【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及雷达气象学，具体地说，涉及天气雷达数据三维空间定位算法。
技术介绍
1、天气雷达在现代气象学和气象观测中扮演着重要角色，天气雷达通常部署在地面上，而雷达数据的分析和应用通常需要知道目标的经纬度坐标，为了计算目标的经纬度，需要考虑雷达的位置、仰角、极距以及大地曲率等因素，三维空间定位算法是一项关键技术，通过测高公式和经纬度计算，可以精确地定位探测目标物的三维空间坐标，从而提高气象观测的准确性，为社会公众提供更可靠的天气信息，电磁波在传播时往往会受到大气层的折射作用，在进行雷达高度计算时，通常认为大气层是均匀的，用4/3倍地球半径代替地球的等效半径，将电磁波等效为沿直线传播，从而来校正大气折射对测高的影响。
2、对比文件cn114029944a，提供一种一种三维空间粒晶向位定位算法，其特征在于，包括以下步骤：s1、根据机器人的所需工作空间，对空间进行重新划分，划分的立方体为粒晶；s2、利用设定的程序判断粒晶的大小精度是否为常用粒晶大小；s3、若为粒晶大小为常用粒晶精度，则利用超级计算机计算常用粒晶的大小，并完成对机器人工作空间的划分；s4、将划分后的粒晶大小及分布情况调用到机器人的存储器中进行存储；通过采用粒晶向位的空间划分算法，在作业对象固定的情况下，降低机器人的算力要求，使得机器人制作成本减低，简化了规划算法和计算难度，提高了作业的实时性，同时机器人有更多算力用于计算从哪个方向进入此空间进行作业，使得机器人的作业效率增加。
3、现有雷达测高公式是考虑到地球曲率与电磁波在地球大气层中的折射曲线
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种合理性与准确性高的天气雷达数据三维空间定位算法。
3、(二)技术方案
4、本为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案，天气雷达数据三维空间定位算法所采用的技术方案是:包括以下步骤：
5、s1.参数设定：进行算法计算时，对参照物、雷达方位数据及探测物进行参数设定；
6、s2.参数确定：通过检测设备的检测，确定参照物、雷达方位数据及探测物的数值；
7、s3.参数计算：将上述步骤得到的数值输入相应的计算公式进行计算，从而得到天气雷达三维极坐标系中对应的三维空间数据点。
8、作为优选方案，所述s1中参照物参数设定时：假定地球为正圆球体、大气为折射指数分布可视为球面分层且垂直梯度不随高度变化的标准大气。
9、作为优选方案，所述s1中雷达方位数据参数设定时：orpi设定为高度为hr的雷达or向方位角为θ、仰角为δ的方向发射的电磁波，探测到的目标物p的高度为h，电磁波传播路径为弧线orap，弧线orap弧长为斜距r，其中：a为中点、orpi为or点处的切线。
10、作为优选方案，所述s2中参数确定时：参照物地球球心为oe，地球平均半径为re。
11、作为优选方案，所述s2中参数确定时：or在地球球面上的投影为o’，p在地球球面上的投影为p’，弧线orap在地球球面上的投影为弧线o’p’，其弧长为s，圆心角为φ。
12、作为优选方案，所述s2中参数确定时：水平辅助线为orp0、qp，铅直辅助线为orq。
13、作为优选方案，所述s2中参数确定时：or、p点处垂直于弧线切线作两直线相交于的点为on点，且on为弧线orap所对应的圆心，其圆心角为φ’，半径为rn。
14、作为优选方案，所述s2中参数确定时：在标准大气情况下，ona与弦ora’p相交于a’点，则ona为弦ora’p的垂直平分线，a’为中点，弦长为r’。
15、作为优选方案，所述s2中参数确定时使用以下计算公式(1)-(4)如下所示：
16、或
17、或
18、
19、
20、δ+δ2＝δ1+δ0+δ2＝90°，
21、
22、或
23、或
24、作为优选方案，所述s3参数计算时由s2步骤可以得知(θ，δ，r)或者(θ，s，h)的数值，所述后续确定雷达数据点在地球球坐标系中的三维点向量时会已知方位角θ与δ、r、s、h中任意两个数值，且另外两个数值的计算则需要根据四种情况中所提出的算法来实现，其中算法如下：
25、(1)已知r、δ，求s、h
26、先求出在δorqp中，∠orqp＝90°,∠orpq＝δ0，qp＝r′cosδ0，orq＝r′sinδ0；
27、在δoeqp中，或
28、在δoeorp中，由余弦定理：
29、(re+h)2＝r′2+(re+hr)2+2r′(re+hr)cos(90°+δ0)，或
30、
31、(2)已知s、δ，求r、h
32、先求出
33、在δoeorp中，由正弦定理或
34、由积化和差
35、则
36、再由(1)已知r、δ，求出h；
37、(3)已知r、h，求s、δ
38、先求出在δoeorp中，由余弦定理：
39、或
40、在δoeorp中，由余弦定理：
