利用毫米波监测降水的方法和系统技术方案

本公开提供了一种利用毫米波监测降水的方法，包括：通过第五代通信网络的毫米波回传链路和/或信号链路发射毫米波信号；通过第五代通信网络的毫米波回传链路和/或信号链路接收毫米波信号；计算毫米波信号在所述毫米波回传链路和/或信号链路中传输时产生的衰减；以及根据所述衰减反演得到降水状况。

Method and system for monitoring precipitation using millimeter wave

The present disclosure provides a method for monitoring precipitation using millimeter waves, including transmitting millimeter wave signals through millimeter wave return links and/or signal links of the fifth generation communication network, receiving millimeter wave signals through millimeter wave return links and/or signal links of the fifth generation communication network, and calculating millimeter wave signals in the millimeter wave. Attenuation resulting from transmission in the return link and/or signal link; and retrieval of precipitation from the attenuation.

【技术实现步骤摘要】
利用毫米波监测降水的方法和系统
本公开涉及气象观测领域，特别涉及一种利用毫米波监测降水的方法和系统。
技术介绍
降水是指空气中的水汽冷凝并降落到地表的现象，对我们的生命起着重要的作用。从大气中降落的雨，雪，冰雹等，统称为降水，是气象观测中重要的要素。准确的降水测量对于气象、水文、地质、以及洪涝等自然灾害的监测与预警有着重要的意义。密集、实时、准确的降水以及水汽监测，对提高天气预报，气候分析，和气象服务的能力以及自然灾害及时预警都有十分重要的意义。降水的主要形式是降雨。目前，降雨测量的主要方法是雨量计，天气雷达和气象卫星等。在过去的40年间，全球大约有20万个标准雨量计，安装在世界各地。但是在城市，山区等区域存在极为复杂的时空变化，雨量计站点分布不均匀，受费用和人工等限制，即使在城市等站点相对密集的地区，仍难以检测到降水的精细时空变化，而且对小雨和大雨的测量效果较差。天气雷达虽然可以估计大范围的降雨场分布，但是在高仰角条件下只能测量到部分降水体或云体，在低仰角下易受地物回波影响，因而在城市和山区的测量效果有限，测雨卫星只能自上而下测量云顶或穿透云顶，与降落到地表附近的实际降雨之间存在较大差别，难以根据回波反演准确的降水分布。由于天气雷达和测雨卫星受到测量远离和扫描方式的限制，所发射的电磁波信号往往难以与降落到地面附近的降水粒子进行完全作用，成为限制区域降水测量效果进一步提高的主要原因。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对
技术介绍
中的问题，本公开提出了一种利用毫米波监测降水的方法，以解决上述高费用、地物影响回波信号以及覆盖范围小等问题。(二)技术方案本公开一方面提供了一种利用毫米波监测降水的方法，包括：通过第五代通信网络的毫米波回传链路和/或信号链路发射毫米波信号，通过第五代通信网络的毫米波回传链路和/或信号链路接收毫米波信号，计算毫米波信号在所述毫米波回传链路和/或信号链路中传输时产生的衰减，以及根据所述衰减反演得到降水状况。可选地，上述第五代通信网络使用30GHz到300GHz频段的毫米波。可选地，上述第五代通信网络建造的信号链路距离为100到200米。可选地，上述毫米波回传链路和/或信号链路包括至少一个发射端和至少一个接收端。可选地，上述计算毫米波信号在所述毫米波回传链路和/或信号链路中传输时产生的衰减包括计算接收端接收到的毫米波信号相对于发射端发射的毫米波信号所产生的衰减。可选地，上述降水状况包括降雨强度和水汽密度。可选地，上述根据衰减反演得到降雨强度通过下述公式获得：A＝aRb(dB/km)其中，R是降雨强度，a和b是回归系数。可选地，上述根据衰减反演得到水汽密度通过下述公式获得：γ＝0.1820fN″(dB/km)其中，N″＝N″(p，T，ρ，f)，ρ为水汽密度，p为大气压强，T为温度，f为毫米波频率。本公开另一方面提供了一种利用毫米波监测降水的系统，包括：发射端、接收端、计算模块、以及反演模块。发射端通过第五代通信网络的毫米波回传链路和/或信号链路发射毫米波信号，接收端通过第五代通信网络的毫米波回传链路和/或信号链路接收毫米波信号，计算模块计算毫米波信号在所述毫米波回传链路和/或信号链路中传输时产生的衰减，反演模块根据所述衰减反演得到降水状况。可选地，上述第五代通信网络使用30GHz到300GHz频段的毫米波。可选地，上述第五代通信网络建造的信号链路距离为100到200米。可选地，上述计算毫米波信号在所述毫米波回传链路和/或信号链路中传输时产生的衰减包括计算接收端接收到的毫米波信号相对于发射端发射的毫米波信号所产生的衰减。可选地，上述降水状况包括降雨强度和水汽密度。可选地，上述根据衰减反演得到降雨强度通过下述公式获得：A＝aRb(dB/km)其中，R是降雨强度，a和b是回归系数。可选地，上述根据衰减反演得到水汽密度通过下述公式获得：γ＝0.1820fN″(dB/km)其中，N″＝N″(p，T，ρ，f)，ρ为水汽密度，p为大气压强，T为温度，f为毫米波频率。(三)有益效果本公开涉及一种利用毫米波监测降水的方法，可以得到覆盖范围广、时域和空间域上分辨率高、实时监测、准确度高以及低成本的降水分布信息。附图说明为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：图1示意性示出了根据本公开实施例的水汽和氧气对不同频段信号的衰减；图2示意性示出了根据本公开实施例的降雨量对不同频段信号的衰减；图3示意性示出了根据本公开实施例的利用毫米波监测降水的方法流程图；图4示意性示出了根据本公开实施例的利用毫米波监测降水的系统的框图；以及图5示意性示出了根据本公开实施例的利用毫米波监测降水的计算机系统的方框图。具体实施方式以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。本领域技术人员还应理解，实质上任意表示两个或更多可选项目的转折连词和/或短语，无论是在说明书、权利要求书还是附图中，都应被理解为给出了包括这些项目之一、这些项目任一方、或两个项目的可能性。例如，短语“A或B”应当被理解为包括“A”或“B”、或“A和B”的可能性。微波信号在近地层大气中传播时会受到大气介质的吸收，散射衰减影响以及产生极化差异等，其中雨、雪等降水粒子对微波的影响尤为明显，这一影响在通讯领域是需要尽量避免并消除的，但是将其引入到气象中，微波在近地表传播可以保证电磁波与降水粒子直接作用，既有效解决了扫描方式和地物影响等问题，又可以根据降水粒子对微波传播路径上的衰减信息反演得到覆盖范围广，高时空分辨率的降水分布信息。微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是通信所使用的主要频段之一，也是天气雷达测量降水的主要频段。微波信号在大气中传播时会受到大气介质的吸收、散射影响而衰减其中降水是对微波信号影响最大的，尤其是较短的微波波段，例如毫米波波段，大大影响了基于毫米波的通信、制导、遥感等系统的性能。毫米波信号的波长非常短，所以毫米波信号在自由空间长距本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用毫米波监测降水的方法，包括：通过第五代通信网络的毫米波回传链路和/或信号链路发射毫米波信号；通过第五代通信网络的毫米波回传链路和/或信号链路接收毫米波信号；计算毫米波信号在所述毫米波回传链路和/或信号链路中传输时产生的衰减；以及根据所述衰减反演得到降水状况。

