一种天气雷达组网策略评估方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种天气雷达组网策略评估方法及系统，具体方法如下：S1、将天气雷达组网策略模型化，求解重叠率M；S2、依据算法计算不同拓扑结构下雷达网性能指标(bs，bh，Zmin)空间域；S3、取累计概率密度函数值为90％，依据算法反求不同拓扑结构下雷达网和单部雷达性能指标(bs，bh，Zmin)分别为特征量对应的特征值；S4、差异性比较波束直径bs、最低波束高度bh、探测灵敏度Zmin特征值，确定合理的天气雷达组网策略。该方法不仅实现了不同组网策略下雷达网的性能比较，也实现了特定策略下雷达网与单部天气雷达的性能比较。旨在为天气雷达站网布设与协同观测提供基础性技术支撑。与协同观测提供基础性技术支撑。与协同观测提供基础性技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种天气雷达组网策略评估方法及系统


[0001]本专利技术涉及气象雷达站网布设与协同观测领域，尤其对不同组网策略进行雷达网性能评估和评价。具体为一种天气雷达组网策略评估方法及系统。

技术介绍

[0002]随着湖北监利沉船事故、江苏阜宁龙卷风事件相继发生，国家正在苏皖平原、珠江三角洲、长江三角洲和江汉平原等地开展新一轮的短波长天气雷达布网工作。欲更好地发挥天气雷达网协同探测威力，探讨其组网策略是否合理成为业务布局与效益发挥的关键。
[0003]然而，在国内，该方面工作尚处于空白，尚未有人给出天气雷达组网性能评估指标、评估方法以及可业务使用的评估系统。
[0004]因此，亟需一套完整而科学的天气雷达组网策略评估方法及系统支撑气象部门天气雷达布网与协同观测工作。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种天气雷达组网策略评估方法及系统，在国内首次提出延用波束直径b
s
、最低波束高度b
h
和探测灵敏度Z
min
作为天气雷达网性能指标评估工具。首先将天气雷达组网策略模型化，求解重叠率M，再依据算法计算累计概率密度函数值为90％不同拓扑结构的雷达网和单部天气雷达性能指标(b
s
，b
h
，Z
min
)分别为特征量对应的特征值，通过波束直径b
s
、最低波束高度b
h
、探测灵敏度Z
min
特征值差异性比较，确定合理的天气雷达组网策略。该方法不仅实现了不同组网策略下雷达网性能比较，也实现了特定策略下雷达网与单部天气雷达性能比较。旨在为天气雷达站网布设与协同观测供基础性技术支撑。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供第一方面的技术方案：一种天气雷达组网策略评估方法，具体方法如下：
[0007]S1、将天气雷达组网策略模型化，求解重叠率M；
[0008]S2、依据算法计算不同拓扑结构下雷达网性能指标(bs，bh，Zmin)空间域；
[0009]S3、取累计概率密度函数值为90％，依据算法反求不同拓扑结构下雷达网和单部雷达性能指标(bs，bh，Zmin)分别为特征量对应的特征值；
[0010]S4、差异性比较波束直径bs、最低波束高度bh、探测灵敏度Zmin特征值，确定合理的天气雷达组网策略。
[0011]优选的，所述将天气雷达组网策略模型化，求解重叠率M。将天气雷达组网策略参数化成雷达网基本单元为正三角形、正四边形、正六边形三种数学模型，公式为(1)-(3)。按照公式(1)-(3)求解不同组网策略对应的重叠率M。
[0012][0013][0014]M＝R
max
/L
×
1，N＝6
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0015]式中，N为同型号雷达数量，表示构成N条边的规则多边形(雷达位于顶点)，为基本单元的形状因子，单位个；R
max
为单部雷达最大探测距离，单位km；L为雷达组网网距，即相邻两部雷达之间的距离，单位km；M是重叠率，单部雷达最大探测范围和组网基本单元空间范围的比值，为无量纲量。
[0016]优选的，所述依据算法计算不同拓扑结构下雷达网性能指标(b
s
，b
h
，Z
min
)空间域。不同拓扑结构下雷达网波束直径b
s
、最低波束高度b
h
、探测灵敏度Z
min
空间域计算方法。具体为：考虑与雷达网波束直径b
s
空间密度函数一一对应，采取公式(4)分步求解其空间域；考虑与雷达网最低波束高度b
h
空间密度函数一一对应，采取公式(5)分步求解其空间域；考虑与雷达网探测灵敏度Z
min
空间密度函数一一对应，采取公式(6)分步求解其空间域。
[0017][0018][0019][0020]式中，b
smax
为用于组网的单部雷达波束直径b
s
最大值，单位米；b
hmax
为用于组网的单部雷达最低波束高度b
h
最大值，单位米；Z
max
为用于组网的单部雷达探测灵敏度Z
min
最大值，单位dB；θ
s
为雷达网基本单元几何中心点到某顶点与边的夹角，单位为度。
[0021]优选的，所述取累计概率密度函数值为90％，依据算法反求不同拓扑结构下雷达网和单部天气雷达性能指标(b
s
，b
h
，Z
min
)分别为特征量对应的特征值。不同拓扑结构下雷达网和单部雷达波束直径b
s
