[发明专利]天气雷达波束锐化和逆量化有效
申请号: | 201210041465.2 | 申请日: | 2012-01-05 |
公开(公告)号: | CN102608607A | 公开(公告)日: | 2012-07-25 |
发明(设计)人: | B·P·班奇 | 申请(专利权)人: | 霍尼韦尔国际公司 |
主分类号: | G01S13/95 | 分类号: | G01S13/95 |
代理公司: | 中国专利代理(香港)有限公司 72001 | 代理人: | 蒋骏;卢江 |
地址: | 美国新*** | 国省代码: | 美国;US |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 天气 雷达 波束 锐化 量化 | ||
背景技术
由于机载天气雷达天线的最大物理尺寸限制,经常无法获得期望的窄天线波束,由此导致显示的天气数据没有预期的详细。这在垂直显示方面(在该行业相对较新)特别明显且与(例如那些用在商用喷气机上的)较小天线一起时更差。
著名的多普勒波束锐化技术在飞行器的直前向或垂直方向上效果不好。而且,天气的自然多普勒噪声可能是另一个挑战。
小型飞行器只能适合小型的、宽波束天线,因此限制了它们的波束锐化能力。
图1和2示出了由于15∶1的垂直比例放大而导致的在垂直显示时展现的一些问题。问题如下:
-由于天线波束宽度引起的低分辨率;
-由于立体数据的量化引起的块状外观;和
-平滑显示输出的尝试导致在平滑度和进一步的分辨率损失之间的折衷。
直接的方法是转换到频域,并乘以波束图(可以是真的或“软化的”概念天线)的反转,这种方法对真实数据不适用,因为它需要除以很小的数并由此导致数据不稳定。
发明内容
处理器从雷达系统接收与天线相关的一列量化反射率数据。该处理器基于估计的量化反射率数据调整该列量化反射率数据,该估计的量化率反射数据与比该接收的一列量化反射数据相关的天线更大的天线的波束图相关。
本发明利用了概念上的“期望天线”来解除限制(例如,模拟具有更窄波束的“大天线”)。这使得算法能够更快收敛至最优解,同时降低了存储器需求。本发明还利用了与期望的天线响应匹配的平滑(例如高斯)扰动函数。这提供了最佳平滑输出,有助于算法更快地收敛,降低了存储器需求,并且可在不影响(smear)输出的情况下进行量化。
附图说明
以下将参考附图详细描述本发明的优选和替换实施例:
图1和2示出了由现有技术的机载天气雷达天线产生的结果;
图3示出了根据本发明形成的示例性系统;
图4示出了来自立体缓存器的一垂直列的理想数据;
图5示出了图4中示出的数据的反射率值;
图6说明了现有技术系统的模型;
图7说明了根据本发明形成的系统的模型;
图8说明了根据本发明形成的示例性过程的流程图。
具体实施方式
本发明是一种系统、方法和计算机程序,用于在距离上提高天气雷达显示的细节。图1说明了根据本发明形成的示例性系统30。该系统30包括天气雷达系统40、处理器42、存储器43、显示设备44、其它飞行器系统46和用户接口48。处理器42电耦合至该天气雷达系统40、显示设备44、其它系统46、用户接口48和存储器43。示例性的天气雷达系统40包括雷达控制器50、发送器52、接收器54和天线56。该雷达控制器50控制发送器52和接收器54基于从一个或多个其它飞行器系统46接收的飞行器数据(例如:位置、航向、滚转、偏航、倾斜度等)通过天线56来执行发送和接收信号。
天气雷达系统40接收由来自外部环境的发射脉冲的散射而产生的信号,外部环境主要包括天气和地形。该接收到的信号被送至处理器42,处理器42使用接收到的信号来更新在存储器43(例如:立体(3-D)缓存器)中存储的天气反射率估计。处理器42基于从用户接口48发送的任何控制信号或基于处理器42内的设置来产生呈现在显示设备44上的图象。
本发明重点在于来自于立体天气缓存器的一维的反射率的垂直列和与该列数据相关的最优曲线;参考图4和5。
图6示出了现有技术系统的模型。立体缓存器的最优输出是“未处理”反射率数据(波束函数r(x)),该反射率数据是高度的函数。该未处理反射率数据r(x)与波束图函数B(x)进行卷积。然后与噪声相加以创建a(x)。a(x)信号被量化以产生高度上量化的反射率,q(n)。高度上量化的反射率q(n)是可测量的且被存储到存储器43的3-D缓存器中。
图7说明了由本发明设想的波束锐化模型。实际天线的波束函数B(x)被分割成两部分BL(x),Bc(x),使得:
-这两个部分的卷积等于原始波束函数B(x);并且
-第一部分相当于波束锐化的期望量(例如,“60英寸”天线)。
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