reflectivity, a standard deviation of differential reflectivity, a standard deviation of correlation coefficient, a standard deviation of differential phase difference, and a correlation coefficient.

또한, 상기 제1단계는, 상기 이중편파 레이더 시스템의 과거 관측 자료로부터 기상 및 비기상 에코 각각에 대한 퍼지변수들을 산출하는 단계; 산출된 기상 및 비기상 에코 각각에 대한 퍼지변수들의 분포함수를 산출하는 단계; 및 산출된 분포함수로부터 퍼지변수들 각각의 소속함수 및 가중치를 산출하는 단계;를 포함한다.The first step may further include calculating fuzzy variables for each of weather and non-weather echoes from past observation data of the dual polarization radar system; Calculating a distribution function of fuzzy variables for each of the calculated weather and non-weather echoes; And calculating a belonging function and a weight of each of the fuzzy variables from the calculated distribution function.

또한, 상기 소속함수는 기상 에코에 대한 빈도 값과 기상 에코 및 비기상 에코의 빈도 값의 합에 대한 비로 정의되며, 하기 수학식에 의해 산출되는 것이다.In addition, the membership function is defined as the ratio of the sum of the frequency values for the weather echo and the frequency values of the weather echo and the non-climate echo, and is calculated by the following equation.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, MF는 소속함수를, P는 퍼지변수를, F는 퍼지변수의 빈도 값을, PRE는 기상(강수) 에코를, GRE는 비기상(지형) 에코를 나타낸다.Here, MF represents a membership function, P represents a fuzzy variable, F represents a frequency value of the fuzzy variable, PRE represents a weather (precipitation) echo, and GRE represents a non-weather (terrain) echo.

또한, 상기 가중치는 상기 기상 및 비기상 에코에 대한 퍼지변수의 분포함수가 중첩하는 영역에 반비례 관계이며, 하기 수학식에 의해 산출되는 것이다. In addition, the weight is inversely proportional to a region where the distribution function of fuzzy variables for the weather and non-weather echoes overlap, and is calculated by the following equation.

Figure pat00002
,
Figure pat00002
,

여기서, W는 가중치를, P는 퍼지변수를, A, B, C는 기상 에코와 비기상 에코의 퍼지변수 각각에 대한 분포함수의 중첩 영역, D는 기상 에코와 비기상 에코에 대한 분포함수의 중첩 영역의 역수의 합을 나타낸다.Where W is the weight, P is the fuzzy variable, A, B, and C are the overlapping regions of the distribution function for each of the fuzzy variables of the meteorological and non-climate echoes, and D is the distribution function of the meteorological and non-climate echoes. It represents the sum of the inverses of the overlapped areas.

또한, 상기 제2단계는, 상기 실시간 수집된 관측 자료로부터 퍼지변수들을 실시간 산출한 후, 실시간 산출된 퍼지변수들에 상기 산출된 퍼지변수의 소속함수 및 가중치를 적용하는 것을 특징으로 한다. In the second step, after fuzzy variables are calculated in real time from the collected observation data in real time, the membership function and weights of the calculated fuzzy variables are applied to the fuzzy variables calculated in real time.

또한, 상기 제2단계는, 상기 산출된 총 소속값이 상기 임계치보다 크면 비기상 에코로 판별하고, 작으면 기상 에코로 판별하는 것을 특징으로 한다. In the second step, when the calculated total belonging value is larger than the threshold value, it is determined as a non-weather echo, and when it is smaller, it is determined as a weather echo.

또한, 상기 제2단계는, 판별된 비기상 에코를 제거하는 단계;를 더 포함한다.The second step may further include removing the determined non-weather echo.

또한, 상기 총 소속값은 각 퍼지변수의 소속값의 총합이며, 하기 수학식에 의해 계산되는 것이다. The total belonging value is the sum of the belonging values of each fuzzy variable, and is calculated by the following equation.

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, MV는 퍼지변수의 소속값을, MVtot는 총 소속값을, W는 퍼지변수의 가중치를 나타낸다.
Here, MV denotes the membership value of the fuzzy variable, MVtot denotes the total membership value, and W denotes the weight of the fuzzy variable.

본 발명에 따르면, 이중편파 레이더 자료의 품질향상을 도모할 수 있으며, 정량적 강수 추정의 정확도를 높일 수 있어 기상 예보의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
According to the present invention, the quality of the dual polarized radar data can be improved, and the accuracy of quantitative precipitation estimation can be improved, thereby improving the reliability of the weather forecast.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이중편파 레이더를 이용한 기상/비기상 에코 분류 시스템의 전체 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이중편파 레이더를 이용한 기상/비기상 에코 분류 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 도 2에 도시된 퍼지변수의 소속함수 및 가중치 산출 단계에서 반사도의 표준편차에 대한 소속함수 산출 과정을 도식화한 예시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 퍼지변수의 소속함수 및 가중치 산출 과정에서 반사도의 표준편차에 대한 가중치 산출 과정을 도식화한 예시도이다.
도 5는 도 2에 도시된 에코 판별 단계를 구체적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 6 내지 도 12는 본 발명의 기상/비기상 에코 분류 방법을 실제 사례에 적용한 예를 나타낸 예시도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram which shows the whole structure of the weather / non-weather echo classification system using the dual polarization radar which concerns on one Embodiment of this invention.
2 is a flowchart illustrating a weather / non-weather echo classification method using a dual polarization radar according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an exemplary diagram illustrating a process of calculating a membership function with respect to the standard deviation of reflectivity in the calculation of the membership function and the weight of the fuzzy variable shown in FIG. 2.
FIG. 4 is an exemplary diagram illustrating a weight calculation process for a standard deviation of reflectivity in a process of belonging and weighting a fuzzy variable shown in FIG. 2.
FIG. 5 is a flowchart for describing in detail an echo determination step illustrated in FIG. 2.
6 to 12 are exemplary views showing an example of applying the weather / non-climate echo classification method of the present invention to the actual case.

이하, 본 발명의 실시 예에 대해 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 그리고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙였다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. Further, in order to clearly illustrate the present invention in the drawings, portions not related to the description are omitted. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the similar part throughout the specification. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이중편파 레이더를 이용한 기상 및 비기상 에코 분류 시스템의 전체 구성을 나타낸 구성도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram which shows the whole structure of the meteorological and non-memory echo classification system using the dual polarization radar which concerns on one Embodiment of this invention.

