[发明专利]极化-多普勒气象雷达的降雨信号恢复方法及装置

说明书

本发明提供一种极化‑多普勒气象雷达的降雨信号恢复方法及装置，首先根据极化‑多普勒气象雷达接收到的回波数据，得到距离‑多普勒谱；然后对距离‑多普勒谱进行滤波，保留降雨目标，去除杂波，得到滤波后的二值掩模；最后利用降雨目标速度和谱宽之间的关系以及降雨区域连续分布特性补偿降雨目标。本发明能够根据降雨目标的空间连续性，利用速度和谱宽补偿降雨区域，解决极化‑多普勒气象雷达在降雨目标和杂波重合情况下降雨目标恢复的问题。

技术领域

本发明属于雷达信号技术领域，特别涉及一种极化-多普勒气象雷达的降雨信号恢复方法及装置。

背景技术

气象雷达可实现对大气高时空分辨率的观测，是大气观测必不可少的工具。极化-多普勒气象雷达获得的信息可用于水凝物分类、定量降水估计、雨滴谱反演、短期天气预报等方面。由于雷达工作环境较为复杂，雷达数据经常受到噪声和杂波的影响，例如地杂波、生物回波、风车杂波、射频干扰等。这些杂波会影响对降雨区域的准确观测。

国内外学者提出了多种杂波抑制方法来解决气象雷达杂波干扰问题，但是大部分方法是针对气象目标和杂波可以分开的场景。例如， Li等人(N. Li et al.“A qualitycontrol method of ground-based weather radar data based on statistics”， IEEETransactions on Geoscience and Remote Sensing, 2017, 56(4):2211-2219.)提出一种模糊算法以提高对地杂波的识别率，但是该方法会造成降雨目标的缺失。

为了能解决双极化雷达的杂波抑制问题，J. Yin等人(J. Yin et al. “Object-Orientated Filter Design in Spectral Domain for Polarimetric Weather Radar”，IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2018, 57(5):2725-2740.)提出面向对象的谱极化(Object-Orientated Spectral polarimetric，OBSpol)滤波方法。但是当杂波和降雨重叠时，OBSpol滤波器会保留被杂波污染的降雨信号。

近年来，谱极化滤波技术广泛应用于气象雷达杂波抑制中。该技术利用降雨目标和非降雨目标的谱极化特性在RD（Range Doppler，距离-多普勒，缩写：RD)图上的连通特性差异，在尽可能多地保留降雨目标的同时滤除非降雨目标。但是谱极化滤波技术在滤除杂波的同时会去除与地杂波重叠的降雨目标，同样会造成降雨目标缺失。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明提出了一种极化-多普勒气象雷达的降雨信号恢复方法及装置。本发明能够根据降雨目标的空间连续性，利用速度和谱宽补偿降雨区域，解决极化-多普勒气象雷达在降雨目标和杂波重合情况下降雨目标恢复的问题。

为实现上述技术目的，本发明提出的技术方案为：

一方面，本发明提供一种极化-多普勒气象雷达的降雨信号恢复方法，包括：

根据极化-多普勒气象雷达接收到的回波数据，得到距离-多普勒谱；

对距离-多普勒谱进行滤波，保留降雨目标，去除杂波，得到滤波后的二值掩模；

利用降雨目标速度和谱宽之间的关系以及降雨区域连续分布特性补偿降雨目标。

进一步地，所述对距离-多普勒谱进行滤波，包括：根据降雨目标与非降雨目标的谱极化参量在统计特性上的差异，对距离-多普勒谱进行谱极化滤波，得到谱极化滤波后的二值掩模。

进一步地，所述谱极化滤波，包括：

利用降雨目标的谱共极化相关系数和除地杂波以外的其他杂波的谱共极化相关系数之间的差异对距离-多普勒谱进行阈值滤波，滤除除地杂波以外的其他杂波；