基于双极化雷达的分布式目标参数估计和信号处理方法技术

本发明专利技术公开一种基于双极化雷达的分布式目标参数估计和信号处理方法，其基于上述的双极化雷达设备来实施，包括以下步骤：双极化雷达设备的发射/接收设备接收水平极化波或垂直极化波时，天线向天空发射水平极化波或垂直极化波；接收机接收天线所接收到的水平极化波或垂直极化波，将水平极化波或垂直极化波的模拟接收信号转换为数字接收信号，并将数字接收信号输出至信号处理装置；信号处理装置根据接收信号计算第一次反射波强度、第二次反射波强度、第三次反射波强度；根据反射波强度积分得到的雷达反射率因子，计算线性去极化比；根据反射波强度计算目标的多普勒速度。本发明专利技术通过使用水平极化波和垂直极化波来估计降雨强度和/或多普勒速度。和/或多普勒速度。和/或多普勒速度。

【技术实现步骤摘要】
基于双极化雷达的分布式目标参数估计和信号处理方法


[0001]本专利技术涉及雷达信号处理
，尤其是涉及一种基于双极化雷达的分布式目标参数估计和信号处理方法。

技术介绍

[0002]在应用广泛的单极化天气雷达中，可利用回波强度与降雨强度之间的关系式，通过回波强度对降雨强度进行估计。但是，由于这种关系式与雨滴的颗粒大小分布有很大的关系，因此单极化波天气雷达很难对降雨强度做出准确估计。
[0003]一般来说，雨滴的形状接近球形，它就像是一个在垂直方向被挤压的球体。粒径大的雨滴平面度大，而粒径小的雨滴则具有较小的平面度，几乎是一个球体。因此，当使用水平极化波和垂直极化波进行双极化雷达观测时，通过雨滴形状信息能够获得与雨滴颗粒大小分布相对应的信息，因此可以对降雨强度进行高精度的测量。
[0004]在双极化雷达极化波的发射和接收中，线性去极化比(LDR)指的是同一极化波的后向散射功率(共极化散射功率)与垂直于该极化波的另一极化波所产生的后向散射功率(交叉极化散射功率)之比。
[0005]线性去极化比作为一个定性确定冰颗粒的形状和/或方向等的指标，当降水粒子中垂直于透射极化波的某一极化波散射(Z
hv
,Z
vh
)在亮带等中相对较强时，线性去极化比就变成了一个有效的参数。
[0006]当使用交替双极化雷达对线性去极化比进行观测时，需要重复操作以下三种类型的极化波发射/接收处理单元：
[0007](1)“水平极化发射和水平极化接收”单元，该单元主要进行发射/接收处理，用于发射水平极化波，并接收水平极化波；
[0008](2)“垂直极化发射和垂直极化接收”单元，该单元主要进行发射/接收处理，用于发射垂直极化波并接收垂直极化波；
[0009](3)“水平极化发射和垂直极化接收”单元，该单元主要进行发射/接收处理，用于发射水平极化波并接收垂直极化波，或“垂直极化波的发射和水平极化波的接收”单元，该单元主要进行发射/接收处理，用于发射垂直极化波并接收水平极化波。
[0010]由于雷达工作在交替、轮流的发射不同极化，在重复操作上面三种类型极化波发射/接收处理单元的情况下，不仅要执行单个极化波的发射和单个极化波的接收处理，还要同时执行多个极化波的发射和多个极化波的接收处理，至少需要三个脉冲重复周期才能测完，这导致雷达的观测时间会增加三倍。