여기서 비기상 에코는 지형 에코, 채프, 청천 에코 등 강수 및 구름과 연관되지 않은 레이더 관측 에코를 말한다.Non-climate echoes refer to radar observation echoes that are not associated with precipitation and clouds, such as terrain echo, chaff, and cheoncheon echo.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 기상 및 비기상 에코 분류 시스템은 통계분석방법에 기초한 퍼지논리를 이용하며, 자료 수집부(21), 퍼지변수 산출부(22), 퍼지엔진(23) 및 에코 판별 및 제거부(24)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 1, the present meteorological and non-weather echo classification system uses fuzzy logic based on a statistical analysis method, and includes a data collecting unit 21, a fuzzy variable calculating unit 22, a fuzzy engine 23, and an echo. The determination and removal unit 24 is included.

자료 수집부(21)는 이중편파 레이더 시스템(1)으로부터 과거 관측 정보 및 실시간 관측 정보를 수집한다. 여기서, 관측 정보는 수평, 수직 편파 정보를 포함하는 이중편파 정보이며, 수평, 수직 편파 관측 자료를 분석하면 기상 목표물의 종류, 형태 등을 분석할 수 있어 강수관측, 특히 정량적 강수관측에 매우 유용하다.The data collection unit 21 collects past observation information and real time observation information from the dual polarization radar system 1. Here, the observation information is dual polarization information including horizontal and vertical polarization information. When the horizontal and vertical polarization observation data are analyzed, it is very useful for precipitation observation, especially quantitative precipitation observation. .

퍼지변수 산출부(22)는 자료 수집부(21)에서 수집한 과거 관측 자료로부터 퍼지변수들을 산출한다. 여기서 퍼지변수들은 반사도의 표준편차, 차등반사도의 표준편차, 상관계수의 표준편차, 차등위상차의 표준편차, 상관계수를 적어도 포함한다.The fuzzy variable calculating unit 22 calculates fuzzy variables from past observation data collected by the data collecting unit 21. The fuzzy variables include at least a standard deviation of reflectivity, a standard deviation of differential reflectivity, a standard deviation of correlation coefficient, a standard deviation of differential phase difference, and a correlation coefficient.

그리고, 퍼지변수 산출부(22)는 기상 에코 및 비기상 에코에 대해 산출한 퍼지변수들 각각의 분포함수를 도출하고, 도출한 퍼지변수들 각각의 분포함수로부터 기상 에코 및 비기상 에코 각각에 대한 소속함수 및 가중치를 산출한다. 즉, 퍼지변수 산출부(22)는 과거 관측 자료로부터 통계분석(퍼지논리)을 적용하여 소속함수 및 가중치를 산출한다.In addition, the fuzzy variable calculating unit 22 derives a distribution function of each of the fuzzy variables calculated for the weather echoes and the non-climate echoes, and obtains the meteorological and non-weather echoes for each of the derived fuzzy variables from the distribution function. Calculate membership function and weight. That is, the fuzzy variable calculation unit 22 calculates a membership function and weight by applying statistical analysis (fuzzy logic) from past observation data.

또한, 퍼지변수 산출부(22)는 자료 수집부(21)에서 실시간 수집한 관측 자료로부터 퍼지변수들을 산출한다. 상기 실시간 산출된 퍼지변수들은 이후 퍼지엔진(23)에서 에코 판별에 이용된다. In addition, the fuzzy variable calculating unit 22 calculates fuzzy variables from observation data collected in real time by the data collecting unit 21. The fuzzy variables calculated in real time are then used for echo determination in the fuzzy engine 23.

퍼지엔진(23)은 퍼지변수 산출부(22)에서 실시간 관측 자료로부터 산출된 퍼지변수들에 과거 관측 자료로부터 산출한 소속함수 및 가중치를 적용하여 기상 에코 및 비기상 에코 각각의 퍼지변수들에 대한 소속값을 구하고, 구해진 소속값의 총합, 즉 총 소속값을 산출한다. The fuzzy engine 23 applies fuzzy variables calculated from past observations to the fuzzy variables calculated from the real-time observation data in the fuzzy variable calculation unit 22 and applies them to the fuzzy variables of the weather echoes and non-weather echoes. The membership value is calculated, and the sum of the obtained membership values, that is, the total membership value is calculated.

에코 판별 및 제거부(24)는 퍼지엔진(23)에서 산출된 총 소속값이 미리 설정된 임계치와 비교하고, 산출된 총 소속값이 임계치 이상일 경우 비기상 에코로 판별하고, 산출된 총 소속값이 임계치 이하일 경우 기상 에코로 판별한다.The echo determination and removal unit 24 compares the total membership value calculated by the fuzzy engine 23 with a preset threshold value, and when the calculated total membership value is greater than or equal to the threshold value, determines the non-weather echo and calculates the total membership value. If it is below the threshold, it is determined by weather echo.

그리고, 에코 판별 및 제거부(24)는 비기상 에코로 판별된 경우, 비기상 에코를 제거한다.
The echo discrimination and removal unit 24 removes the non-gassing echo when it is determined as the non-gassing echo.

본 기상/비기상 에코 분류 시스템의 동작에 대한 상세한 설명은 하기 도 2 내지 도 13을 참조하여 설명하도록 한다.
A detailed description of the operation of the weather / non-weather echo classification system will be described with reference to FIGS. 2 to 13.

도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이중편파 레이더를 이용한 기상/비기상 에코 분류 방법을 설명하기 위한 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a weather / non-weather echo classification method using a dual polarization radar according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 기상/비기상 에코 분류 방법은 크게 두 부분으로 나뉘며, 퍼지변수의 소속함수 및 가중치 산출 단계(S100)와 에코 분류 단계(S200)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 2, the present meteorological / non-weather echo classification method is largely divided into two parts, and includes a membership function and weight calculation step S100 and an echo classification step S200 of fuzzy variables.

먼저, 퍼지변수의 소속함수 및 가중치 산출 단계(S100)는 이중편파 레이더로부터 미리 수집된 과거 관측 자료를 이용하여 기상 에코 및 비기상 에코 각각에 대한 퍼지변수들의 소속함수 및 가중치를 산출하는 과정이다.First, the belonging function and weight calculation step (S100) of the fuzzy variable is a process of calculating the belonging function and weight of the fuzzy variables for each of the weather echo and the non-climate echo using the previously observed data collected in advance from the dual polarization radar.