41、(re+h)2＝r′2+(re+hr)2+2r′(re+hr)cos(90°+δ0)或则
42、(4)已知s、h，求r、δ
43、先求出
44、在δoeorp中，由余弦定理：或则
45、再由(3)已知r、h，求出δ；
46、根据上述转换公式，已知目标物p点的方位角θ、仰角δ、斜距r，可以依次求出则三维点向量(θ、s、h)即为所求的天气雷达三维极坐标系中对应的三维空间数据点。
47、(三)有益效果
48、与现有技术相比，本专利技术提供了天气雷达数据三维空间定位算法，具备以下有益效果：
49、1、本专利技术提供的计算方法，可以在同时考虑到标准大气折射与真实地球曲率对雷达探测带来的影响中，进行天气雷达数据三维空间定位，为任意垂直剖面rhi、等高反射率cappi、回波顶高et等雷达二次产品的计算奠定理论基础；
50、2、本专利技术在地球半径球面上电磁波沿曲线传播的大气折射模型中，通过考虑到标准大气折射与真实地球曲率对雷达探测带来的影响，能够得到探测目标物高度与经纬度的计算方法，从而提高了天气雷达数据三维空间定位的合理性与准确性。
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1.天气雷达数据三维空间定位算法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的天气雷达数据三维空间定位算法，其特征在于：所述S1中参照物参数设定时：假定地球为正圆球体、大气为折射指数分布可视为球面分层且垂直梯度不随高度变化的标准大气。
3.根据权利要求1所述的天气雷达数据三维空间定位算法，其特征在于：所述S1中雷达方位数据参数设定时：OrPi设定为高度为hr的雷达Or向方位角为θ、仰角为δ的方向发射的电磁波，探测到的目标物P的高度为h，电磁波传播路径为弧线OrAP，弧线OrAP弧长为斜距r，其中：A为中点、OrPi为Or点处的切线。
4.根据权利要求3所述的天气雷达数据三维空间定位算法，其特征在于：所述S2中参数确定时：参照物地球球心为Oe，地球平均半径为re。
5.根据权利要求4所述的天气雷达数据三维空间定位算法，其特征在于：所述S2中参数确定时：Or在地球球面上的投影为O’，P在地球球面上的投影为P’，弧线OrAP在地球球面上的投影为弧线O’P’，其弧长为s，圆心角为φ。
6.根据权利要求5所述的天气雷达数据
7.根据权利要求6所述的天气雷达数据三维空间定位算法，其特征在于：所述S2中参数确定时：Or、P点处垂直于弧线切线作两直线相交于的点为On点，且On为弧线OrAP所对应的圆心，其圆心角为φ’，半径为rn。
8.根据权利要求7所述的天气雷达数据三维空间定位算法，其特征在于：所述S2中参数确定时：在标准大气情况下，OnA与弦OrA’P相交于A’点，则OnA为弦OrA’P的垂直平分线，A’为中点，弦长为r’。
9.根据权利要求1所述的天气雷达数据三维空间定位算法，其特征在于：所述S2中参数确定时使用以下计算公式(1)-(4)如下所示：
10.根据权利要求1所述的天气雷达数据三维空间定位算法，其特征在于：所述S3参数计算时由S2步骤可以得知(θ，δ，r)或者(θ，s，h)的数值，所述后续确定雷达数据点在地球球坐标系中的三维点向量时会已知方位角θ与δ、r、s、h中任意两个数值，且另外两个数值的计算则需要根据四种情况中所提出的算法来实现，其中算法如下：
...【技术特征摘要】
1.天气雷达数据三维空间定位算法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的天气雷达数据三维空间定位算法，其特征在于：所述s1中参照物参数设定时：假定地球为正圆球体、大气为折射指数分布可视为球面分层且垂直梯度不随高度变化的标准大气。
3.根据权利要求1所述的天气雷达数据三维空间定位算法，其特征在于：所述s1中雷达方位数据参数设定时：orpi设定为高度为hr的雷达or向方位角为θ、仰角为δ的方向发射的电磁波，探测到的目标物p的高度为h，电磁波传播路径为弧线orap，弧线orap弧长为斜距r，其中：a为中点、orpi为or点处的切线。
4.根据权利要求3所述的天气雷达数据三维空间定位算法，其特征在于：所述s2中参数确定时：参照物地球球心为oe，地球平均半径为re。
5.根据权利要求4所述的天气雷达数据三维空间定位算法，其特征在于：所述s2中参数确定时：or在地球球面上的投影为o’，p在地球球面上的投影为p’，弧线orap在地球球面上的投影为弧线o’p’，其弧长为s，圆心角为φ。
6.根据权利要求5所述的天气雷达数据三维...
【专利技术属性】
技术研发人员：尚博，刘岩，李薇，刘建朝，孙海燕，
申请(专利权)人：长春市气象局，
类型：发明
国别省市：
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