技术实现思路

[0011]为解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于双极化雷达的分布式目标参数估计和信号处理方法，其通过使用水平极化波和垂直极化波来估计降雨强度和/或多普勒速度。
[0012]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0013]第一种双极化雷达设备，其包括发射/接收设备、信号处理装置和显示装置，所述信号处理装置由反射波强度计算器、线性去极化比计算器和速度计算器组成；其中，
[0014]所述发射/接收设备，用于依次重复执行如下操作：第一次发射/接收处理单元，以发射水平极化波和接收水平极化波；第二次发射/接收处理单元，以发射垂直极化波和接收垂直极化波；以及第三次发射/接收处理单元，用于发射水平极化波和接收垂直极化波；
[0015]所述反射波强度计算器，包括信号输入处理电路和反射波强度计算电路，信号输入处理电路，用于接收从发射/接收设备输出的数字接收信号；
[0016]反射波强度计算电路，用于依次执行如下操作：根据水平极化波的数字接收信号计算第一次反射波强度V
hh
，该反射波强度是通过发射/接收设备中第一次发射/接收处理单元所接收到的水平极化波的功率值；根据垂直极化波的数字接收信号计算第二次反射波强度V
vv
，该反射波强度是通过发射/接收设备中第二次发射/接收处理单元所接收到的垂直极化波的功率值；以及根据垂直极化波的数字接收信号计算第三次反射波强度V
vh
，该反射波强度是通过发射/接收设备中第三次发射/接收处理单元所接收到的垂直极化波的功率值；通过对反射波强度V
hh
、V
vv
和V
vh
进行积分，计算水平极化波的发射和水平极化波的接收中的雷达反射率因子Z
hh
、垂直极化波发射和垂直极化波接收中的雷达反射率系数Z
vv
以及水平极化波的发射和垂直极化波的接收中的雷达反射率因子Z
vh
；同时还计算雷达反射率因子差Zdr，该雷达反射率因子差Zdr即雷达反射率因子Z
hh
与雷达反射率因子Z
vv
之比；将计算出的雷达反射率因子Z
hh
、Z
vv
和Z
vh
以及计算出的雷达反射率因子差Zdr传输至显示装置中进行显示；
[0017]所述线性去极化比计算器，包括线性去极化比计算电路，用于计算线性去极化比LDR
vh
，该比值是反射波强度计算器计算得出的第一次反射波强度V
hh
和第三次反射波强度V
vh
之间的比，即，雷达反射率因子Z
hh
和雷达反射率因子Z
vh
之间的比值；将计算出的线性去极化比LDR
vh
传输至显示装置上显示；
[0018]所述速度计算器，包括速度计算电路，用于使用脉冲对处理方法从第一次反射波强度V
hh
、第二次反射波强度V
vv
和第三次反射波强度V
vh
中，计算出目标的多普勒速度将计算得出的多普勒速度传输至显示设备7上显示；
[0019]所述显示装置，用于显示由信号处理装置计算出的线性去极化比LDR、多普勒速度。
[0020]进一步地，上述的速度计算器，其按照时间间隔从第一反射波强度、第二反射波强度和第三反射波强度中计算出每个发射极化波的自相关滞后；并根据该滞后计算出由发射/接收设备重复发射的极化波之间的相位差；同时根据该滞后计算出目标的多普勒速度，极化波之间的相位差和一个奈奎斯特速率。
[0021]第二种双极化雷达设备，其包括发射/接收设备、信号处理装置和显示装置，所述信号处理装置由反射波强度计算器、线性去极化比计算器和速度计算器组成；其中，
[0022]所述发射/接收设备，用于依次重复执行如下操作：第一次发射/接收处理单元，以发射水平极化波和接收水平极化波；第二次发射/接收处理单元，以发射垂直极化波和接收垂直极化波；以及第三次发射/接收处理单元，用于发射垂直极化波和接收水平极化波；
[0023]所述反射波强度计算器，包括信号输入处理电路和反射波强度计算电路，信号输
入处理电路，用于接收从发射/接收设备输出的数字接收信号；
[0024]反射波强度计算电路，用于依次执行如下操作：根据水平极化波的数字接收信号计算第一次反射波强度V
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，该反射波强度是通过发射/接收设备中第一次发射/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双极化雷达设备，其特征是：其包括发射/接收设备、信号处理装置和显示装置，所述信号处理装置由反射波强度计算器、线性去极化比计算器和速度计算器组成；其中，所述发射/接收设备，用于依次重复执行如下操作：第一次发射/接收处理单元，以发射水平极化波和接收水平极化波；第二次发射/接收处理单元，以发射垂直极化波和接收垂直极化波；以及第三次发射/接收处理单元，用于发射水平极化波和接收垂直极化波；所述反射波强度计算器，包括信号输入处理电路和反射波强度计算电路，信号输入处理电路，用于接收从发射/接收设备输出的数字接收信号；反射波强度计算电路，用于依次执行如下操作：根据水平极化波的数字接收信号计算第一次反射波强度V
hh
，该反射波强度是通过发射/接收设备中第一次发射/接收处理单元所接收到的水平极化波的功率值；根据垂直极化波的数字接收信号计算第二次反射波强度V
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，该反射波强度是通过发射/接收设备中第二次发射/接收处理单元所接收到的垂直极化波的功率值；以及根据垂直极化波的数字接收信号计算第三次反射波强度V