구체적으로, 이중편파 레이더로부터 관측된 과거 관측 자료, 즉 이중편파 자료를 수집하고(S110), 수집된 과거 이중 편파 자료로부터 기상/비기상 에코 각각에 대한 퍼지변수(feature fields)를 산출한다(S120).Specifically, the past observation data, that is, the dual polarization data observed from the dual polarized radar is collected (S110), and the fuzzy parameters (feature fields) for each of the weather / non-weather echoes are calculated from the collected historical dual polarized data (S120). ).

여기서, 퍼지변수는 반사도의 표준편차, 차등반사도의 표준편차, 상관계수의 표준편차, 차등위상차의 표준편차 및 상관계수를 적어도 포함한다.Here, the fuzzy variable includes at least a standard deviation of reflectance, a standard deviation of differential reflectivity, a standard deviation of correlation coefficient, a standard deviation of differential phase difference, and a correlation coefficient.

우선, 반사도(Reflectivity, Zh)는 대기 중의 강수입자가 레이더의 수평편파에 의해 반사되어 되돌아 온 신호의 강도를 나타내는 변수로, 하기 수학식 1에 의해 계산된다.First, the reflectivity (Z h ) is a variable representing the intensity of the signal returned by the precipitation particles in the atmosphere by the horizontal polarization of the radar, and is calculated by Equation 1 below.

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서, D는 입자의 사이즈를, N(D)는 D의 사이즈를 가지는 입자의 개수를 나타낸다. 따라서, 반사도가 크다는 것은 강수 입자의 사이즈가 크다는 것이며, 이것은 강한 강수임을 의미한다.Here, D represents the size of the particles, and N (D) represents the number of particles having a size of D. Thus, greater reflectivity means that the size of the precipitation particles is larger, which means that the precipitation is stronger.

차등반사도(Differential Reflectivity, ZDR)는 수평편파(Zh)와 수직편파(Zv)에 의한 반사도의 비를 의미하는 변수로, 하기 수학식 2에 의해 계산된다.Differential Reflectivity (Z DR ) is a variable representing a ratio of reflectivity due to horizontal polarization Zh and vertical polarization Zv, and is calculated by Equation 2 below.

Figure pat00006
Figure pat00006

상관계수(Correlation Coefficient,

Figure pat00007
)는 이중편파 레이더가 관측하는 샘플부피 내에서 수평편파 및 수직편파에 의해 산란된 파워신호간의 상관도를 의미하는 변수로, 하기 수학식 3에 의해 계산된다.Correlation Coefficient
Figure pat00007
) Is a variable representing the correlation between the power signals scattered by the horizontal and vertical polarizations in the sample volume observed by the dual polarization radar, and is calculated by Equation 3 below.

Figure pat00008
Figure pat00008

여기서, Svv는 수직파(V)로 송신해서 수직파(V)로 수신한 파워신호를, Shh는 수평파(h)로 송신해서 수평파(h)로 수신한 파워신호를 나타낸다. 따라서, 상관계수는 대기중의 강수의 종류에 대한 정보로, 만일 대기중의 강수가 액체상, 즉 비로만 구성되어 있으면 상관계수는 높게 나오고, 대기중에 눈과 비가 섞여 있으면 상관계수는 낮게 나온다. Here, S vv denotes a power signal transmitted as a vertical wave (V) and received as a vertical wave (V), and S hh denotes a power signal transmitted as a horizontal wave (h) and received as a horizontal wave (h). Therefore, the correlation coefficient is information on the type of precipitation in the atmosphere. If the atmospheric precipitation is composed of liquid phase, that is, only rain, the correlation coefficient is high, and if the snow and rain are mixed in the atmosphere, the correlation coefficient is low.

차등위상차(Differential Phase,

Figure pat00009
)는 전자기파가 대기중의 강수에 의해 위상이 바뀌게 될 때, 수평편파 및 수직편파에 의한 위상 변화의 차이를 나타내는 변수로, 하기 수학식 4에 의해 계산된다.Differential Phase,
Figure pat00009
) Is a variable representing the difference in phase change due to horizontal and vertical polarization when the electromagnetic wave is changed in phase by atmospheric precipitation, and is calculated by Equation 4 below.

Figure pat00010
Figure pat00010

여기서, HH는 수평편파에 의한 위상을, VV는 수직편파에 의한 위상을 나타낸다. 이러한 차등위상차는 강한 강수시 강수 입자의 모양이 타원형으로 형성되기 때문에 강수가 강할수록 증가하게 된다.Here, HH represents a phase due to horizontal polarization and VV represents a phase due to vertical polarization. This differential phase difference increases with increasing precipitation because the shape of the precipitation particles is formed in an elliptical shape during strong precipitation.

이와 같이 본 실시예에서는 상술한 4개의 변수들의 표준편차와 상관계수를 퍼지변수로 이용한다. As described above, in the present embodiment, the standard deviation and correlation coefficient of the four variables described above are used as fuzzy variables.

그리고, 표준편차(SD(Z))는 각 변수들이 균질하게 분포하는지를 나타내는 것으로, 하기 수학식 5에 의해 계산된다.In addition, the standard deviation SD (Z) indicates whether each variable is uniformly distributed and is calculated by Equation 5 below.

Figure pat00011
Figure pat00011

여기서, Z는 반사도를 나타내며, 반사도의 표준편차는 주어진 영역에 대해서 예를 들면 5개의 게이트(레이더에서 한 픽셀을 의미) 중 중심에 위치한 반사도와 5개 게이트 각각의 반사도의 차이를 이용하여 구한다. Here Z represents the reflectivity, and the standard deviation of the reflectivity is obtained by using the difference between the reflectivity located at the center of the five gates (meaning one pixel on the radar) and the reflectivity of each of the five gates for a given region.

이러한 표준편차는 기상(강수) 에코의 경우 공간적 분포가 균질하기 때문에 표준편차가 작게 나오고, 비기상(지형) 에코의 경우 공간적 분포가 비균질해서 표준편차가 기상 에코와 비교하여 크게 나온다. 단, 상관계수의 분포는 표준편차의 분포와 반대로 나온다. 이러한 퍼지변수들의 표준편차 및 상관계수의 분포 특징을 이용해 소속함수를 구한다. This standard deviation results in a small standard deviation in the case of meteorological (precipitation) echoes, and a small standard deviation in the non-climate (terrain) echoes, resulting in a large standard deviation compared to the weather echo. However, the distribution of correlation coefficients is opposite to that of standard deviation. The membership function is calculated by using the standard deviation of these fuzzy variables and the distribution of correlation coefficients.

