[发明专利]一种基于Ainsworth算法的气象雷达外定标方法

说明书

本发明公开了一种基于Ainsworth算法的气象雷达外定标方法，包括如下步骤：(1)建立气象雷达极化散射矩阵失真模型；(2)添加噪声，得到观测矩阵；(3)确定幅度不平衡因子和串扰因子的初始值；(4)初步定标协方差矩阵；(5)求解串扰矩阵；(6)判断串扰矩阵是否达到设定值；根据设定的阈值，判断串扰矩阵是否达到设定值，如未达到设定值，转到步骤(4)；满足条件，则输出定标后的数据；并同时绘制初始值、观测值、恢复值所对应的各参数气象雷达图像，评价定标质量。本发明可实现多个雷达探测参数定标；可使定标后的数据更加精确，更接近真实数据；完全基于气象回波自身数据，无需室外摆设定标器，不受地理位置限制，减少人工成本。

技术领域

本发明涉及气象雷达外定标方法，尤其涉及一种基于Ainsworth算法的气象雷达外定 标方法。

背景技术

随着雷达极化技术的发展，极化气象雷达在农业种植、自然灾害预测和气象研究中发 挥着越来越重要的作用。然而在实际的数据处理中，双极化气象雷达由于发射和接收天线 的隔离度有限，会引起通道间串扰；水平天线和垂直天线的增益不同，会引起同极化通道 不平衡和交叉极化通道不平衡问题。这使得极化天气雷达所获得的反射率因子(Z)、差分反 射率(Z_dr)和差分相位(K_dp)等极化参数不能准确地识别气象粒子的类型，进而会对降雨的大 小、范围、持续时间等造成误判。

目前，一些研究致力于使用工程标定或参数标定的实现雷达标定。如使用金属球、二 面角等标准散射体定标，将雷达测得观测值与散射体真实值比较求取气象雷达偏差。或者 优化雷达基本方程，对其中一项或者几项进行精确测定以减小气象雷达误差等。上述的极 化气象雷达定标技术，首先都没有考虑到极化气象雷达通道间串扰和幅度不平衡问题；其 次，都是采用真实存在的标准散射物体作为定标体，需要昂贵的实验器材与设备，如此增 加了气象雷达定标工作的成本。而且上述的方法仅对个别雷达参数定标，如反射率因子Z、 差分反射率Z_dr，无法对更多的雷达探测参数定标，如线性退极化比L_dr、相关系数CC等。最后，由于未考虑定标工程的物理可实现性，气象雷达一般建造在山顶和高塔上等海拔高且偏僻的地方，悬挂定标体有较大的地理位置限制。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种雷达定标参数多、便于重复定标的基于Ainsworth 算法的气象雷达外定标方法。

技术方案：本发明的方法，包括如下步骤：

(1)建立极化散射矩阵失真模型：根据散射理论建立极化散射矩阵失真模型；

(2)添加噪声，得到观测矩阵：对原始气象回波数据添加接收失真矩阵R、发射失真矩阵T，得到含噪声的观测矩阵；

(3)数据预处理：根据观测气象回波矩阵，确定交叉极化幅度不平衡因子α的初始值， 同极化幅度不平衡因子k的初始值k₀，以及串扰因子u,v,w,z的初始值u₀,v₀,w₀,z₀；

(4)初步定标：根据幅度不平衡因子初始值和串扰因子初始值对观测气象回波协方差 矩阵C初步定标，得到初步定标后的协方差矩阵C′；

(5)求解串扰矩阵：通过矩阵变换，不断更新交叉极化幅度不平衡因子α′和串扰因子u′,v′,w′,z′的值，同时得到更新后的串扰矩阵M′；

(6)判断串扰矩阵是否达到设定值：根据设定的阈值，判断串扰矩阵是否达到设定值，未 达到设定值，转到步骤(4)；满足条件，则输出定标后的数据。

步骤(1)中，建立的极化气象雷达散射失真矩阵模型为：

转化成向量表示形式为：