非均匀风场的探测方法技术

本发明专利技术公开了非均匀风场的探测方法，涉及气象探测领域。该方法包括：获取风廓线雷达以M个不同的方位角对非均匀风场进行扫描测量，得到的对应的M个径向数据，M≥2；对M个径向数据使用傅里叶级数进行拟合计算；根据拟合计算后的傅里叶展开式计算非均匀风场的风场参数。本发明专利技术提供的探测方法，通过多个方位角对非均匀风场进行扫描测量，并对得到的径向数据进行傅里叶拟合，实现了风廓线雷达对非均匀风场的探测，能够有效减少传统风廓线雷达处理方式对非均匀风场进行探测存在的误差。

Detection Method of Non-uniform Wind Field

The invention discloses a detection method of non-uniform wind field, which relates to the field of meteorological detection. The method includes: acquiring M different azimuth angles of wind profiler radar to scan and measure the non-uniform wind field, obtaining corresponding M radial data, M (> 2); fitting M radial data with Fourier series; and calculating the wind field parameters of non-uniform wind field according to the fitting Fourier expansion. The detection method provided by the invention scans and measures the non-uniform wind field through multiple azimuths, and Fourier fitting the obtained radial data, realizes the detection of non-uniform wind field by wind profiler radar, and can effectively reduce the errors existing in the detection of non-uniform wind field by traditional wind profiler radar processing mode.

【技术实现步骤摘要】
非均匀风场的探测方法
本专利技术涉及气象探测领域，尤其涉及一种非均匀风场的探测方法。
技术介绍
风廓线雷达是一种晴空探测设备，能够探测设备上方的风场，广泛应用于气象、环保、航空等领域。然而，风廓线雷达是基于均匀一致性假设对风场进行探测，只能探测近似均匀的风场，如果对非均匀风场进行探测，会使探测到的风场参数产生较大误差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种非均匀风场的探测方法及一种存储介质。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种非均匀风场的探测方法，包括：获取风廓线雷达以M个不同的方位角对非均匀风场进行扫描测量，得到的对应的M个径向数据，M≥2；对所述M个径向数据使用傅里叶级数进行拟合计算；根据拟合计算后的傅里叶展开式计算所述非均匀风场的风场参数。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的探测方法，通过多个方位角对非均匀风场进行扫描测量，并对得到的径向数据进行傅里叶拟合，实现了风廓线雷达对非均匀风场的探测，能够有效减少传统风廓线雷达处理方式对非均匀风场进行探测存在的误差。本专利技术解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上述技术方案所述的方法。本专利技术附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术实践了解到。附图说明图1为本专利技术一种非均匀风场的探测方法的实施例提供的流程示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图1所示，为本专利技术一种非均匀风场的探测方法的实施例提供的流程示意图，该方法包括：S1，获取风廓线雷达以M个不同的方位角对非均匀风场进行扫描测量，得到的对应的M个径向数据，M≥2。应理解，为了获得多个方位角波束的径向数据，风廓线雷达应以固定的仰角进行扫描测量，仰角的大小可以根据实际需求设置。而为了满足后续傅里叶分解的条件，M个不同的方位角需要扫描完一圈。优选地，M个不同的方位角可以为固定间隔的方位角，例如，可以为0°、90°、180°、270°、360°，这样每个方位角之间的间隔都是90°，并且满足了扫描一圈的要求。优选地，径向数据可以为径向速度。应理解，风廓线雷达可能通过多个距离门对目标进行扫描测量，因此，上述的多个方位角的径向数据应为某个距离门的。S2，对所述M个径向数据使用傅里叶级数进行拟合计算。应理解，可以为逐个距离门对所述M个径向数据使用傅里叶级数进行拟合计算。S3，根据拟合计算后的傅里叶展开式计算所述非均匀风场的风场参数。应理解，通过对M个径向数据使用傅里叶级数进行拟合计算并展开，得到的展开式中包含有风场分量的展开信息，因此，可以根据傅里叶级数的一阶谐波系数获取风场分量。本实施例提供的探测方法，通过多个方位角对非均匀风场进行扫描测量，并对得到的径向数据进行傅里叶拟合，实现了风廓线雷达对非均匀风场的探测，能够有效减少传统风廓线雷达处理方式对非均匀风场进行探测存在的误差。可选地，在一些实施例中，所述对所述M个径向数据使用傅里叶级数进行拟合计算之前，还包括：分别对所述M个径向数据进行去模糊处理、去奇点处理和平滑处理。通过对M个径向数据进行预处理，可以使得数据更平滑，去除异常点，便于后续拟合处理。可选地，在一些实施例中，对所述M个径向数据进行去模糊处理具体包括：将第i个方位角的径向数据与相邻方位角的径向数据相减，若径向数据差值大于第一预设差值，则将所述第i个方位角的径向数据减去预设的最大不模糊速度；若径向数据差值小于第二预设值差值，则将所述第i个方位角的径向数据加上预设的最大不模糊速度，i＝1，2，…，M。优选地，为防止出现经过去模糊后径向数据仍然偏大或偏小的情况，可以在将第i个方位角的径向数据减去或加上预设的最大不模糊速度后，重复对去模糊后的第i个方位角的径向数据继续进行判断，直到径向数据差值不大于第一预设差值且不小于第二预设差值，停止对第i个方位角的径向数据的去模糊处理。应理解，第一预设差值、第二预设差值和最大不模糊速度都可以根据实际需求设置。应理解，可以逐个距离门进行去模糊处理。可选地，在一些实施例中，对所述M个径向数据进行去奇点处理具体包括：计算第i个方位角的径向数据的均方根误差，若所述第i个方位角的径向数据的均方根误差不满足预设误差条件，则剔除所述第i个方位角的径向数据，i＝1，2，…，M。应理解，预设误差条件可以根据实际需求设置，例如，如果数据点大于3倍的均方根误差，则认为是奇点，进行剔除。应理解，可以逐个距离门进行去奇点处理。可选地，在一些实施例中，对所述M个径向数据进行平滑处理具体包括：对所述M个径向数据进行滑动平均。应理解，可以逐个距离门进行平滑处理。可选地，在一些实施例中，所述对所述M个径向数据使用傅里叶级数进行拟合计算，具体包括：计算所述M个径向数据对应的M个理论径向数据；从一阶级数展开起，使用最小二乘法对所述M个径向数据和所述M个理论径向数据进行拟合。例如，假设某个距离门不同方位角测得的径向速度为对应理论上的径向速度为vr(φ)，即：其中，表示某个距离门不同方位角测得的径向速度，m表示距离门，r表示径向速度，φ表示方位角，a0、an、bn为傅里叶系数，n＝1，2，3，…；从低阶级数展开(一阶)计算起，使用最小二乘法进行拟合，即使得ε2最小，其中ε2为：其中，RN为距离门圈采样点数。可选地，在一些实施例中，所述对所述M个径向数据使用傅里叶级数进行拟合计算，还包括：对拟合后得到的差值进行判断，若所述差值不满足预设差值条件，则提高拟合阶数，重新进行拟合，并当所述拟合阶数达到预设阶数时，停止拟合。例如，可以对ε2进行判定，如果满足门限参数要求，例如，可以设置为1.5m/s，可根据实际情况进行调整，则认为拟合满足要求，继续后续的参数计算，否则提高拟合阶数，重新进行拟合，计算差值并进行判定，依次循环。为了防止无限制拟合，对拟合阶数进行上限设置，这里设置为20阶。可选地，在一些实施例中，所述根据拟合计算后的傅里叶展开式计算所述非均匀风场的风场参数，具体包括：将所述M个不同的方位角进行拟合加密处理；将拟合加密处理后的所述M个不同的方位角代入拟合计算后的傅里叶展开式中进行计算；根据傅里叶级数的一阶谐波系数得到所述非均匀风场的风场参数。例如，可以将方位角加密到1°，即无论探测方位角间隔多少，这里方位角值均为0°～360°，1°间隔，然后再代入拟合计算后的傅里叶展开式中进行计算。可选地，在一些实施例中，根据以下公式计算所述非均匀风场的风场参数：其中，u0为风场参数的纬向分量，v0为风场参数的径向分量，R为非均匀风场与探测设备之间的距离，θ为非均匀风场与探测设备之间的天顶角，为一阶谐波系数，N为傅里叶展开的最高阶数谐波，Di、Ei分别为不同的多项式，i＝1，2，…，M，M为方位角的数量。下面以一个具体的例子进行说明。各阶的傅里叶系数计算如下公式，可根据风廓线雷达测得的径向速度与方位角获取。假设雷达以固定间隔扫描M个方位角，则可以得到：其中，vri为第i个方位角测得径向速度，i＝1，2，3，…，M，φi为第i个方位角，i＝1，2，3，…，M，a0、an、bn为傅里叶系数，其中n＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非均匀风场的探测方法，其特征在于，包括：获取风廓线雷达以M个不同的方位角对非均匀风场进行扫描测量，得到的对应的M个径向数据，M≥2；对所述M个径向数据使用傅里叶级数进行拟合计算；根据拟合计算后的傅里叶展开式计算所述非均匀风场的风场参数。