그런 다음, 산출된 기상/비기상 에코 각각에 대한 퍼지변수의 분포함수를 도출한다(S130). 반사도, 차등반사도, 상관계수 및 차등위상차 각각의 표준편차에 있어서, 기상 에코에 대한 퍼지변수의 분포함수는 낮은 값에 집중되어 분포하고 있으나, 비기상 에코에 대한 퍼지변수의 분포함수는 높은 값까지 넓게 분포되어 있다. 한편, 상관계수의 경우, 기상 에코에 대한 퍼지변수의 분포함수는 높은 값에 집중되어 있으나, 비기상 에코에 대한 퍼지변수의 분포함수는 낮은 값까지 넓게 분포되어 있다. Then, a distribution function of fuzzy variables for each of the calculated weather / non-weather echoes is derived (S130). In the standard deviations of reflectivity, differential reflectance, correlation coefficient, and differential phase difference, the distribution function of fuzzy variable for meteorological echo is concentrated at low value, but the distribution function of fuzzy variable for non-climate echo is up to high value. It is widely distributed. On the other hand, in the case of the correlation coefficient, the distribution function of the fuzzy variable for the weather echo is concentrated at a high value, while the distribution function of the fuzzy variable for the non-climate echo is widely distributed to the low value.

이어서, 도출된 기상 및 비기상 에코 각각에 대한 퍼지변수의 분포함수로부터 소속함수 및 가중치를 산출한다(S140).Subsequently, the belonging function and the weight are calculated from the distribution function of the fuzzy variables for each of the derived weather and non-weather echoes (S140).

소속함수는 기상 에코에 대한 빈도 값과 기상 에코 및 비기상 에코의 빈도 값의 합에 대한 비로 정의되며, 하기 수학식 6에 의해 산출된다.The membership function is defined as the ratio of the sum of the frequency values for the weather echo and the frequency values of the weather echo and the non-climate echo, and is calculated by Equation 6 below.

Figure pat00012
Figure pat00012

여기서, MF는 소속함수를, P는 퍼지변수를, F는 퍼지변수의 빈도 값을, PRE는 기상(강수) 에코를, GRE는 비기상(지형) 에코를 나타낸다.Here, MF represents a membership function, P represents a fuzzy variable, F represents a frequency value of the fuzzy variable, PRE represents a weather (precipitation) echo, and GRE represents a non-weather (terrain) echo.

그리고, 가중치(W)는 기상 에코에 대한 퍼지변수의 분포함수와 비기상 에코에 대한 퍼지변수의 분포함수가 중첩되는 영역에 반비례하는 변수로, 중첩 영역의 역수로 정의되며, 하기 수학식 7에 의해 계산된다.The weight W is a variable that is inversely proportional to the overlapping region of the fuzzy variable for the weather echo and the fuzzy variable for the non-climate echo, and is defined as the inverse of the overlapping region. Is calculated by

Figure pat00013
Figure pat00013

여기서, P는 퍼지변수를, A, B, C는 기상 에코와 비기상 에코의 퍼지변수 각각에 대한 분포함수의 중첩 영역, D는 기상 에코와 비기상 에코에 대한 분포함수의 중첩 영역의 역수의 합을 나타낸다.
Where P is the fuzzy variable, A, B, and C are the overlapping regions of the distribution function for each of the fuzzy variables of the meteorological and non-climate echoes, and D is the inverse of the overlapping region of the distribution functions for the meteorological and non-climate echoes. Represents the sum.

다음으로, 기상 및 비기상 에코 각각에 대한 퍼지변수의 소속함수 및 가중치가 산출되면(S100), 에코 분류를 수행한다(S200).Next, when the membership function and weight of the fuzzy variable for each of the weather and non-weather echoes are calculated (S100), the echo classification is performed (S200).

에코 분류 단계(S200)는 실시간 관측된 관측 자료로부터 총 소속값을 산출하고, 산출된 총 소속값을 이용해 에코를 판별하는 과정으로 이루어진다.The echo classification step (S200) includes a process of calculating a total belonging value from real-time observed observation data and determining an echo using the calculated total belonging value.

구체적으로, 이중편파 레이더 시스템에서 실시간 관측되는 관측자료, 즉 이중편파 자료를 수집하고(S210), 실시간 수집한 이중편파 자료로부터 퍼지변수들을 산출한 후, 산출된 퍼지변수들에 S100 단계에서 산출된 소속함수 및 가중치를 적용하여 총 소속값을 산출한다(S220).Specifically, after collecting real-time observation data, that is, dual polarization data observed in the dual polarization radar system (S210), and calculating fuzzy variables from the real-time collected dual polarization data, the calculated fuzzy variables are calculated in step S100. The total membership value is calculated by applying the membership function and the weight (S220).

여기서, 총 소속값은 각 퍼지변수들의 소속값과 가중치의 곱의 합과 각 퍼지변수들의 가중치 합의 비로 정의되며, 하기 수학식 8에 의해 산출된다.Here, the total belonging value is defined as the sum of the product of the belonging value and the weight of each fuzzy variable and the weight sum ratio of each fuzzy variable, and is calculated by Equation 8 below.

Figure pat00014
Figure pat00014

이러한 총 소속값은 0과 1 사이의 값을 가지며, 0은 기상 에코일 확률이 100%로 이며, 1은 비기상 에코일 확률이 100%임을 나타낸다. This total membership has a value between 0 and 1, where 0 is 100% probability of weather echo and 1 is 100% probability of non-climate echo.

그런 다음, 산출된 총 소속값을 이용해 에코 판별을 수행한다(S230). 본 실시예에서는 0.5를 임계치로 설정하며, 산출된 총 소속값이 임계치 이상이면 비기상 에코로, 산출된 총 소속값이 임계치 이하이면 기상 에코로 판별한다.Then, echo determination is performed using the calculated total membership value (S230). In the present embodiment, 0.5 is set as a threshold, and if the calculated total belonging value is greater than or equal to the threshold, it is determined as a non-weather echo, and if the calculated total belonging value is less than or equal to the threshold, it is determined as a weather echo.

이어서, 비기상 에코로 판별되면, 비기상 에코를 제거한다(S240).
Next, if it is determined that the non-weather echoes, the non-weather echoes are removed (S240).

도 3은 도 2에 도시된 퍼지변수의 소속함수 및 가중치 산출 단계에서 퍼지변수 중의 하나인 반사도의 표준편차에 대한 소속함수 산출 과정을 도식화한 예시도이다.FIG. 3 is an exemplary diagram illustrating a process of calculating a membership function for the standard deviation of reflectivity, which is one of the fuzzy variables, in the step of calculating the membership function and the weight of the fuzzy variable shown in FIG. 2.

