一种基于气象观测数据的电波环境数字地图获取方法技术

一种基于气象观测数据的电波环境数字地图获取方法，包括如下步骤：步骤1，观测数据质量控制，步骤2，数据融合处理，步骤3，电波环境参数统计量获取，步骤4，格点数据获取，步骤5，生成数字地图。本发明专利技术所公开的方法解决了气象探空观测与表面观测数据融合的技术问题，提出了数据质量控制要点及空间格点数据获取方法，与国际电信联盟ITU的结果相比，由于观测站点数增加，及所用观测数据是近10年的数据，该电波环境数字地图更能反映现在的气候环境，且结果更加精细准确。

A digital map acquisition method of radio wave environment based on meteorological observation data

【技术实现步骤摘要】
一种基于气象观测数据的电波环境数字地图获取方法
本专利技术属于无线电气象领域，特别涉及该领域中的一种基于气象观测数据的电波环境数字地图获取方法。
技术介绍
电波环境主要是无线电传播所经过的对流层大气折射环境。电波环境的统计特性数字地图是电波传播模型所需要考虑的大气环境参数。准确获取电波环境数字地图对于提高电波传播预测精度至关重要。因此，利用多源、大量、近十几年历史气象观测数据，研究获取电波环境数字地图的方法是一项很有意义的工作。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种基于气象观测数据的电波环境数字地图获取方法。本专利技术采用如下技术方案：一种基于气象观测数据的电波环境数字地图获取方法，其改进之处在于，包括如下步骤：步骤1，观测数据质量控制：步骤11，剔除观测变量有缺失的数据，如果气压、温度、露点温度三个值中任意一个为缺省值999、9999或9999.00，则数据剔除掉；步骤12，剔除观测层数太少的数据，如果气压层少于3层，测量异常，数据层数太少，数据需要剔除掉；步骤13，剔除观测变量值不合理的数据，如果第一层气压值＜200hpa，则为低层缺测或者测量错误，数据需要剔除掉；如果温度或者露点温度值＜-200℃或者＞60℃，则超出了地表、海表面最高温度和探空最高点最低温度值所在范围，视为温度或者露点温度异常值，数据需要剔除；如果相邻两层数据温度或露点温度之差绝对值超过20℃，数据需要剔除掉；步骤14，过滤对传播影响可忽略的弱大气波导；当统计大气波导时，把波导强度小于2M单位和波导高度高于3000m的作为无波导处理；步骤2，数据融合处理：步骤21，2011年之前的表面观测数据，当海拔高度小于2000m时，利用把海平面气压转换成本站气压后再进行表面折射率的计算，其中，γ＝6.5K/km为温度递减率，ts为海表温度，h为站点海拔高度，P0是站点海平面气压，PS是本站气压；当海拔高度大于2000m时，利用PS＝P0×10(-a)把海平面气压转换成本站气压后再进行表面折射率的计算，其中am＝tm/273.15，t为站点当下气温，t12为站点12小时以前的气温，t1为站点平均气温；步骤22，2011年之后的表面观测数据，选取通过本站气压记录值，使用本站气压推算模型，得到本站气压；本站气压推算模型为：步骤221：首先根据记录值对本站气压进行初步估计：h≤100m，ps1＝1000+p/10，(h上＝100m)100m<h≤1000m，ps1＝900+p/10，(h下＝100mandh上＝1000m)1000m<h≤2000m，ps1＝800+p/10，(h下＝1000mandh上＝2000m)2000m<h≤3000m，ps1＝700+p/10，(h下＝2000mandh上＝3000m)3000m<h≤4000m，ps1＝600+p/10，(h下＝3000mandh上＝4000m)4000m<h≤5500m，ps1＝500+p/10，(h下＝4000mandh上＝5500m)其中h为本站海拔高度，ps1为本站气压，p为本站气压记录值。并把上述判断h高度范围的左边值定义为h下，右边值定义为h上。