【技术特征摘要】
1.一种利用毫米波监测降水的方法，包括：通过第五代通信网络的毫米波回传链路和/或信号链路发射毫米波信号；通过第五代通信网络的毫米波回传链路和/或信号链路接收毫米波信号；计算毫米波信号在所述毫米波回传链路和/或信号链路中传输时产生的衰减；以及根据所述衰减反演得到降水状况。2.根据权利要求1所述的利用毫米波监测降水的方法，其特征在于，所述第五代通信网络使用30GHz到300GHz频段的毫米波。3.根据权利要求1所述的利用毫米波监测降水的方法，其特征在于，所述第五代通信网络建造的信号链路距离为100到200米。4.根据权利要求1所述的利用毫米波监测降水的方法，其特征在于，所述毫米波回传链路和/或信号链路包括至少一个发射端和至少一个接收端。5.根据权利要求4所述的利用毫米波监测降水的方法，其特征在于，所述计算毫米波信号在所述毫米波回传链路和/或信号链路中传输时产生的衰减包括计算接收端接收到的毫米波信号相对于发射端发射的毫米波信号所产生的衰减。6.根据权利要求1所述的利用毫米波监测降水的方法，其特征在于，所述降水状况包括降雨强度和水汽密度。7.根据权利要求6所述的利用毫米波监测降水的方法，其特征在于，所述根据衰减反演得到降雨强度通过下述公式获得：A＝aRb(dB/km)其中，R是降雨强度，a和b是回归系数。8.根据权利要求6所述的利用毫米波监测降水的方法，其特征在于，所述根据衰减反演得到水汽密度通过下述公式获得：γ＝0.1820fN″(dB/km)其中，N″＝N″(p，T，ρ，f)，ρ为水汽密度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩瑽琤，
申请(专利权)人：中国科学院大气物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11