天气雷达覆盖范围计算方法及雷达等射束高度图制作算法技术

本发明专利技术公开了天气雷达覆盖范围计算方法及雷达等射束高度图制作算法，S1：方位角计算；S2：斜距计算；S3：遮挡仰角计算；S4：探测斜距对应的球面距离，方位角计算中：假设设地球为标准球体，O为地心，N为地理北极，天气雷达站位于A点，经纬度为(λ0，h0)，阻挡物位于B点，经纬度为(λ，h)，阻挡物相对于雷达站的地心角为n，最大圆对应的劣弧长为L

【技术实现步骤摘要】
天气雷达覆盖范围计算方法及雷达等射束高度图制作算法


[0001]本专利技术涉及雷达算法
，更具体地说，本专利技术涉及天气雷达覆盖 范围计算方法及雷达等射束高度图制作算法。

技术介绍

[0002]天气雷达在灾害性天气监测、预警方面发挥了重要作用。截止目前，全 国共建成273部新一代天气雷达，未来各地还将根据需要在观测盲区和重点地 区加密天气雷达观测站网。在雷达建设规划阶段，计算已建雷达探测覆盖率， 评估新建雷达对探测覆盖率的改善效果，是首先要解决的问题。
[0003]另外，在使用雷达资料时，业务人员首先应了解雷达在各个方向的探测 覆盖率，避免因雷达无法覆盖而误以为该方向没有天气过程。天气雷达探测 覆盖率不仅受雷达参数及各种衰减、折射和降水云性质等因素的影响，还受 雷达周围高大建筑、地形的影响。为了正确评估雷达探测覆盖率，提出了绘 制雷达四周遮挡角分布图分布图和等射束高度图的要求[1]。
[0004]邓志等人[2]于1999年提出了等射束高度图的制作方法，在计算斜距时假 设其与地理距离近似相等，存在较大误差；
[0005]万玉发等人[3]在2000年提出了一套雷达站址视程分析技术，该方法在计 算遮挡物与雷达站的方位角、仰角和斜距时存在一定误差；
[0006]王曙东等人[4]于2011年利用万玉发等人的原理，总结出一套雷达覆盖率 统计指标，并利用SRTM数据对中国新一代天气雷达覆盖和遮挡进行了评估；
[0007]刘江顺等人[5]于2019年提出利用历史基数据的基本反射率因子计算雷 达探测覆盖率的方法，该方法能够很好的评估已建雷达的覆盖率，无法评估 拟建雷达对覆盖率的贡献，不能满足雷达选址要求。
[0008]因此我们提出了天气雷达覆盖范围计算方法及雷达等射束高度图制作算 法来解决上述问题。