步骤222：通过分析实测数据，统计得到当实际海拔高度位于上下边界附近时的本站气压转换公式为：当h下<h≤h下+Δh时，如果通过步骤221推算的本站气压ps1＜(850+(1500-h)/10)-Δp,则本站气压推算公式应该改为ps＝ps1+100；当h上-Δh<h≤h上时，如果通过步骤221推算的本站气压ps1＞(850+(1500-h)/10)+Δp,则本站气压推算公式应该改为ps＝ps1-100；其中Δh与Δp可以是中的任意一组值；步骤23，把探空观测和表面观测得到的表面气象参数数据融合，表面气象参数包括但不限于本站气压、温度、湿度；步骤24，探空观测数据规定层和特性层融合，根据气压值大小，把特性层数据依次插入到规定层中；步骤3，电波环境参数统计量获取：步骤31，利用2005-2014年10年的观测数据，通过计算表面折射率湿项，其中esur为本站水汽压；TSUR为本站温度；Nwet为表面折射率湿项；通过ΔN1km＝Nsur+1000m-Nsur、ΔN100m＝Nsur+100m-Nsur、ΔN65m＝Nsur+65m-Nsur分别计算离下垫面1000m、100m、65m折射率梯度，Nsur为表面折射率，Nsur+1000m为1km折射率；通过计算修正折射率，P为气压，T为气度，e为水汽压，Z为高度，当修正折射率梯度满足条件时即可判断为波导出现，并把这层大气的底作为波导层底，表示修正折射率M对高度Z求导数，即M随高度Z的变化率；波导层底的M值记为Mmax；然后再逐层向上判断，直到出现dM/dZ＞0，则离这层最近的dM/dZ＜0的层的顶所在的高度为波导顶高；波导顶的M值记为Mmin；波导强度ΔM由ΔM＝Mmax-Mmin求得；步骤32，获取各电波环境参数的统计量：把求得的所有表面折射率湿项进行排序，获取位于中间位的值作为表面折射率湿项中值；同样方法可获取1000m、65m折射率梯度中值；100m的统计量是折射率梯度小于-100N-units/km的时间百分比；把求得的波导顶高、波导层底高、波导厚度、波导强度求均值，得到这些参数的年均值，并获取表面波导和悬空波导的年均出现概率；步骤4，格点数据获取：步骤41，克里金方程组为其中i是区域内任意一点，n为区域内所有点的总数，Xi、Xj分别为区域内任意一点i和j的位置，c(Xi,Xj)为点i和j的协方差；X0为要插值格点位置，c(Xi,X0)为点i和格点的协方差；步骤42，获取变异函数，将全球区域内所有观测点按式计算h和γ(h)，其中N(h)是分隔距离为h时的样本点对的总数，用最小二乘法计算出变异函数指数模型中的各参数，得到变异函数的模型为γ(h)＝106.2606×[1-e(-h/1508.5)]；步骤43，求解方程组获取格点插值数据，由上述变异函数通过c(h)＝c(0)-γ(h)求得协方差函数，并代入克里金方程组解该n+1阶线性方程组，求出权重系数λj和拉格朗日系数μ，代入中即可得到格点位置x0上的克里金估计量Zp(x0)，即为格点插值数据；步骤44，通过步骤41—43，把离散的站点电波环境参数统计量插值成为格点数据；步骤5，生成数字地图：利用MATLAB软件调用全球地图生成各种电波环境数字地图。本专利技术的有益效果是：本专利技术所公开的方法解决了气象探空观测与表面观测数据融合的技术问题，提出了数据质量控制要点及空间格点数据获取方法，与国际电信联盟(ITU)的结果相比，由于观测站点数增加，及所用观测数据是近10年的数据，该电波环境数字地图更能反映现在的气候环境，且结果更加精细准确。