[发明专利]一种基于双极化信息的降水量测量方法及装置

说明书

本发明提供一种基于双极化信息的降水量测量方法及装置，该方法通过双极化雷达传感器向降水区域发射正交电磁波，接收包含双极化信息的回波信号；计算回波信号功率及降水粒子的功率谱分布，通过获取的双极化信息对降水进行分类；双极化雷达传感器在垂直或非垂直范围内指向天空时，都可计算降水强度；对降水强度进行时间积分，得到降水量。本发明减小传感器的体积，在进行降水量测量的同时利用双极化信息对降水进行分类，灵敏度和时间分辨率高，传感器不必保持垂直指向天空，抗风性能强。

技术领域

本发明属于气象探测领域，尤其涉及一种基于双极化信息的降水量测量方法及装置。

背景技术

降水观测是水文、气象监测的重要内容，对大气水循环监测、防灾减灾以及人民生产生活有重要作用，随着自动化技术应用领域的拓展，降水测量的需求从传统的气象、水文观测拓展到农业、自动驾驶、工程建造等领域。降水包括雨、雪、雹等形式，由于天气的复杂性，能够精确观测单一降水类型和混合降水类型的降水量对降水观测十分重要，常用的降水测量装置为雨量计和雪量计，雨量计多为翻斗式和虹吸式，均为机械式雨量计，雪量计多为称重式或加热式，称重式雪量计通过称量平台的重量变化测量降雪量，加热式雪量计则需要先将雪融化再测量降雪量，几种降水测量装置均存在响应时间长、维护保养不便、体积大等缺点，现有的加热式雨雪量计虽然将雨和雪的测量合二为一，但区分降水类型需要其他传感器辅助，不能精确地区分降水类型。现有机械式的降水测量装置通常需要使用漏斗形的圆筒来汇集降水，使得传感器暴露在外部环境中，极易受到灰尘、树叶、花絮等物质的影响，在维护仪器时需要频繁地对内部结构进行清理，仍难以避免仪器被污染，影响了降水测量的精度和数据的一致性。由于降水粒子在重力作用下从空中降落，传统的降水测量装置都需要垂直指向天空收集降水粒子后再测量降水量，在移动平台等非垂直指向天空的场使用会影响测量准确性。

当电磁波在大气中遇到降水粒子时会发生散射现象，其中一部分散射波返回雷达传感器方向被接收，形成回波信号。通过该回波信号，可以分析相关降水信息。但现有技术中，传统的降水测量装置需要垂直指向天空，只能适用于固定场所，应用场景受到了极大的限制。并且在降水测量领域，现有雷达天线因为抛物面反射体的存在多设计为圆锥形，大大增加了天线的体积并限制了安装环境。

综上所述，当前降水测量装置普遍存在的传感器体积大、易污染、响应时间长、降水分类能力弱、必须垂直指向天空等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于双极化信息的降水量测量方法及装置，采用双极化雷达传感器对降水粒子进行分类及降水测量，相比单一极化的雷达，不仅可以从第二个维度对降水粒子进行量度，响应时间短、降水分类能力强，而且由于雷达传感器使用平面微带技术，体积较小。

本发明的技术方案为：

一种基于双极化信息的降水量测量方法，包括以下步骤：

1)通过双极化雷达传感器向降水区域发射正交电磁波，接收包含双极化信息的回波信号；

2)计算回波信号功率及降水粒子的功率谱分布，通过获取的双极化信息对降水进行分类；

3)当双极化雷达传感器在垂直范围内指向天空时，通过降水类别及计算得到的降水粒子功率谱分布获取降水强度；当双极化雷达传感器在非垂直范围内指向天空时，根据回波功率及回波功率-降水强度关系，计算降水强度；

4)对降水强度进行时间积分，得到降水量。

进一步地，双极化雷达传感器采用平面微带技术。

进一步地，通过双极化雷达传感器的双极化多普勒天线模块、射频低噪声放大器及中频前置放大器发射正交电磁波。

进一步地，双极化信息包括降水粒子的形状、尺寸及指向角分布情况。