一种天气雷达回波垂直结构超分辨率重建方法技术

本发明专利技术涉及一种天气雷达回波垂直结构超分辨率重建方法，该方法能够精细化重建天气雷达回波垂直结构，包括对天气雷达回波数据进行预处理，建立天气雷达低分辨率观测模型，将PPI数据和RHI数据分别输入到第一超分辨率重建模型和第二超分辨率重建模型种，利用同一仰角的相邻径向和相邻仰角的相邻径向的冗余信息进行重建，最后得到重建的高分辨率重建图像。本发明专利技术通过对RHI格式的雷达回波进行超分辨率重建，能够更加清楚的观测到灾害性天气过程演变的三维立体结构。

【技术实现步骤摘要】
一种天气雷达回波垂直结构超分辨率重建方法
本专利技术涉及天气雷达信号处理领域，尤其涉及一种天气雷达回波垂直结构超分辨率重建方法。
技术介绍
近年来，自然气象灾害性天气如：暴雨、冰雹、暴风、霜冻等，对社会和人们带来经济损失和人员伤亡，越来越受到人们的关注。天气雷达是监测、预警灾害性天气的重要手段，提高天气雷达回波的分辨率可以使气象分析预报人员对大气运动的内部结构观测更为细致和准确。这对及时、准确的对中小尺度强对流天气进行预警和预报有着重要的现实意义，同样对提高天气雷达对弱回波的探测能力也具有重要的意义。同时，提高天气雷达精细化探测的能力对降水量的估计也有很大的影响。由于波束的不完全填充，目标分布的随机性，以及在远距离处波束的展宽等多种因素，导致天气雷达回波分辨率降低，尤其小尺度的天气过程不易被探测。现有技术基本上是通过硬件和软件两种途径提升天气雷达回波的分辨率，从硬件上说，天气雷达回波的分辨率与发射电磁波的频率有很大关系，频率越高，分辨率越高，但是也更容易衰减；频率低，电磁波衰减小，但是分辨率也随之降低。因此在生产天气雷达时，需要兼顾衰减本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天气雷达回波垂直结构超分辨率重建方法，其特征在于，所述方法能够精细化重建天气雷达回波垂直结构，具体包括：/n步骤1：获取天气雷达回波原始数据，并对其进行预处理得到原始PPI雷达回波和原始RHI雷达回波；/n步骤2：建立天气雷达低分辨率观测模型；/n步骤3：基于正则化方法，建立天气雷达回波超分辨率重建的代价函数，/nminJ(f):J(f)＝∑||g

【技术特征摘要】
1.一种天气雷达回波垂直结构超分辨率重建方法，其特征在于，所述方法能够精细化重建天气雷达回波垂直结构，具体包括：
步骤1：获取天气雷达回波原始数据，并对其进行预处理得到原始PPI雷达回波和原始RHI雷达回波；
步骤2：建立天气雷达低分辨率观测模型；
步骤3：基于正则化方法，建立天气雷达回波超分辨率重建的代价函数，
minJ(f):J(f)＝∑||gi-Tif||2+λR(f)
其中，f为原始高分辨回波，gi为低分辨率回波，Ti为回波退化算子，等式右边第一项为数据拟合项，第二项为正则项，λ是正则化参数，αi为加权系数；
步骤4：PPI雷达回波超分辨率重建，将获取的每个仰角的PPI雷达回波图像作为原始LR回波图像，输入到第一超分辨重建模型中，利用相邻径向的冗余信息对重建过程进行约束，输出每个仰角上重建的PPI天气雷达高分辨率重建回波HR；
步骤5：RHI雷达回波超分辨率重建，将步骤4重建得到的PPI雷达高分辨率重建回波HR输入到第二超分辨重建模型中，利用多个相邻仰角的冗余信息对重建过程进行约束，得到重建的RHI雷达回波HR图像，具体包括：
步骤51：对重建的PPI雷达回波HR进行数据转换获得RHI雷达回波LR，数据转化的具体方式为：固定某一方位角，获得该方位角上所有仰角的回波信息构成RHI雷达回波LR；
步骤52：对RHI雷达回波LR进行仰角间的插值操作，以增加仰角个数；
步骤53：获取相邻仰角的径向冗余信息，当固定方位角时，针对插值后的待重建径向，计算待重建径向前后相邻M个仰角的径向冗余信息；
步骤54：将所述仰角的径向冗余信息添加到步骤3代价函数的约束项中，作为重建过程的先验信息，重建出HR径向；
步骤55：对步骤54重建得到的HR径向，求其相邻距离库的差值，并计算加权系数；
步骤56：计算代价函数的梯度，通过迭代得到新的HR径向，计算新的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾强宇，任红萍，王皓，何建新，周红根，刘寅，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：四川;51