、最低波束高度b
h
、探测灵敏度Z
min
空间密度函数计算方法。具体为：雷达网波束直径b
s
、最低波束高度b
h
、探测灵敏度Z
min
空间密度函数分别与其空间域一一对应，采取公式(7)-(9)分步计算；单部天气雷达波束直径b
s
、最低波束高度b
h
、探测灵敏度Z
min
空间密度函数采用公式(10)-(12)直接计算。
[0022][0023][0024][0025][0026][0027][0028]式中，f表示概率密度函数，无量纲量。其中上标N代表雷达网，无上标N表示单部天气雷达；下标b
s
、b
h
、Z
min
分别代表波束直径、最低波束高度和探测灵敏度概率密度函数。小括号内和大括号右边b
s
、b
h
、Z
min
分别表示波束直径、最低波束高度和探测灵敏度为自变量。b
smax
、b
hmax
、Z
max
、θ
s
、M定义同上。
[0029]不同拓扑结构下雷达网和单部天气雷达波束直径b
s
、最低波束高度b
h
、探测灵敏度Z
min
特征值计算方法。具体为：令雷达网波束直径b
s
、最低波束高度b
h
、探测灵敏度Z
min
分别为公式(13)中特征量μ，其空间域分别由公式(4)-(6)计算，其概率密度函数分别由公式(7)-(12)表示，取累计密度函数值F(μ)为90％时，通过公式(13)依次反求雷达网波束直径b
s
、最低波束高度b
h
、探测灵敏度Z
min
为特征量对应的特征值。
[0030][0031]式中F(μ)为特征量μ的累计空间密度函数(其值在(0,1)之间),f
U
(μ)为特征量μ的空间密本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天气雷达组网策略评估方法，其特征在于，具体方法如下：S1、将天气雷达组网策略模型化，求解重叠率M；S2、依据算法计算不同拓扑结构下雷达网性能指标(bs，bh，Zmin)空间域；S3、取累计概率密度函数值为90％，依据算法反求不同拓扑结构下雷达网和单部雷达性能指标(bs，bh，Zmin)分别为特征量对应的特征值；S4、差异性比较波束直径bs、最低波束高度bh、探测灵敏度Zmin特征值，确定合理的天气雷达组网策略。2.根据权利要求1所述的天气雷达组网策略评估方法，其特征在于：将天气雷达组网策略参数化成雷达网基本单元为正三角形、正四边形、正六边形三种数学模型，求解重叠率M；依据算法分别计算不同拓扑结构下雷达网的波束直径bs、最低波束高度bh、探测灵敏度Zmin空间域；令雷达性能指标(bs，bh，Zmin)为特征量，取累计概率密度函数值为90％，依据算法依次反求不同拓扑结构下雷达网波束直径bs、最低波束高度bh、探测灵敏度Zmin对应的特征值，以及单部天气雷达波束直径bs、最低波束高度bh、探测灵敏度Zmin对应的特征值；差异性比较波束直径bs、最低波束高度bh、探测灵敏度Zmin特征值，表征天气雷达网方位分辨率、探测盲区、弱回波探测能力以及探测数据空间一致性程度，定量评估不同组网策略下天气雷达网性能，确定合理的天气雷达组网策略。3.根据权利要求2所述的天气雷达组网策略评估方法，其特征在于：将天气雷达组网策略参数化表达成雷达网基本单元为正三角形、正四边形、正六边形三种数学模型，求解其重叠率M；具体为：雷达网基本单元为正三角拓扑结构时，其参数化数学表达为公式(1)；雷达网基本单元为正四边形拓扑结构时，其参数化数学表达为公式(2)；雷达网基本单元为正六边形拓扑结构时，其参数化数学表达为公式(3)；边形拓扑结构时，其参数化数学表达为公式(3)；M＝R
max
/L
×
1，N＝6
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中，N为同型号雷达数量，表示构成N条边的规则多边形(雷达位于顶点)，为基本单元的形状因子，单位个；Rmax为单部雷达最大探测距离，单位km；L为雷达组网网距，即相邻两部雷达之间的距离，单位km；M是重叠率，单部雷达最大探测范围和组网基本单元空间范围的比值，为无量纲量。4.根据权利要求1、2所述的天气雷达组网策略评估方法，其特征在于：不同拓扑结构下雷达网波束直径bs、最低波束高度bh、探测灵敏度Zmin空间域计算方法；具体为：考虑与雷达网波束直径bs空间密度函数一一对应，采取公式(4)分步求解其空间域；考虑与雷达网最低波束高度bh空间密度函数一一对应，采取公式(5)分步求解其空间域；考虑与雷达网探测灵敏度Zmin空间密度函数一一对应，采取公式(6)分步求解其空间域；
式中，b
smax
为用于组网的单部天气雷达波束直径b
s
最大值，单位米；b
hmax
为用于组网的单部天气雷达最低波束高度b
h
最大值，单位米；Z
max
为用于组网的单部天气雷达探测灵敏度Z
min
最大值，单位dB；θ
s
为雷达网基本单元几何中心点到某顶点与边的夹角，单位为度。5.根据权利要求2所述的天气雷达组网策略评估方法，其特征在于：不同拓扑结构下雷达网和单部雷达波束直径b
s
、最低波束高度b
h
、探测灵敏度Z
min
空间密度函数计算方法；具体为：雷达...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊，周红根，赵宇，朱丽，
申请(专利权)人：泰州市气象局，
类型：发明
国别省市：