【技术特征摘要】
1.一种非均匀风场的探测方法，其特征在于，包括：获取风廓线雷达以M个不同的方位角对非均匀风场进行扫描测量，得到的对应的M个径向数据，M≥2；对所述M个径向数据使用傅里叶级数进行拟合计算；根据拟合计算后的傅里叶展开式计算所述非均匀风场的风场参数。2.根据权利要求1所述的探测方法，其特征在于，所述对所述M个径向数据使用傅里叶级数进行拟合计算之前，还包括：分别对所述M个径向数据进行去模糊处理、去奇点处理和平滑处理。3.根据权利要求2所述的探测方法，其特征在于，对所述M个径向数据进行去模糊处理具体包括：将第i个方位角的径向数据与相邻方位角的径向数据相减，若径向数据差值大于第一预设差值，则将所述第i个方位角的径向数据减去预设的最大不模糊速度；若径向数据差值小于第二预设值差值，则将所述第i个方位角的径向数据加上预设的最大不模糊速度，i＝1，2，…，M。4.根据权利要求2所述的探测方法，其特征在于，对所述M个径向数据进行去奇点处理具体包括：计算第i个方位角的径向数据的均方根误差，若所述第i个方位角的径向数据的均方根误差不满足预设误差条件，则剔除所述第i个方位角的径向数据，i＝1，2，…，M。5.根据权利要求2所述的探测方法，其特征在于，对所述M个径向数据进行平滑处理具体包括：对所述M个径向数据进行滑动平均。6.根据权利要求1至5中任一项所述的探测方法，其特征在于，所述对所述M...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊，贾晓星，孙祥，王斯正，
申请(专利权)人：北京无线电测量研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11