[发明专利]一种毫米波测云仪晴空回波自动识别方法及系统

说明书

本发明涉及一种毫米波测云仪晴空回波自动识别方法及系统，其中，方法包括以下步骤：获取目标区域的回波数据；对不同区域的反射率因子、速度绝对值和回波高度进行统计；根据初始阈值对回波数据进行第一次分类；获取毫米波测云仪的信号随时间幅度变化的数据；根据初始输入信息对回波数据进行预处理得到功率谱数据，根据均值和滤波后的功率谱交点获取过零点并进行分类；对功率谱数据按照分类阈值对回波数据进行第二次分类；对第二次分类后的晴空回波和弱云回波进行空间尺度分布统计；根据空间尺度分布数据的判别阈值对回波数据进行第三次分类；在本发明的技术方案中，解决了在大气边界层中毫米波测云仪在测量过程中受晴空回波的影响。

技术领域

本发明涉及大气探测和大气遥感领域，尤其涉及一种毫米波测云仪晴空回波自动识别方法和一种毫米波测云仪晴空回波自动识别系统。

背景技术

毫米波测云仪指采用全固态Ka波段毫米波发射机、抛物面天线固定指向垂直顶空工作的测云仪，主要用于探测云和降水粒子的反射率因子、垂直运动速度和谱宽，并能反演得到云高、云厚和液态水含量等特性，然而大气边界层大气与下垫面直接作用，同时受人类活动的较大影响，导致该层大气运动具有极强的湍流特性、气象要素具有强烈的日变化特征。所以，人们经常在无云的晴天，也能探测到回波，在边界层毫米波测云仪回波70～80％的观测时间中都会受到晴空回波的影响，因而极大地限制了云与相关信息的探测准确性，尤其在晴空回波、雾霾引起的回波和云混合存在的复杂天气背景下问题更大。如何在这种复杂天气背景下消除晴空回波的干扰，从雷达回波中提取云和降水等有用气象信息具有重要研究意义和实用价值。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提供一种毫米波测云仪晴空回波自动识别方法，其能够提高云和晴空回波共存情况下毫米波测云仪实时探测云层的能力。

本发明的另一个目的在于提供一种毫米波测云仪晴空回波自动识别系统，其能够解决在大气边界层，毫米波测云仪探测云体受晴空回波影响时，云体识别和晴空回波消除等问题。

为实现上述目的，本发明第一方面的技术方案提供了一种毫米波测云仪晴空回波自动识别方法，包括以下步骤：获取目标区域的回波数据；对不同区域的反射率因子、速度绝对值和回波高度进行统计，得到初始阈值；根据初始阈值对回波数据进行第一次分类，得到初始晴空回波数据和初始云回波数据；获取毫米波测云仪的信号随时间幅度变化的数据，即I/Q信号，作为初始输入信息；对初始输入信息进行预处理，得到功率谱数据；对功率谱数据进行5级sym8小波变换，去除噪声后得到滤波后功率谱数据并计算均值，利用均值和滤波后功率谱数据的交点作为过零点，根据过零点的数量将功率谱数据分成三类；过零点等于2时功率谱为单峰谱，过零点等于4时功率谱为双峰谱，过零点大于4时功率谱为多峰谱；分别对分类后的功率谱数据进行统计，得到对应每一类功率谱数据的判别阈值；根据判别阈值对初始晴空回波数据和初始云回波数据进行分类，得到二次晴空回波数据和二次云回波数据；根据二次晴空回波数据和二次云回波数据的反射率因子进行空间尺度分布统计，得到空间尺度分布的分类阈值；根据分类阈值对二次晴空回波数据和二次云回波数据进行第三次分类，得到最终晴空回波数据和最终云回波数据。

在该技术方案中，通过对基数据(反射率因子、速度绝对值和回波高度)、发射率因子的空间尺度分布和谱数据进行统计，并根据相应的阈值对毫米波测云仪探测出的回波数据进行分类，回波数据经过三次分类后识别出的数据为最终晴空回波数据和最终云回波数据，解决了在大气边界层，毫米波测云仪在测量过程中受晴空回波影响时，云体识别和晴空回波消除等问题，提高云和晴空回波共存情况下毫米波测云雷达实时探测云层的能力，尤其在晴空回波、雾霾引起的回波和云降水混合存在的复杂天气背景下，从而极大地提高了云与相关信息的探测准确性。

在上述任一技术方案中，优选地，第一次分类的公式为：