[发明专利]利用高频星地链路多特征量进行晴雨时刻判定的方法

说明书

本发明公开了一种利用高频星地链路多特征量进行晴雨时刻判定的方法，通过滤波剔除星地链路噪声和闪烁引起的信号快速变化，然后提取包括标准差、趋势、最大值、最小值、平均值、偏度、峰度和信息熵在内的多个特征量，通过调整选择最优时间窗，最后利用分类算法实现晴雨时刻的判定。本发明的晴雨时刻判定方法能够准确地利用高频星地链路信号对晴雨期进行区分，实现对大范围晴雨分布情况的实时监测，对于进一步提高星地链路测雨精度，提升城市内涝监测、防汛预警水平等具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及气象探测领域，具体涉及一种利用高频星地链路多特征量进行晴雨时刻判定的方法，更为具体的说是涉及利用星地链路信号变化，提取多个特征量，通过分类算法实现晴雨时刻的判定。

背景技术

自1977年基于近地面微波链路测量降雨的设想被提出后，利用近地面微波链路测量降雨的这一新方法因其易操作、成本低、精度高等优点引起了国内外学者的广泛关注并得到了长足发展。现在近地面微波链路不仅能够实现路径平均雨强、路径平均雨滴谱的反演并且在雷达定标、区域降水监测等方面发挥着重要的作用，已然成为传统降雨观测手段的辅助和补充。然而，距离微波链路测量降雨自动化的实现和业务使用仍有很大的差距，其中制约降雨自动化探测的一个重要因素就是晴雨时刻的识别，这直接关系到降雨探测结果的准确性。目前，已开展了大量的关于如何利用近地面微波链路进行晴雨区分的研究，但仍不能满足实际应用的需求。

星地链路作为一类特殊的微波链路，利用其探测降雨的方法成为当前新兴的前沿问题。一般而言，星地链路工作频段多集中在L、C、Ku和Ka等高频波段，信号易受外界因素的干扰，同时由于星地链路穿过整层大气，大气中气体、云雾、沙尘、闪烁和降水等多种因素也会导致信号变化比近地面微波链路更复杂。目前，对星地链路探测降雨方法的研究刚刚起步，而其中对晴雨时刻的准确判断，是反演降雨强度的必要前提。因此，实现基于星地链路高频信号的晴雨时刻区分，不仅能够提高星地链路探测降雨的精度，而且对推动星地链路降雨探测的广泛应用具有重要意义。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种利用高频星地链路多特征量进行晴雨时刻判定的方法，通过分析高频信号的变化规律，提取晴雨时刻具有明显差异的特征量，利用分类算法实现晴雨时刻的识别。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用高频星地链路多特征量进行晴雨时刻判定的方法，包括以下步骤：

步骤一：搭建高频星地链路。

步骤二：以ΔT的间隔对链路进行时域采样得到原始接收信号SN。

步骤三：利用小波分析方法对原始接收信号SN滤波，剔除对流层闪烁引起的快速变化，得到信号S(n)。

步骤四：针对每一时刻的信号S(n)，提取信号S(n)的特征量。

步骤五：调整每个特征量的计算窗区W_i，选择最优时间窗W。

步骤六：以x₁和x₂分别表示两个不同时刻信号的由步骤四得到的特征量组成的特征向量，选取高斯核函数K(x₁,x₂)和惩罚因子C：

其中，σ表示带宽，控制核函数作用范围；

构造最优化问题：

其中，y代表分类结果，α代表拉格朗日乘子。

步骤七：基于二次规划问题求解最优α，并构造决策函数G(x)实现晴雨时刻区分：

其中，SV表示支持向量。