[发明专利]一种考虑微波链路高差的近地面三维立体雨量场反演方法

说明书

本发明公开了一种考虑微波链路高差的近地面三维立体雨量场反演方法，包括如下步骤：获取研究区在研究时段内多条超高频无线微波链路数据；采用ITU‑R雨衰公式反演每条链路的线平均雨强；考虑微波链路两端基站的高差，将微波链路离散成多个特征空间点，通过拉格朗日算子推求满足微波衰减量线约束条件的特征空间点雨强估计值；迭代求解特征空间点雨强的三维空间分布；构建高时空分辨率的近地面三维立体雨量场。本发明创新性地提出了近地面空间三维雨量场的构建方法，可实现三维空间任意点的雨量过程反演，生成高时空分辨率的三维雨量场数据。由于结合了高密度的微波通信基站，可节约大量人力、物力和基础设施成本，且大幅提高降雨监测的密度和精度。

技术领域

本发明涉及新一代通信技术应用领域，具体涉及一种考虑微波链路高差的近地面三维立体雨量场反演方法。

背景技术

降雨是流域或区域水文循环的重要驱动要素，也是水资源管理与调度的最重要的基础资料之一，准确降雨量监测对农业生产、水利开发、江河防洪和工程管理等人类生产生活方面都具有重要意义。

近年来，有学者提出了基于微波链路信号衰减的二维雨量场构建技术，将微波反演的线雨量投影至二维平面，可提供高时空分辨率的雨量场数据。然而，在高差变化显著的山区或建筑林立的城区，微波基站间高差可达几十、乃至上百米，在受到大风扰动、障碍物阻挡、局部风场变化等情况下，不同高度的近地面雨量场分布往往存在较大差异。现有技术未考虑不同高度雨量场的差异，将微波反演的雨量场投影至某一平面，与真实存在的三维雨量场存在较大误差。因此，本发明专利考虑链路两端基站高差，基于微波信号衰减实现三维立体雨量场的构建，创新了降雨监测方法，对提高降雨量监测的时空分辨率具有重要意义。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中利用微波信号衰减原理反演的二维雨量场无法反映不同高度雨量场差异的问题，本发明提供一种考虑微波链路高差的近地面三维立体雨量场反演方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于湿天线成因判别的无线微波监测露水强度方法，包括如下步骤：

S1、获取研究区在研究时段内多条超高频无线微波链路数据，包括链路信号衰减强度、基站高程、经纬度和链路长度等；

S2、采用ITU-R雨衰公式反演每条链路的线平均雨强；

S3、考虑微波链路两端基站的高差，将微波链路离散成多个特征空间点，通过拉格朗日算子推求满足微波衰减量线约束条件的特征空间点雨强估计值；

S4、循环迭代更新特征空间点的雨强估计值，直至雨强估计值收敛；

S5、构建高时空分辨率的近地面三维立体雨量场。

进一步地，所述步骤S2中，采用ITU-R雨衰公式反演每条链路的线平均雨强的步骤为：

假设降雨速率在整条链路上均匀分布，建立ITU-R雨衰模型：

其中，A_i为第i条链路的微波衰减值，i＝1，2，...，N，a_i、b_i为第i条微波链路所对应的ITU-R模型参数值，与链路频率、极化方式以及降雨粒子形态有关，a_i为衰减系数，b_i为衰减指数，可查ITU-R建议书得，R_i为第i条链路的线平均雨强，L_i第i条链路的链路长度；

根据获取的链路微波信号衰减强度、基站高程、经纬度和链路长度等信息，通过公式(1)可求得每条链路的线平均雨强。

进一步地，所述步骤S3中，考虑微波链路两端高差，将微波链路离散成多个特征空间点，通过拉格朗日算子推求满足微波衰减量线约束条件的特征空间点雨强估计值的步骤包括：