[发明专利]双偏振雷达频域地物抑制方法

说明书

本发明公开了双偏振雷达频域地物抑制方法，包括对水平通道和垂直通道的I/Q数据进行加窗和FFT处理，计算频域内的功率谱和相位谱；使用频域数据，计算水平通道和垂直通道的基底噪声并筛选出噪声和有效信号分界点；选择水平通道和垂直通道中零频及其相邻两个功率谱数据，确定地物回波所占的频点；分别滤除水平通道和垂直通道中确定为地物回波的频谱分量，按照高斯型对气象回波进行拟合填补，使相邻两次拟合结果符合功率差或径向速度差的要求。该方法提高了双偏振雷达的地物抑制能力，对双偏振雷达参量估算质量的提升有重要意义。

技术领域

本发明涉及天气雷达的地物抑制方法，尤其涉及双偏振天气雷达的频域地物抑制方法，属于雷达信号处理研究领域。

背景技术

在天气雷达的地物抑制方面，Groginsky和Glover(1980)提出的凹口滤波方法(Notch Filter)成为应用最为广泛的地物抑制方法，其利用地物回波多普勒径向速度在0值附近的特点，使用带阻滤波方法进行地物抑制。凹口滤波方法简单易实现，但对气象回波会产生损耗，尤其是对于多普勒径向速度接近于0ms^-1的气象回波。为此，Siggia和Passarelli(2004)提出了高斯模型自适应处理GMAP(Gaussian Model AdaptiveProcessing)方法，只要气象回波和地物回波在频域上的频谱没有严重重叠，GMAP算法就可以对地物进行很好地分离，从而恢复出气象回波。但由于有限数目的采样，频域滤波会存在频谱丢失的问题，这对参量的估算会带来影响。Nguyen等(2008)提出了一种时域参量的地物滤除方法PTDM(Parametric Time Domain)，该方法基于信号特性的时域分析，不受频谱丢失影响，在强地物回波影响下依然能够很好地滤除，其主要缺点就是计算速度慢，大约是频域滤波的十分之一。Li(2013)提出了BGMAP(Bi-Gaussian Model Adaptive Processing)算法，这是一种基于双高斯模型的频域地物滤除方法。与GMAP相比，该方法在反射率因子和谱宽方面表现较好，但是在处理径向速度接近0的回波时，BGMAP方法在反射率因子Z_H估算方面依然有明显损耗。

国内在地物滤除方面的研究进展较早，并且在回波信号的时域和频域方面都开展了工作。早期的地物抑制多采用软硬件结合的方式，如王贤勤等(1986)选用非相参三脉冲对消器来抑制地物杂波，提取气象信号，并且在713雷达上试验，取得地物杂波抑制比大于21dB，气象信号损失小于5dB的结果。地物杂波图的方法也被较早使用，王贤勤等(1987)在地物杂波抑制器上加载地物杂波图，杂波区内能更有效地抑制地物杂波，提取气象信息，杂波区外不进行地物杂波抑制处理。唐瑾等(2006)提出多普勒天气雷达的交替PRT地物滤波算法，从频域滤除地杂波的谱分量，并利用幅度反卷积和幅度谱校正重建天气回波的频谱，然后从重建的频谱进行多普勒参量的估算。何建新等(2010)开展了自适应高斯滤波器在天气雷达中的应用研究，分析了IIR椭圆滤波器和自适应高斯滤波器的杂波抑制性能，对结果进行分析比较，认为不使用杂波图的自适应高斯滤波器的杂波抑制性能优于使用杂波图IIR椭圆滤波器。宗蓉等(2017)利用模糊逻辑算法进行地物识别，通过直接剔除识别为地物的回波来实现地物抑制。

总体来说，频域的地物抑制方法由于其灵活的处理方式和较好的效果，在多普勒天气雷达中得到了广泛应用，尤其是GMAP方法。然而对于双偏振天气雷达来说，现有的频域地物抑制方法在处理水平通道和垂直通道的数据时，并没有考虑气象回波在两个通道的相关性，这会导致处理后的信号在幅度和相位上产生偏差，带来地物处理后双偏振参量的估算问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是频域地物抑制方法针对双偏振天气雷达处理过程中缺少对气象回波水平通道和垂直通道相关性的考量从而导致处理后信号产生偏差，造成双偏振参量估算不准确的结果。

为了解决上述技术问题，本方案的双偏振雷达频域地物抑制方法，包含如下步骤：