[发明专利]一种双偏振天气雷达回波信号仿真方法

权利要求书

1.一种双偏振天气雷达回波信号仿真方法，其特征在于，该方法包括双偏振天气雷达回波信号仿真方法和双偏振雷达体扫模式回波信号仿真方法，其中，所述双偏振天气雷达回波信号仿真方法包括以下步骤：

S1：获取双偏振天气雷达水平通道和垂直通道的回波信号功率；

S2：进行水平通道和垂直通道回波信号的复频谱建模，建立水平通道和垂直通道回波信号的相位差、强度差、相关性；

S3：根据水平通道的两路正交信号生成水平通道的时域I/Q回波信号，根据垂直通道的两路正交信号生成垂直通道的时域I/Q回波信号；

S4：模拟接收机水平通道和垂直通道回波信号噪声和通道增益；

步骤S1中的具体步骤包括：根据天气雷达水平通道反射率因子、雷达波长、天线增益、水平通道发射峰值功率、脉冲宽度、波束宽度、大气损耗、除大气损耗外的总损耗、目标距离雷达的距离、降雨衰减系数、经验常数计算获得所述双偏振天气雷达水平通道回波信号功率；根据天气雷达差分反射率因子、大气损耗、除大气损耗外的总损耗、天气雷达水平通道反射率因子、雷达波长、天线增益、垂直通道发射峰值功率、脉冲宽度、波束宽度、目标距离雷达的距离、降雨衰减系数、经验常数计算获得所述双偏振天气雷达垂直通道回波信号功率；

步骤S2中选用高斯普模型作为回波信号的归一化功率谱，建立水平通道和垂直通道回波信号的相位差、强度差、相关性具体步骤包括：

根据频率域的谱宽、速度域的谱宽、多普勒频率、雷达径向速度建立回波信号的功率谱，计算方式为，其中为频率域的谱宽，单位为Hz，；W为速度域的谱宽，即雷达基数据中谱宽数据，单位为m/s；为多普勒频率 ，单位为Hz，；为雷达波长，单位为cm ；V为雷达径向速度，即雷达基数据中谱宽数据，单位为m/s；

使用傅里叶变换获得水平通道和垂直通道功率谱随机化噪声，建立水平通道和垂直通道回波信号的相关性，两者之间的相关性由以下关系式表示，，其中、分别为水平通道和垂直通道功率谱随机化噪声，为水平通道零均值的高斯白噪声信号的傅里叶变换，为垂直通道零均值的高斯白噪声信号的傅里叶变换，为零滞后相关系数，即双偏振天气雷达的极化参量数据相关系数；

根据回波信号的功率谱、雷达脉冲积累数、脉冲重复频率、差分传播相位、随机相位、水平通道功率谱随机化噪声建立水平通道回波信号的复频率模型，水平通道回波信号的复频谱模型表示方式为，其中为水平通道的回波信号功率，单位为；， N为雷达脉冲积累数，为脉冲重复频率，为随机相位，单位弧度；

根据回波信号的功率谱、雷达脉冲积累数、脉冲重复频率、差分传播相位、随机相位、垂直通道功率谱随机化噪声建立垂直通道回波信号的复频率模型，垂直通道回波信号的复频率模型表示方式为，其中为垂直通道的回波信号功率，单位为；为差分传播相位，单位为°；

将水平通道回波信号的不同强度和相位代入水平通道回波信号的复频率模型，将垂直通道回波信号的不同强度和相位代入垂直通道回波信号的复频率模型，获得水平通道和垂直通道回波信号的相位差和强度差。

2.根据权利要求1所述的双偏振天气雷达回波信号仿真方法，其特征在于，步骤S4中，模拟接收机水平通道和垂直通道回波信号噪声和通道增益包括具体步骤：

使用接收机噪声系数获得接收机噪声等效功率；

使用接收机通道增益来计算接收机通道到数字中频过程中对回波信号的功率增益。

3.根据权利要求1所述的双偏振天气雷达回波信号仿真方法，其特征在于：所述双偏振雷达体扫模式回波信号仿真方法包括连续监测模式、连续多普勒模式、批处理模式、CDX模式、双PRF模式、参差PRF模式、SZ-2相位编码模式下的双偏振天气雷达回波信号仿真方法。

4.根据权利要求3所述的双偏振天气雷达回波信号仿真方法，其特征在于，所述连续监测模式下的双偏振天气雷达回波信号仿真方法包括具体步骤：

根据天气雷达的脉冲重复频率PRF计算雷达最大不模糊速度；

根据当前需要仿真的真实天气雷达回波速度计算回波速度模糊后的速度值；

根据回波速度模糊后速度值模拟仿真产生速度模糊的回波信号特征；

按照S1-S4所述的双偏振天气雷达回波信号仿真方法，仿真连续监测模式下的双偏振天气雷达回波信号特征。