一种考虑微波链路高差的近地面三维立体雨量场反演方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑微波链路高差的近地面三维立体雨量场反演方法，包括如下步骤：获取研究区在研究时段内多条超高频无线微波链路数据；采用ITU

【技术实现步骤摘要】
一种考虑微波链路高差的近地面三维立体雨量场反演方法


[0001]本专利技术涉及新一代通信技术应用领域，具体涉及一种考虑微波链路高差的近地面三维立体雨量场反演方法。

技术介绍

[0002]降雨是流域或区域水文循环的重要驱动要素，也是水资源管理与调度的最重要的基础资料之一，准确降雨量监测对农业生产、水利开发、江河防洪和工程管理等人类生产生活方面都具有重要意义。
[0003]近年来，有学者提出了基于微波链路信号衰减的二维雨量场构建技术，将微波反演的线雨量投影至二维平面，可提供高时空分辨率的雨量场数据。然而，在高差变化显著的山区或建筑林立的城区，微波基站间高差可达几十、乃至上百米，在受到大风扰动、障碍物阻挡、局部风场变化等情况下，不同高度的近地面雨量场分布往往存在较大差异。现有技术未考虑不同高度雨量场的差异，将微波反演的雨量场投影至某一平面，与真实存在的三维雨量场存在较大误差。因此，本专利技术专利考虑链路两端基站高差，基于微波信号衰减实现三维立体雨量场的构建，创新了降雨监测方法，对提高降雨量监测的时空分辨率具有重要意义。r/>
技术实现思路
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑微波链路高差的近地面三维立体雨量场反演方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、获取研究区在研究时段内多条超高频无线微波链路数据，包括链路信号衰减强度、基站高程、经纬度和链路长度；S2、采用ITU
‑
R雨衰公式反演每条链路的线平均雨强；S3、考虑微波链路两端基站的高差，将微波链路离散成多个特征空间点，通过拉格朗日算子推求满足微波衰减量线约束条件的特征空间点雨强估计值；S4、循环迭代更新特征空间点的雨强估计值，直至雨强估计值收敛；S5、构建高时空分辨率的近地面三维立体雨量场。2.根据权利要求1所述的一种考虑微波链路高差的近地面三维立体雨量场反演方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用ITU
‑
R雨衰公式反演每条链路的线平均雨强的步骤为：假设降雨速率在整条链路上均匀分布，建立ITU
‑
R雨衰模型：其中，A
i
为第i条链路的微波衰减值，i＝1,2,
…
,N，a
i
、b
i
为第i条微波链路所对应的ITU
‑
R模型参数值，与链路频率、极化方式以及降雨粒子形态有关，可查ITU
‑
R建议书得，R
i
为第i条链路的线平均雨强，L
i
第i条链路的链路长度；根据获取的链路微波信号衰减强度、基站高程、经纬度和链路长度信息，通过公式(1)可求得每条链路的线平均雨强。3.根据权利要求1所述的一种考虑微波链路高差的近地面三维立体雨量场反演方法，其特征在于，所述步骤S3中，考虑微波链路两端高差，将微波链路离散成多个特征空间点，通过拉格朗日算子推求满足微波衰减量线约束条件的特征空间点雨强估计值的步骤包括：S3
‑
1、空间链路上特征空间点采样及雨强初始值设置将第i条链路拆分成K
i
段长度相等的短链路，认为每段短链路上降雨率为常数，取每段短链路中点为特征空间点，则每条链路被离散成K
i
个间隔相等的特征空间点，N条微波链路上共取M个特征空间点，特征空间点的空间位置和高程信息根据微波链路信息可知，将各特征空间点的雨强初始值设置为该点所处链路的线平均雨强；S3
‑
2、基于微波链路两端高差，建立考虑测量误差的特征空间点雨强重估模型，根据微波衰减量反算的降雨强度存在量化误差n
i
，其误差大小与微波衰减量、链路长度有关：其中，n
i
为第i(i＝1,2,
…
,N)条链路微波衰减量的量化误差、服从均匀分布，ΔA
i
为第i条链路的误差范围，可取值为1dB，因此，考虑量化误差条件下第i条链路的线平均雨强为：R
i
＝R
i
(A
i
+n
i
)＝R
i
(A
i
)+ΔR
i
(A
i
+n
i
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)根据公式(1)的泰勒一阶展开，R
i
可以表示为：
公式(4)右边第二项近似等于雨强量化误差，因此测量误差m
i
可表示为：其方差为：若N条链路离散的M个特征空间点的雨强估计值序列为[γ1,γ
M
]，考虑微波链路两端存在高差，分布在三维空间中，则空间任一点(x,y,z)的雨强估计值为θ：其中，W
j
为反距离平方权重函数，γ
j
为第j个特征空间点的雨强估计值，其中，l
j
是空间待求点(x,y...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋莹，杨涛，李振亚，洪岱，陈志远，师鹏飞，秦友伟，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：