附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于气象观测数据的电波环境数字地图获取方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，观测数据质量控制：/n步骤11，剔除观测变量有缺失的数据，如果气压、温度、露点温度三个值中任意一个为缺省值999、9999或9999.00，则数据剔除掉；/n步骤12，剔除观测层数太少的数据，如果气压层少于3层，测量异常，数据层数太少，数据需要剔除掉；/n步骤13，剔除观测变量值不合理的数据，如果第一层气压值＜200hpa，则为低层缺测或者测量错误，数据需要剔除掉；如果温度或者露点温度值＜-200℃或者＞60℃，则超出了地表、海表面最高温度和探空最高点最低温度值所在范围，视为温度或者露点温度异常值，数据需要剔除；如果相邻两层数据温度或露点温度之差绝对值超过20℃，数据需要剔除掉；/n步骤14，过滤对传播影响可忽略的弱大气波导；当统计大气波导时，把波导强度小于2M单位和波导高度高于3000m的作为无波导处理；/n步骤2，数据融合处理：/n步骤21，2011年之前的表面观测数据，当海拔高度小于2000m时，利用

【技术特征摘要】
1.一种基于气象观测数据的电波环境数字地图获取方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，观测数据质量控制：
步骤11，剔除观测变量有缺失的数据，如果气压、温度、露点温度三个值中任意一个为缺省值999、9999或9999.00，则数据剔除掉；
步骤12，剔除观测层数太少的数据，如果气压层少于3层，测量异常，数据层数太少，数据需要剔除掉；
步骤13，剔除观测变量值不合理的数据，如果第一层气压值＜200hpa，则为低层缺测或者测量错误，数据需要剔除掉；如果温度或者露点温度值＜-200℃或者＞60℃，则超出了地表、海表面最高温度和探空最高点最低温度值所在范围，视为温度或者露点温度异常值，数据需要剔除；如果相邻两层数据温度或露点温度之差绝对值超过20℃，数据需要剔除掉；
步骤14，过滤对传播影响可忽略的弱大气波导；当统计大气波导时，把波导强度小于2M单位和波导高度高于3000m的作为无波导处理；
步骤2，数据融合处理：
步骤21，2011年之前的表面观测数据，当海拔高度小于2000m时，利用把海平面气压转换成本站气压后再进行表面折射率的计算，其中，γ＝6.5K/km为温度递减率，ts为海表温度，h为站点海拔高度，P0是站点海平面气压，PS是本站气压；当海拔高度大于2000m时，利用PS＝P0×10(-a)把海平面气压转换成本站气压后再进行表面折射率的计算，其中am＝tm/273.15，t为站点当下气温，t12为站点12小时以前的气温，t1为站点平均气温；
步骤22，2011年之后的表面观测数据，选取通过本站气压记录值，使用本站气压推算模型，得到本站气压；本站气压推算模型为：
步骤221：首先根据记录值对本站气压进行初步估计：
h≤100m，ps1＝1000+p/10，(h上＝100m)
100m<h≤1000m，ps1＝900+p/10，(h下＝100mandh上＝1000m)
1000m<h≤2000m，ps1＝800+p/10，(h下＝1000mandh上＝2000m)
2000m<h≤3000m，ps1＝700+p/10，(h下＝2000mandh上＝3000m)
3000m<h≤4000m，ps1＝600+p/10，(h下＝3000mandh上＝4000m)
4000m<h≤5500m，ps1＝500+p/10，(h下＝4000mandh上＝5500m)
其中h为本站海拔高度，ps1为本站气压，p为本站气压记录值，并把上述判断h高度范围的左边值定义为h下，右边值定义为h上；
步骤222：通过分析实测数据，统计得到当实际海拔高度位于上下边界附近时的本站气压转换公式为：
当h下<h≤h下+Δh时，如果通过步骤221推算的本站气压ps1＜(850+(1500-h)/10)-Δp,则本站气压推算公式应该改为ps＝ps1+100；
当h上-Δh&l...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝晓静，李清亮，林乐科，
申请(专利权)人：中国电波传播研究所中国电子科技集团公司第二十二研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37