도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 기상 에코에 대한 반사도의 표준편차의 분포함수는 검정선으로, 비기상 에코에 대한 반사도의 표준편차는 붉은선으로 각각 도시되어 있다. 그리고, 기상 에코의 분포함수는 표준편차가 작게 나타나며, 비기상 에코는 표준편차가 크게 나타남을 알 수 있다. As shown in (a) of FIG. 3, the distribution function of the standard deviation of the reflectivity for the weather echo is shown by the black line, and the standard deviation of the reflectivity for the non-climate echo is shown by the red line, respectively. In addition, it can be seen that the distribution function of the weather echo has a small standard deviation, and the non-climate echo has a large standard deviation.

도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 소속함수(Membership Function, MF)는 반사도의 표준편차에 대한 두 빈도 값의 합에 대한 하나의 빈도 값의 비로 정의되며, 비기상 에코에 대한 소속함수는 기상 및 비기상 에코 각각의 빈도 합에 대한 비기상 에코의 빈도 값의 비이다. 비기상 에코에 대한 반사도 표준편차의 소속함수(MFGRE(SDZi))는 도 3의 (b)에 도시된 수학식에 의해 계산하면 도 3의 (c)와 같은 소속함수의 그래프가 산출된다.As shown in (b) of FIG. 3, the membership function (MF) is defined as the ratio of one frequency value to the sum of two frequency values with respect to the standard deviation of reflectance, and the membership function for non-weather echoes. Is the ratio of the frequency values of the non-climate echoes to the sum of the frequencies of the meteorological and non-climate echoes, respectively. The membership function (MF GRE (SDZ i )) of the reflectance standard deviation with respect to the non-climate echo is calculated by the equation shown in (b) of FIG. 3 to obtain a graph of the membership function as shown in (c) of FIG. .

도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 소속함수의 그래프에서 x축은 반사도의 표준편차(dB)를, y축은 소속값을 나타내며, 기상 에코에 대한 분포가 0일 경우, 소속함수의 값은 1이 된다.
As shown in (c) of FIG. 3, in the graph of the membership function, the x-axis represents the standard deviation (dB) of the reflectivity, the y-axis represents the membership value, and when the distribution for the weather echo is 0, the value of the membership function is It becomes 1.

도 4는 도 2에 도시된 퍼지변수의 소속함수 및 가중치 산출 과정에서 반사도의 표준편차에 대한 가중치 산출 과정을 도식화한 예시도이다.FIG. 4 is an exemplary diagram illustrating a weight calculation process for a standard deviation of reflectivity in a process of belonging and weighting a fuzzy variable shown in FIG. 2.

도 4에 도시된 바와 같이, 퍼지변수의 가중치(W)는 기상 에코에 대한 퍼지변수의 분포함수(검은색 선)와 비기상 에코에 대한 퍼지변수의 분포함수(붉은색 선)가 중첩되는 영역에 반비례하는 값으로, 중첩 영역(A, B, C)은 기상 에코와 비기상 에코가 섞여 있는 부분에서는 소속함수가 1이 되지 않기 때문에 소속함수가 1이 되지 않는 영역을 말하며, 중첩 영역이 작을수록 기상 에코 및 비기상 에코의 구별이 잘되는 것을 의미한다. 즉, 중첩 영역이 작은 변수(SDZ)에 큰 가중치를 부여한다.
As shown in FIG. 4, the weight W of the fuzzy variable is a region where the distribution function (black line) of the fuzzy variable for the weather echo overlaps with the distribution function (red line) of the fuzzy variable for the non-climate echo. The overlapping area (A, B, C) refers to the area where the belonging function does not become 1 because the belonging function does not become 1 in the area where the weather echoes and the non-climate echoes are mixed. It means that the better the distinction between weather echo and non-weather echo. In other words, a large weight is given to the variable SDZ where the overlap region is small.

도 5는 도 2에 도시된 에코 판별 단계를 구체적으로 설명하기 위한 순서도이다.FIG. 5 is a flowchart for describing in detail an echo determination step illustrated in FIG. 2.

도 5에 도시된 바와 같이, 실시간 수집된 이중편파 레이더의 관측 자료에 산출된 소속함수 및 가중치를 적용하여 총 소속값이 산출된다(S220).As shown in FIG. 5, the total membership value is calculated by applying the membership function and weights calculated to the observation data of the real-time collected dual polarization radar (S220).

산출된 총 소속값(MVtot)이 설정된 임계치(MVthresh)와 비교하여 기상 에코 또는 비기상 에코를 판별한다(S231).The calculated total belonging value MV tot is compared with the set threshold value MV thresh to determine a weather echo or a non-weather echo (S231).

산출된 총 소속값이 임계치보다 크면, 비기상 에코로 판별하고(S232), 반대로 산출된 총 소속값이 임계치보다 작으면, 기상 에코로 판별한다(S233).If the calculated total belonging value is larger than the threshold value, it is determined as a non-weather echo (S232). If the calculated total belonging value is smaller than the threshold value, it is determined as a weather echo (S233).

그런 다음, 판별된 비기상 에코는 제거한다(S240).
Then, the determined non-weather echo is removed (S240).

이제, 도 6 내지 도 12는 본 발명의 기상/비기상 에코 분류 방법을 실제 사례에 적용한 예를 나타낸 예시도이다.
6 to 12 are exemplary views showing an example in which the weather / non-weather echo classification method of the present invention is applied to an actual case.

도 6은 반사도의 표준편차에 대한 기상 에코 및 비기상 에코 간 분포함수 및 소속함수의 예를 나타낸 예시도이다. 여기서, 반사도의 표준편차(SD(Z))에 대한 기상 에코 및 비기상 에코 간 분포함수 및 소속함수는 도 3에 도시된 바와 같이 구해진다.6 is an exemplary diagram showing an example of a distribution function and membership function between weather echoes and non-weather echoes with respect to the standard deviation of reflectivity. Here, the distribution function and membership function between the weather echoes and the non-climate echoes with respect to the standard deviation SD (Z) of the reflectivity are obtained as shown in FIG. 3.

도 6의 (a)는 분포함수를, (b)는 소속함수를 나타내며, 반사도(Z)의 등급을 다섯 등급(Z>30, 30>Z>20, 20>Z>10, 10>Z>0, 0>Z)으로 구분하여 분포함수 및 소속함수를 세분화하여 구하고, 기상 에코는 점선으로, 비기상 에코는 실선으로 표시하였다.6 (a) shows a distribution function, and (b) shows a belonging function, and the reflectance (Z) is classified into five grades (Z> 30, 30> Z> 20, 20> Z> 10, 10> Z>. 0, 0> Z), and the distribution function and membership function are subdivided, and the weather echo is shown by the dotted line and the non-weather echo is shown by the solid line.

