[发明专利]一种双偏振天气雷达回波信号仿真方法

说明书

本发明涉及雷达仿真技术领域，具体为一种双偏振天气雷达回波信号仿真方法。该仿真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。其中双偏振天气雷达回波信号仿真方法步骤为：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；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；根据两路正交信号生成时域I/Q回波信号；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。该双偏振天气雷达回波信号仿真方法，建立了双偏振天气雷达系统性能参数与回波信号之间关系，可以仿真雷达性能参数对雷达观测量的影响。

技术领域

本发明涉及雷达仿真技术领域，具体涉及一种双偏振天气雷达回波信号仿真方法。

背景技术

双偏振天气雷达是当前对灾害性天气进行监测、预警应用最广泛、最有效的工具之一。双偏振天气雷达主要优势在于它除了能够获取降雨过程的强度、速度信息外，还可以通过探测获取的极化信息，反演降雨的形态、相态等微物理结构，为降雨的定量测量、灾害性天气的预警提供了丰富的数据基础。

随着气象业务朝精细化、精准性的高速发展，对双偏振天气雷的系统性能、处理算法改进、扫描策略也提出了更高的要求。而现在雷达厂家或雷达业务使用部门，在解决这些问题时，往往需要首先研制雷达设备，再经过长时间观测试验，数据采集和数据分析，才能得到雷达性能提高、扫描策略改进对雷达观测数据的影响。

现有双偏振天气雷达回波仿真，大多数是基于降水回波的物理特性来模拟双偏振天气雷达的谱矩参量和双偏振参量，如根据雨滴大小分布的二维时空随机模型，仿真双偏振天气雷达反射率、差分反射率、差分相位等，目的是利用已知的雨滴分布，来验证双偏振天气雷达偏振参量与实际降雨物理特性之间的关系。该方法只能仿真双偏振天气雷达的偏振参量，不能仿真双偏振天气雷达的回波信号，不能建立与双偏振天气雷达系统参数，体积扫描工作模式之间关系。

现有多普勒天气雷达回波信号仿真方法，建立了基于高斯功率模型的回波信号仿真方法，能够以回波功率、速度和谱宽为基础，仿真单偏振多普勒天气雷达的回波I/Q信号。该方法不能仿真双偏振天气雷达的双通道回波信号，没有建立回波信号与双偏振天气雷达系统参数之间的关系，没有考虑体积扫描中工作模式的不同特点，无法仿真天气雷达体扫过程中各个扫描模式的回波特点。

现有方法，不能应用于双偏振天气雷达的雷达系统性能评估、新算法验证与分析、扫描策略分析等领域。

发明内容

基于上述问题，本发明提供了一种双偏振天气雷达回波信号仿真方法，能够仿真产生含有偏振信息的垂直通道和水平通道的回波信号，以及仿真产生不同工作模式下的双偏振天气天气雷达回波信号。

本发明的技术方案为：

一种双偏振天气雷达回波信号仿真方法，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，双偏振天气雷达回波信号仿真的主要目标是从反射率因子、速度、谱宽、差分反射率、差分相位、相关系数六种参数，通过数学建模和雷达性能参数引入，模拟仿真得到设定雷达性能参数下的双偏振天气雷达水平通道和垂直通道的回波信号。在数学建模中，引入的双偏振天气雷达的雷达参数包括发射峰值功率、雷达波长、脉冲宽度、波束宽度、天线增益、接收支路馈线损耗、发射支路馈线损耗、噪声系数、接收机增益、脉冲重复频率、脉冲积累数等。

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；