[发明专利]一种双偏振天气雷达ZDR在线标定方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种双偏振天气雷达的ZDR（差分反射率因子）标定，具体涉及一种在线标定方法及装置。

背景技术

双线偏振天气雷达（以下简称：双偏振雷达）同时或交替发射水平和垂直偏振电磁波，获取云雨粒子的大小、形状、数量、相态（固态、液态、混合态）、空间取向等观测信息。这些观测数据广泛应用于短时临近天气预报、灾害性天气预警、人工影响天气、水文径流预测等多个领域。

差分反射率因子（ZDR）是双偏振雷达观测的主要偏振量之一，是由水平和垂直通道回波功率的差异计算而来，是小信号量。它不仅与云雨粒子的特征有关，还与双通道差异（天线、波导、接收机水平垂直差异）有关。由于受硬件加工精度、元器件参数漂移、热噪声起伏等影响，双偏振雷达的水平垂直通道参数不能完全一致，所以在观测过程中需要经常标定来修正ZDR的硬件偏差。

发明专利CN201310202199.1描述了采用双通道全路径收发标校技术，减少双通道收发系统误差，即修正ZDR硬件偏差。这种技术的缺点是无法实时标定天线、馈线（波导）的水平垂直差异，同时存在标校信号误差的问题。因此，基于自然源信号的标定方法被广泛应用于天气雷达。常用的标定方法之一是用雷达观测太阳信号，被称为太阳法。太阳法已被广泛应用于天气雷达标定，常规天气雷达利用太阳法标定天线指向误差，双偏振天气雷达还利用太阳法进行ZDR标定，订正双通道不一致引起的ZDR偏差。由于太阳辐射电磁波是随机/均匀极化（偏振）的，水平和垂直方向的辐射能量是相同的，ZDR理论/真实值为0。所以，用雷达观测太阳信号的理论值与测量值的差就是雷达双通道的差异。

传统的太阳法标定是离线式的，有以下几个步骤：在特定时段，停止天气回波观测（关闭雷达发射机），运行标定/测试软件，计算太阳的角度，控制雷达在太阳当前角度附近上下左右搜索，找到最大回波功率（主波束中心正对太阳）位置，计算ZDR平均偏差（同时计算雷达角度偏差），修改信号处理机参数，结束标定。见（杜牧云等，2013；敏视达雷达测试软件用户手册，第十章P54）文献描述。离线式标定方式的缺点：

1、中断雷达正常观测。标定过程中不能观测天气回波，造成观测数据的不连续。

2、整个过程要人工控制。标定时，人工关闭天气回波观测软件，对计算机精确对时，启动标定/测试软件。

3、标定参数设置比较复杂的，需要经过特定培训的人员来完成。

4、太阳角度是不断变化的，难以将雷达天线精确指向太阳中央，所以要求反复多次进行。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种能够进行双偏振天气雷达ZDR在线标定的方法及装置。

为了达到上述目的，本发明提供了一种双偏振天气雷达的ZDR在线标定方法，该方法包括以下步骤：

（1）接收双偏振天气雷达的信号处理机输出的径向数据；

（2）识别步骤（1）接收的径向数据中的太阳回波信号；

（3）将步骤（2）中识别的太阳回波信号进行二次曲面拟合，计算ZDR偏差，进行ZDR标定。

其中，步骤（2）中太阳回波信号具体识别方法如下：

a、径向数据的角度判断；

b、径向数据的反射率因子有效库数所占比例判断；

c、径向数据的差分反射率因子有效库数所占比例判断；

d、径向数据的径向速度有效库数判断；

e、径向数据的反射率因子均值判断；

f、径向数据的反射率因子标准方差判断；

g、当接收的径向数据经a至f判断均满足条件，则判断为太阳回波信号，形成一个样本。

a至f各步骤的具体判断方法如下：

a、径向数据的方位角与太阳真实方位角差值小于阈值THRES_AZ，且径向数据的仰角与太阳真实仰角差值小于阈值THRES_EL，即判断满足条件；阈值THRES_AZ最佳取值为3.0°，阈值THRES_EL最佳取值为1.0°；同时径向数据的仰角可通过天线水平倾角数据进行修正。

b、计算径向数据的反射率因子有效库数占总库数的比值，当比值大于阈值THRES_Z_BINS，即判断满足条件；阈值THRES_Z_BINS最佳取值为0.8；

c、计算径向数据的差分反射率因子有效库数占总库数的比值，当比值大于阈值THRES_ZDR_BINS，即判断满足条件；阈值THRES_ZDR_BINS最佳取值为0.8；