技术实现思路

[0009]为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术的实施例提供天气雷达覆盖范围 计算方法及雷达等射束高度图制作算法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：雷达等射束高度图制作算 法；
[0011]S1：方位角计算；
[0012]S2：斜距计算；
[0013]S3：遮挡仰角计算；
[0014]S4：探测斜距对应的球面距离。
[0015]在一个优选地实施方式中，方位角计算中：假设设地球为标准球体，O为 地心，N为地理北极，天气雷达站位于A点，经纬度为(λ0，h0)，阻挡物位 于B点，经纬度为(λ，h)，阻挡物
相对于雷达站的地心角为n，最大圆对应 的劣弧长为L
AB
，雷达站、阻挡物和地心连线与北极与地心连线的夹角分别为 b、a。
[0016]在一个优选地实施方式中，斜距计算中：h为雷达馈源海拔高度，H为阻 挡物海拔高度，R为地球半径，值为6371km,n是地心角，L
AB
为实际大气中雷 达射线的传播路径，H
m
为等效阻挡物海拔高度，R
m
为等效地球半径，标准大 气条件下值为8500km,n
m
是等效地心角，L
A'B'
为等效直线传播距离。
[0017]在一个优选地实施方式中，遮挡仰角计算中：L是等效斜距，h是雷达馈 源海拔高度，H是遮挡物海拔高度。
[0018]天气雷达覆盖范围的计算方法，首先从方位角0
°
起算，方位分辨率为a
°
；
[0019]步骤一：计算雷达探测半径范围内，方位角0
°
到a
°
之间各采样点上空 对应的雷达射线最大仰角20
°
的海拔高度；
[0020]步骤二：计算雷达探测半径范围内，方位角0
°
到a
°
之间各采样点上空 对应的雷达射线最低仰角0
°
的海拔高度；
[0021]步骤三：在雷达探测半径范围内，方位角0
°
到a
°
之间，查询距离雷达 最近，相对雷达馈源仰角大于最低射线仰角的采样点A；
[0022]步骤四：在以A点所在位置相对雷达站的距离为半径，方位角方位角0
°ꢀ
到a
°
之间，计算各采样点海拔高度+待计算覆盖率的高度，如果介于步骤一 和步骤二计算的高度之间，则能够被覆盖，否则不能被覆盖；
[0023]步骤五：以仰角分辨率为b
°
步进，重复步骤一到步骤四步，直至把雷达 探测半径范围内，方位角0
°
到a
°
之间，能够被雷达射线覆盖的点全部找到；
[0024]步骤六：方位角按分辨率a
°
步进，重复步骤一到步骤五步，直至把0
°ꢀ
到360
°
方位角内所有能够被雷达覆盖的点全部找到。
[0025]本专利技术的技术效果和优点：
[0026]1、本专利技术推导了天气雷达遮蔽角图和等射束高度图的制作理论，指出了 以往理论计算在方位角、仰角、斜距等方面存在的偏差。
[0027]2、本专利技术采用地理信息数据制作了商洛新一代天气雷达的遮蔽角图和等 射束高度图，并与商洛新一代天气雷达5个月的实测数据进行了对比。对比 结果表明，除因地理信息分辨率问题导致的个别方位存在偏差外，理论计算 图和雷达实测回波图一致性较好。
[0028]3、本专利技术与以往通过查阅地图获取数据的方式相比，采用地理信息数据 制作遮蔽角图和等射束高度图具有独特的优势。
附图说明
[0029]图1为本专利技术中遮挡角方位图；
[0030]图2为本专利技术中等效地球半径示意图；
[0031]图3为本专利技术中最大探测距离示意图；
[0032]图4为本专利技术中商洛雷达遮蔽角图；
[0033]图5为本专利技术中商洛雷达等射束高度图；
[0034]图6为本专利技术中商洛雷达回波叠加图；图7为本专利技术中地物遮挡模拟图。
具体实施方式
[0035]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0036]参照图1
‑
6，雷达等射束高度图制作算法，
[0037]S1：方位角计算；
[0038]如图1所示，假设地球为标准球体，O为地心，N为地理北极，天气雷达 站位于A点，经纬度为(λ0，h0)，阻挡物位于B点，经纬度为(λ，h)，阻 挡物相对于雷达站的地心角为n，最大圆对应的劣弧长为L
AB
。雷达站、阻挡 物和地心连线与北极与地心连线的夹角分别为b、a。
[0039]由球面余弦函数[5]得：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.雷达等射束高度图制作算法，其特征在于；S1：方位角计算；S2：斜距计算；S3：遮挡仰角计算；S4：探测斜距对应的球面距离。2.根据权利要求1所述的雷达等射束高度图制作算法，其特征在于：方位角计算中：假设设地球为标准球体，O为地心，N为地理北极，天气雷达站位于A点，经纬度为(λ0，h0)，阻挡物位于B点，经纬度为(λ，h)，阻挡物相对于雷达站的地心角为n，最大圆对应的劣弧长为L
AB
，雷达站、阻挡物和地心连线与北极与地心连线的夹角分别为b、a。3.根据权利要求1所述的雷达等射束高度图制作算法，其特征在于：斜距计算中：h为雷达馈源海拔高度，H为阻挡物海拔高度，R为地球半径，值为6371km,n是地心角，L
AB
为实际大气中雷达射线的传播路径，H
m
为等效阻挡物海拔高度，R
m
为等效地球半径，标准大气条件下值为8500km,n
m
是等效地心角，L
A'B'
为等效直线传播距离。4.根据权利要求1所述的雷达等射束高度图制作算法，其特征在于：遮挡仰角计算中：L是等效斜距，h是雷达馈源海拔高度，H是遮挡物海拔高度。5.天气雷达覆盖范围的计算方法，其特征在于：首先从方位角0
°
起算，方位分辨率为a
°
；步骤一：计算雷达探测半径范围内，方位角0
°
到a...

【专利技术属性】
技术研发人员：白水成，
申请(专利权)人：西安市大气探测中心，
类型：发明
国别省市：