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，该反射波强度是通过发射/接收设备中第三次发射/接收处理单元所接收到的垂直极化波的功率值；通过对反射波强度V
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、V
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和V
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进行积分，计算水平极化波的发射和水平极化波的接收中的雷达反射率因子Z
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、垂直极化波发射和垂直极化波接收中的雷达反射率系数Z
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以及水平极化波的发射和垂直极化波的接收中的雷达反射率因子Z
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；同时还计算雷达反射率因子差Zdr，该雷达反射率因子差Zdr即雷达反射率因子Z
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与雷达反射率因子Z
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之比；将计算出的雷达反射率因子Z
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、Z
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和Z
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以及计算出的雷达反射率因子差Zdr传输至显示装置中进行显示；所述线性去极化比计算器，包括线性去极化比计算电路，用于计算线性去极化比LDR
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，该比值是反射波强度计算器计算得出的第一次反射波强度V
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和第三次反射波强度V
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之间的比，即，雷达反射率因子Z
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和雷达反射率因子Z
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之间的比值；将计算出的线性去极化比LDR
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传输至显示装置上显示；所述速度计算器，包括速度计算电路，用于使用脉冲对处理方法从第一次反射波强度V
hh
、第二次反射波强度V
vv
和第三次反射波强度V
vh
中，计算出目标的多普勒速度将计算得出的多普勒速度传输至显示设备7上显示；所述显示装置，用于显示由信号处理装置计算出的线性去极化比LDR、多普勒速度。2.根据权利要求1所述的双极化雷达设备，其特征是：其速度计算器，其按照时间间隔从第一反射波强度、第二反射波强度和第三反射波强度中计算出每个发射极化波的自相关滞后；并根据该滞后计算出由发射/接收设备重复发射的极化波之间的相位差；同时根据该滞后计算出目标的多普勒速度，极化波之间的相位差和一个奈奎斯特速率。3.一种双极化雷达设备，其特征是：其包括发射/接收设备、信号处理装置和显示装置，所述信号处理装置由反射波强度计算器、线性去极化比计算器和速度计算器组成；其中，所述发射/接收设备，用于依次重复执行如下操作：第一次发射/接收处理单元，以发射水平极化波和接收水平极化波；第二次发射/接收处理单元，以发射垂直极化波和接收垂直极化波；以及第三次发射/接收处理单元，用于发射垂直极化波和接收水平极化波；所述反射波强度计算器，包括信号输入处理电路和反射波强度计算电路，信号输入处理电路，用于接收从发射/接收设备输出的数字接收信号；
反射波强度计算电路，用于依次执行如下操作：根据水平极化波的数字接收信号计算第一次反射波强度V
hh
，该反射波强度是通过发射/接收设备中第一次发射/接收处理单元所接收到的水平极化波的功率值；根据垂直极化波的数字接收信号计算第二次反射波强度V
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，该反射波强度是通过发射/接收设备中第二次发射/接收处理单元所接收到的垂直极化波的功率值；以及根据水平极化波的数字接收信...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴幻尧，王得旺，王道酉，王琼，刘连照，周波，崔建岭，孙丹辉，许光飞，王小森，
申请(专利权)人：戴幻尧，
类型：发明
国别省市：