도 6의 (b)에 도시된 소속함수 그래프에서 소속값이 1이면 완전 비기상 에코이며, 소속값이 0이면 완전 기상 에코이다.
In the membership function graph shown in (b) of FIG. 6, when the membership value is 1, the non-meteorological echo is a perfect value.

도 7은 차등반사도의 표준편차에 대한 기상 에코 및 비기상 에코 간 분포함수 및 소속함수의 예를 나타낸 예시도이다. 여기서, 차등반사도의 표준편차(SD(Zdr))에 대한 기상 에코 및 비기상 에코 간 분포함수 및 소속함수는 도 3에 도시된 방법과 동일하게 구해진다.7 is an exemplary diagram illustrating an example of a distribution function and membership function between weather echoes and non-weather echoes with respect to the standard deviation of differential reflectivity. Here, the distribution function and the membership function between the weather echoes and the non-climate echoes with respect to the standard deviation SD (Zdr) of the differential reflectance are obtained in the same manner as the method shown in FIG.

도 7의 (a)는 분포함수를, (b)는 소속함수를 나타내며, 반사도(Z)의 등급을 다섯 등급(Z>30, 30>Z>20, 20>Z>10, 10>Z>0, 0>Z)으로 구분하여 차등반사도의 표준편차에 대한 분포함수 및 소속함수를 세분화하여 구하고, 기상 에코는 점선으로, 비기상 에코는 실선으로 표시하였다. (A) of FIG. 7 shows a distribution function, (b) shows a belonging function, and the reflectance (Z) has five grades (Z> 30, 30> Z> 20, 20> Z> 10, 10> Z> 0, 0> Z), the distribution function and the membership function for the standard deviation of the differential reflectance are subdivided, and the weather echo is indicated by the dotted line and the non-weather echo is represented by the solid line.

도 7의 (b)에 도시된 소속함수 그래프에서 소속값이 1이면 완전 비기상 에코이며, 소속값이 0이면 완전 기상 에코이다.
In the membership function graph shown in FIG. 7B, if the membership value is 1, the non-weather echo is a perfect value, and if the membership value is 0, it is a complete weather echo.

도 8은 상관계수의 표준편차에 대한 기상 에코 및 비기상 에코 간 분포함수 및 소속함수의 예를 나타낸 예시도이다. 여기서, 상관계수의 표준편차(SD(Rhv))에 대한 기상 에코 및 비기상 에코 간 분포함수 및 소속함수는 도 3에 도시된 방법과 동일하게 구해진다.8 is an exemplary diagram showing an example of a distribution function and membership function between weather echoes and non-weather echoes with respect to the standard deviation of correlation coefficients. Here, the distribution function and membership function between the weather echo and the non-climate echo with respect to the standard deviation SD (Rhv) of the correlation coefficient are obtained in the same manner as the method shown in FIG.

도 8의 (a)는 분포함수를, (b)는 소속함수를 나타내며, 반사도(Z)의 등급을 다섯 등급(Z>30, 30>Z>20, 20>Z>10, 10>Z>0, 0>Z)으로 구분하여 상관계수의 표준편차에 대한 분포함수 및 소속함수를 세분화하여 구하고, 기상 에코는 점선으로, 비기상 에코는 실선으로 표시하였다.(A) of FIG. 8 shows a distribution function, (b) shows a belonging function, and the reflectance (Z) has five grades (Z> 30, 30> Z> 20, 20> Z> 10, 10> Z> 0, 0> Z), the distribution function and the membership function for the standard deviation of the correlation coefficient are subdivided, and the weather echo is indicated by the dotted line and the non-weather echo is represented by the solid line.

도 8의 (b)에 도시된 소속함수 그래프에서 소속값이 1이면 완전 비기상 에코이며, 소속값이 0이면 완전 기상 에코이다.
In the membership function graph shown in (b) of FIG. 8, if the membership value is 1, the non-weather echo is a perfect membership.

도 9는 차등위상차의 표준편차에 대한 기상 에코 및 비기상 에코 간 분포함수 및 소속함수의 예를 나타낸 예시도이다. 여기서, 차등위상차의 표준편차(SD(Pdp))에 대한 기상 에코 및 비기상 에코 간 분포함수 및 소속함수는 도 3에 도시된 방법과 동일하게 구해진다.9 is an exemplary diagram illustrating an example of a distribution function and membership function between weather echoes and non-weather echoes for standard deviation of differential phase differences. Here, the distribution function and membership function between the weather echoes and the non-climate echoes with respect to the standard deviation SD (Pdp) of the differential phase difference are obtained in the same manner as the method shown in FIG.

도 9의 (a)는 분포함수를, (b)는 소속함수를 나타내며, 반사도(Z)의 등급을 다섯 등급(Z>30, 30>Z>20, 20>Z>10, 10>Z>0, 0>Z)으로 구분하여 차등위상차의 표준편차에 대한 분포함수 및 소속함수를 세분화하여 구하고, 기상 에코는 점선으로, 비기상 에코는 실선으로 표시하였다.9 (a) shows a distribution function, and (b) shows a belonging function, and the degree of reflectance (Z) is classified into five grades (Z> 30, 30> Z> 20, 20> Z> 10, 10> Z> 0, 0> Z), the distribution function and membership function for the standard deviation of the differential phase difference are subdivided, and the weather echo is indicated by the dotted line and the non-weather echo is represented by the solid line.

도 9의 (b)에 도시된 소속함수 그래프에서 소속값이 1이면 완전 비기상 에코이며, 소속값이 0이면 완전 기상 에코이다.
In the membership function graph shown in FIG. 9B, if the belonging value is 1, the non-weather echo is a complete belonging value.

도 10은 상관계수에 대한 기상 에코 및 비기상 에코 간 분포함수 및 소속함수의 예를 나타낸 예시도이다. 여기서, 상관계수(Rhv)에 대한 기상 에코 및 비기상 에코 간 분포함수 및 소속함수는 도 3에 도시된 방법과 동일하게 구해진다.10 is an exemplary diagram illustrating an example of a distribution function and membership function between weather echoes and non-weather echoes for correlation coefficients. Here, the distribution function and membership function between the weather echo and the non-climate echo with respect to the correlation coefficient Rhv are obtained in the same manner as the method shown in FIG.

