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一种基于高阶自相关的天气雷达径向速度估算方法 

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申请/专利权人:中船鹏力(南京)大气海洋信息系统有限公司

摘要:本发明公开了一种基于高阶自相关的天气雷达径向速度估算方法,包括使用雷达IQ数据分别逐库计算各通道回波信号的二阶和三阶ACF;计算由二阶和三阶ACF得到的径向速度vr_lag2和vr_lag3;如果vr_lag2和vr_lag3差值绝对值小于速度门限,最终的径向速度取值为vr_lag2和vr_lag3的均值;如果vr_lag2和vr_lag3差值绝对值大于速度门限,将vr_lag2和vr_lag3按照双重频模式进行处理,采用基于统计方法的双重频退模糊算法进行速度解模糊,将解模糊后的数值作为最终的径向速度值。该方法提高了低信噪比条件下的径向速度估算质量,有助于提升天气雷达对灾害天气的探测能力。

主权项:1.一种基于高阶自相关的天气雷达径向速度估算方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤1、计算二阶径向速度vr_lag2:对天气雷达每个距离库的水平通道回波信号或垂直通道回波信号,分别计算二阶径向速度vr_lag2,具体计算公式为: 其中: ρ2TS=exp[-2TS22τc2]τc=λ4πσv式中,λ为雷达工作时发射电磁波的波长;Ts为脉冲重复周期,为设定值;Rh,v2Ts为二阶自相关函数;Sh,v为水平通道或垂直通道的回波信号功率;ρ2TS为二阶时气象信号的相关系数;j为虚部;vN′为二阶ACF最大不模糊速度;vN为一阶ACF最大不模糊速度,为已知值;τc为相关时间;σv为气象回波的谱宽,固有值;步骤2、计算三阶径向速度vr_lag3:对天气雷达每个距离库的水平通道回波信号或垂直通道回波信号,分别计算三阶径向速度vr_lag3,具体计算公式为: 其中: ρ3TS=exp[-3TS22τc2]式中,Rh,v3Ts为三阶自相关函数;ρ3TS为三阶时气象信号的相关系数;vN″为三阶ACF最大不模糊速度;步骤3、计算差值Δ,计算公式为:Δ=|vr_lag2-vr_lag3|步骤4、计算径向速度vr,计算方法为:A、当差值Δ≤vr_Thr时,说明不存在速度模糊,则径向速度vr等于vr_lag2和vr_lag3的均值;其中,vr_Thr为设定的速度模糊门限;B、当差值Δ>vr_Thr时,说明存在速度模糊,此时,将vr_lag2和vr_lag3基于DPRF分析算法进行解模糊计算,并将解模糊计算后得到的速度作为待求解的径向速度vr;基于DPRF分析算法进行解模糊计算的方法,包括如下步骤:步骤4B-1、计算vr_true_lag2和vr_true_lag3:采用vr_true_lag2和vr_true_lag3来分别表示vr_lag2和vr_lag3的真实径向速度,则:vr_true_lag2=vr_lag2+2nvN′vr_true_lag3=vr_lag3+2mvN″其中n、m为整数,取值为…-3,-2,-1,0,1,2,3…;步骤4B-2、设置解模糊速度门限Err_Thr;步骤4B-3、选取最优n和m,选取方法包括如下步骤:an和m初始赋值:n和m的初始值均取设定范围的最小负值;b计算vr_true_lag2和vr_true_lag3:将n和m的初始值代入步骤4B-1中,得到vr_true_lag2和vr_true_lag3;c计算Δ′:Δ′为vr_true_lag2和vr_true_lag3差值的平方;d选取最优n和m:将计算的Δ′与解模糊速度门限Err_Thr进行比较判断;当Δ′≤Err_Thr时,则认为vr_true_lag2和vr_true_lag3的结果一致,此时对应的n和m即为选取的最优n和m;否则,将n和m按照从小到大的顺序,进行重新赋值,并重复步骤a至步骤d,直至vr_true_lag2和vr_true_lag3相一致,从而得到最优n和m;步骤4B-4、计算径向速度vr:当vr_true_lag2和vr_true_lag3结果一致时,最终的径向速度取值为vr_true_lag2和vr_true_lag3的均值。

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