[发明专利]基于多阶相关的天气雷达噪声实时估算方法

说明书

本发明公开了基于多阶相关的天气雷达噪声实时估算方法，包括使用雷达I/Q数据逐个距离库地计算当前径向数据中各距离库的总功率Rsubgt;0/subgt;以及多阶相关方法估算的信号功率Ssubgt;lagN/subgt;；使用Rsubgt;0/subgt;和Ssubgt;lagN/subgt;差值获得噪声初值Nsubgt;lagN/subgt;，并按径向计算每个距离库的噪声初值标准差；根据标准差的门限以及数据的连续性来筛选各阶Nsubgt;lagN/subgt;；选择同径向中Nsubgt;lagN/subgt;中均值最小且大于噪声参考值Nsubgt;ref/subgt;的数据作为该径向最终的噪声功率。如果Nsubgt;lagN/subgt;中所有结果均小于Nsubgt;ref/subgt;，则使用Nsubgt;ref/subgt;作为当前径向的噪声功率。该方法提高了天气雷达的噪声估算精度，对雷达探测能力的提升以及参量估算精度的提高有重要意义。

技术领域

本发明涉及雷达的噪声估算方法，尤其涉及天气雷达噪声的实时估算方法，属于雷达信号处理研究领域。

背景技术

在天气雷达参量的估算过程中，噪声功率的估算是其中重要的部分。对于传统算法(Bringi and Chandrasekar,2001,Doviak and2006)来说，噪声功率的估算偏差直接影响到了参量估算的偏差，尤其是在信噪比(SNR)较低的情况下。以谱宽估算为例，对于C波段雷达，设定脉冲重复频率(PRF)为1000Hz，相关脉冲数为64，则在SNR为10dB的情况下，-1dB的噪声估算偏差会带来大约0.3ms^-1的谱宽高估，并且随着SNR的降低，这种影响会越发严重。即便使用多阶相关算法(Lei et al.,2012)进行参量估算，信号功率的估算使用了1阶或更高阶自相关函数(ACF)，但在估算反射率因子(Z_H)以及SNR等参量时，依然需要使用噪声功率(Lei et al.,2012,Vaisala,2013)。此外，当气象目标本身的谱宽足够大时，会使得高阶ACF无法使用，这时也需要使用0价ACF以及噪声功率来进行参量估算，因此噪声功率的准确估算有着重要的作用。

目前常用的噪声功率估算方法是按照每个体扫进行的，雷达运行在高仰角时关闭发射机，通过在线标定系统来测量此时的雷达噪声功率。但在雷达实际工作中噪声功率是实时变化的，显然这种固定位置测量的方法没有办法捕捉到噪声功率的实时变化。Melnikov等(2007)发现在不超过3分钟的时间里，噪声功率的变化可以超过1dB；Fang等(2004)发现，与高仰角测量的噪声功率相比，强雷雨引起的噪声增加甚至超过了2dB。此外，雷达本身的器件原因(如温度漂移)、地物辐射、闪电造成的电磁干扰等(Melnikov and2007)，这些因素也都会引起雷达噪声的变化。

除仪表或者在线标定系统的测量方法外，还有一些在时域或者频域的噪声估算方法。例如等(2013)提出了一种时域的噪声估算方法，该方法使用多组限定条件去挑选出符合要求的功率值作为噪声功率。该方法可以实时获取径向噪声，目前已经应用到美国业务雷达WRS-88D上。不过这种方法也有局限，如果整个径向充满气象回波信号，则该方法就无法正常工作。S波段业务雷达的扫描策略基本满足应用条件，但对于其他短波长雷达，则往往不满足这个要求。频域的方法是利用多普勒谱来进行噪声的识别，在识别过程中丢掉一些频谱分量直到剩下的满足噪声条件(Hildebrand and Sekhon,1974,Urkowitz andNespor,1992,Siggia and Passarelli,2004)。在样本数较少或者谱宽较大的情况下，这几种频域的估算方法也会有偏差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对当前天气雷达噪声估算方法的不足，提出一种新的噪声估算方法，新方法可以实时估算天气雷达的噪声，提高天气雷达噪声的估算精度。

为了解决上述技术问题，本方案的基于多阶相关的天气雷达噪声实时估算方法，包含如下步骤。