도 10의 (a)는 분포함수를, (b)는 소속함수를 나타내며, 반사도(Z)의 등급을 다섯 등급(Z>30, 30>Z>20, 20>Z>10, 10>Z>0, 0>Z)으로 구분하여 상관계수에 대한 분포함수 및 소속함수를 세분화하여 구하고, 기상 에코는 점선으로, 비기상 에코는 실선으로 표시하였다.(A) of FIG. 10 shows a distribution function, (b) shows a belonging function, and the reflectance (Z) has five grades (Z> 30, 30> Z> 20, 20> Z> 10, 10> Z> 0, 0> Z), the distribution function and the membership function for the correlation coefficient are subdivided, and the weather echo is indicated by the dotted line and the non-weather echo is represented by the solid line.

도 10의 (b)에 도시된 소속함수 그래프에서 소속값이 1이면 완전 비기상 에코이며, 소속값이 0이면 완전 기상 에코이다.
In the membership function graph illustrated in FIG. 10B, if the membership value is 1, the non-weather echo is a complete non-weather echo.

도 11은 5개의 퍼지변수 각각에 대한 가중치의 예를 나타낸 예시도이다. 여기서, 각 퍼지변수에 대한 가중치는 도 4에서 설명된 바와 같이 구해진다.11 is an exemplary diagram illustrating an example of weights for each of the five fuzzy variables. Here, the weight for each fuzzy variable is obtained as described in FIG.

도 11에 도시된 바와 같이, 반사도(Z)의 등급을 다섯 등급(Z>30, 30>Z>20, 20>Z>10, 10>Z>0, 0>Z)으로 구분하여 가중치를 세분화하여 구하였다.As shown in FIG. 11, weights are subdivided by classifying the reflectance Z into five grades (Z> 30, 30> Z> 20, 20> Z> 10, 10> Z> 0, 0> Z). It was obtained.

반사도(Z)가 20 dBZ 이상인 경우에는 상관계수(

Figure pat00015
)의 가중치가 가장 작으며, 차등위상차의 표준편차(SD(
Figure pat00016
))의 가중치가 가장 높다.If the reflectance (Z) is 20 dBZ or more, the correlation coefficient (
Figure pat00015
) Has the smallest weight, and the standard deviation of the differential phase difference (SD (
Figure pat00016
)) Has the highest weight.

이 결과는 20 dBZ 이상의 반사도 영역에서 기상 에코 및 비기상 에코를 판별하는 데 있어서 5개의 퍼지변수 중 차등위상차의 표준편차가 가장 중요한 변수임을 의미한다.This result implies that the standard deviation of the differential phase difference is the most important variable in determining the meteorological and non-weather echoes in the reflectance region of 20 dBZ or more.

그리고, 반사도(Z)가 20 dBZ 이하인 경우에는 반사도의 표준편차(SD(Z))의 가중치가 가장 작다. When the reflectance Z is 20 dBZ or less, the weight of the standard deviation SD (Z) of reflectance is the smallest.

이 결과는 20 dBZ 이하의 반사도 영역에서 기상 에코 및 비기상 에코를 판별하는 데 있어서 5개의 퍼지변수 중 반사도의 표준편차를 제외한 이중편파의 퍼지변수가 중요한 역할을 함을 의미한다. This result implies that the fuzzy variable of the dual polarization except the standard deviation of the reflectivity among the five fuzzy variables plays an important role in discriminating weather echoes and non-weather echoes in the reflectance region of 20 dBZ or less.

따라서 본 발명에서 이중편파 변수로부터 산출한 퍼지 변수는 기상 에코 및 비기상 에코를 정확하게 판별하는 데 중요한 변수임을 알 수 있다.
Therefore, it can be seen that the fuzzy variable calculated from the double polarization variable in the present invention is an important variable for accurately determining weather echoes and non-weather echoes.

도 12는 도 2에 도시된 이중편파 레이더를 이용한 기상 에코 및 비기상 에코 분류 방법을 실제 사례 적용한 예를 나타낸 예시도이며, (a)는 관측된 반사도를 표시한 영상이며, (b)는 본 발명에 따른 이중편파 레이더를 이용한 기상 에코 및 비기상 에코 분류 방법을 적용한 후의 반사도 영상을 나타낸다. 여기서, 실제 사례는 2010년 8월 10일(0515 KST)에 대한 관측 자료이다. FIG. 12 is an exemplary view showing an example in which a weather echo and non-weather echo classification method using a dual polarization radar shown in FIG. 2 is applied in practice, (a) is an image showing the observed reflectivity, and (b) The reflectance image after applying the weather echo and non-weather echo classification method using the dual polarization radar according to the present invention is shown. Here, the actual case is observational data for August 10, 2010 (0515 KST).

도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, 비기상 에코는 붉은 색으로 표시된 영역에 해당하며 기상 에코와는 달리 주변의 에코에 비해 불연속적으로 강한 반사도를 보이는 것을 알 수 있다.As shown in (a) of FIG. 12, it can be seen that the non-climate echo corresponds to a region indicated in red color and unlike the weather echo, discontinuously strong reflectivity is compared to the surrounding echo.

반면, 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이중편파 레이더를 이용한 기상 에코 및 비기상 에코 분류 방법을 적용한 결과, 비기상 에코라고 판별되는 부분이 모두 제거되어 있음을 알 수 있다.
On the other hand, as shown in Figure 12 (b), as a result of applying the weather echo and non-weather echo classification method using the dual polarization radar of the present invention, it can be seen that all the parts that are determined to be non-weather echo are removed. .

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들을 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

또한, 본 발명에 따른 장치 및 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
In addition, the apparatus and method according to the present invention can be embodied as computer readable codes on a computer readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the recording medium include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like, and a carrier wave (for example, transmission via the Internet). The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.

1. 이중편파 레이더 시스템 2. 기상/비기상 에코 분류 시스템
21. 자료 수집부 22. 퍼지변수 산출부
23. 퍼지엔진 24. 에코 판별 및 제거부
1. Dual polarized radar system 2. Weather / non-weather echo classification system
21. Data collector 22. Fuzzy variable calculator
23. Fuzzy engine 24. Echo discrimination and removal unit

Claims (10)

이중편파 레이더 시스템에서 수집된 과거 관측 자료로부터 기상 및 비기상 에코 각각에 대한 퍼지변수의 소속함수 및 가중치를 산출하는 제1단계; 및
상기 이중편파 레이더 시스템에서 실시간 수집되는 관측 자료에 산출된 퍼지변수의 소속함수 및 가중치를 적용하여 총 소속값을 산출하고, 산출된 총 소속값과 임계치 비교하여 기상 에코 및 비기상 에코를 판별하는 제2단계;를 포함하는 이중편파 레이더를 이용한 기상 및 비기상 에코 분류 방법.
Calculating a belonging function and weight of fuzzy variables for each of weather and non-weather echoes from past observation data collected by a dual polarization radar system; And
A total membership value is calculated by applying the membership function and weights of the fuzzy variables calculated to the observation data collected in real time by the dual polarization radar system, and the weather echo and non-weather echoes are determined by comparing the calculated total membership value with a threshold. Meteorological and non-memory echo classification method using a dual polarization radar comprising a.
제1항에 있어서,
상기 퍼지변수는 반사도의 표준편차, 차등반사도의 표준편차, 상관계수의 표준편차, 차등위상차의 표준편차 및 상관계수를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 이중편파 레이더를 이용한 기상 및 비기상 에코 분류 방법.
The method of claim 1,
The fuzzy variable includes a standard deviation of reflectivity, a standard deviation of the differential reflectance, a standard deviation of the correlation coefficient, a standard deviation of the differential phase difference, and a correlation coefficient.
제2항에 있어서,
상기 제1단계는, 상기 이중편파 레이더 시스템의 과거 관측 자료로부터 기상 및 비기상 에코 각각에 대한 퍼지변수들을 산출하는 단계;
산출된 기상 및 비기상 에코 각각에 대한 퍼지변수들의 분포함수를 산출하는 단계; 및
산출된 분포함수로부터 퍼지변수들 각각의 소속함수 및 가중치를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중편파 레이더를 이용한 기상 및 비기상 에코 분류 방법.
The method of claim 2,
The first step includes calculating fuzzy variables for each of weather and non-weather echoes from past observations of the dual polarization radar system;
Calculating a distribution function of fuzzy variables for each of the calculated weather and non-weather echoes; And
Computing the belonging function and the weight of each of the fuzzy variables from the calculated distribution function; Weather and non-weather echo classification method using a dual polarized radar comprising a.
제3항에 있어서,
상기 소속함수는 기상 에코에 대한 빈도 값과 기상 에코 및 비기상 에코의 빈도 값의 합에 대한 비로 정의되며, 하기 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 이중편파 레이더를 이용한 기상 및 비기상 에코 분류 방법.
Figure pat00017

여기서, MF는 소속함수를, P는 퍼지변수를, F는 퍼지변수의 빈도 값을, PRE는 기상(강수) 에코를, GRE는 비기상(지형) 에코를 나타낸다.
The method of claim 3,
The membership function is defined as the ratio of the sum of the frequency values for the weather echo and the frequency values of the weather echo and the non-climate echo, and the weather and non-weather echo classification using the dual polarized radar, characterized by the following equation: Way.
Figure pat00017

Here, MF represents a membership function, P represents a fuzzy variable, F represents a frequency value of the fuzzy variable, PRE represents a weather (precipitation) echo, and GRE represents a non-weather (terrain) echo.
제4항에 있어서,
상기 가중치는 상기 기상 및 비기상 에코에 대한 퍼지변수의 분포함수가 중첩하는 영역에 반비례 관계이며, 하기 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 이중편파 레이더를 이용한 기상 및 비기상 에코 분류 방법.
Figure pat00018
,
Figure pat00019

여기서, W는 가중치를, P는 퍼지변수를, A, B, C는 기상 에코와 비기상 에코의 퍼지변수 각각에 대한 분포함수의 중첩 영역, D는 기상 에코와 비기상 에코에 대한 분포함수의 중첩 영역의 역수의 합을 나타낸다.
5. The method of claim 4,
The weights are inversely related to the region where the distribution function of the fuzzy variables for the meteorological and non-climate echoes overlaps, and is calculated by the following equation.
Figure pat00018
,
Figure pat00019

Where W is the weight, P is the fuzzy variable, A, B, and C are the overlapping regions of the distribution function for each of the fuzzy variables of the meteorological and non-climate echoes, and D is the distribution function of the meteorological and non-climate echoes. It represents the sum of the inverses of the overlapped areas.
제1항에 있어서,
상기 제2단계는, 상기 실시간 수집된 관측 자료로부터 퍼지변수들을 실시간 산출한 후, 실시간 산출된 퍼지변수들에 상기 산출된 퍼지변수의 소속함수 및 가중치를 적용하는 것을 특징으로 하는 이중편파 레이더를 이용한 기상 및 비기상 에코 분류 방법.
The method of claim 1,
In the second step, after the fuzzy variables are calculated in real time from the collected observation data in real time, the belonging function and weights of the calculated fuzzy variables are applied to the fuzzy variables calculated in real time. Meteorological and non-climate echo classification methods.
제6항에 있어서,
상기 제2단계는, 상기 산출된 총 소속값이 상기 임계치보다 크면 비기상 에코로 판별하고, 작으면 기상 에코로 판별하는 것을 특징으로 하는 이중편파 레이더를 이용한 기상/비기상 에코 분류 방법.
The method according to claim 6,
In the second step, if the calculated total belonging value is larger than the threshold value, it is determined as a non-weather echo, and if it is smaller, it is determined as a weather echo.
제6항에 있어서,
상기 제2단계는, 판별된 비기상 에코를 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중편파 레이더를 이용한 기상 및 비기상 에코 분류 방법.
The method according to claim 6,
The second step further comprises the step of removing the determined non-weather echoes.
제2항 또는 제6항에 있어서,
상기 총 소속값은 각 퍼지변수의 소속값의 총합이며, 하기 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 이중편파 레이더를 이용한 기상 및 비기상 에코 분류 방법.
Figure pat00020

여기서, MV는 퍼지변수의 소속값을, MVtot는 총 소속값을, W는 퍼지변수의 가중치를 나타낸다.
7. The method according to claim 2 or 6,
The total belonging value is the sum of the belonging values of each fuzzy variable, and the weather and non-weather echo classification method using a dual polarized radar, characterized in that calculated by the following equation.
Figure pat00020

Here, MV denotes the membership value of the fuzzy variable, MVtot denotes the total membership value, and W denotes the weight of the fuzzy variable.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 프로그램으로서 디지털 신호 처리 장치에 의해 판독되고 실행될 수 있는 프로그램을 기록한 기록매체.A recording medium having recorded thereon a program which can be read and executed by a digital signal processing apparatus as a program for performing the method of any one of claims 1 to 9.
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