[发明专利]一种基于聚类雨衰关系的雨强自适应估计系统及方法

说明书

本发明公开一种基于聚类雨衰关系的雨强自适应估计系统及方法，所述系统包括依次连接的：微波通信网、数据采集处理终端、聚类单元、雨强反演单元；数据采集处理终端基于微波通信网中各链路发射端和接收端的电平信号，获取待测区域以及若干组历史降雨时段中的雨致衰减率，并将历史雨致衰减率构建为降雨样本集；聚类单元采用聚类方法将降雨样本划分为k类，并根据距离最小原则对待测区域的雨致衰减率进行自动归类；雨强反演单元利用最小二乘法对各类降雨样本分别建立雨衰关系，并对待测区域进行降雨强度反演。本发明能够适用于各类降雨样本的雨衰关系，进而实现降雨的精细化定量估计，可广泛应用于降水信息监测等气象信息遥感领域。

技术领域

本发明涉及雨强自适应估计技术领域，特别是涉及一种基于聚类雨衰关系的雨强自适应估计系统及方法。

背景技术

城市水文信息的监测需要获取高时空分辨率的降雨资料。虽然天气雷达能够满足这一要求，但是其需要标定和经常维护，且目前只有稀疏部署的雨量计可以用于标定天气雷达。现有商用通信网络微波信号在传输过程中会受到路径上降雨的衰减作用，根据这一基本原理，可以实现基于商用通信网络的降雨信息监测。由于该网络覆盖了地球大部分陆地表面，且密度很高(尤其在城市范围内)，因此可以满足全球范围内近地面、低成本、高时空分辨率的降雨信息获取需求。

基于微波链路衰减信息反演降雨强度一般利用的是国际电信联盟推荐的雨衰-雨强经验幂律关系(ITU-R P.838-3)，但是该关系的准确性受雨滴谱分布的影响。当微波运行频率在40GHz以下(传统商用通信网络所运行频段范围)时，该关系受雨滴谱分布影响有限，因此对雨强及累积降雨量估计误差较小。但是当频率大于40GHz后，这种雨滴谱分布影响将不可忽略。随着5G通信技术的不断普及，更高频段如50GHz、60GHz、E波段(71-76GHz和81-86GHz)和92-95GHz的微波回程链路将在全世界广泛部署。因此，为了高频微波链路也能应用于精确的定量降雨估计，需要对现有的雨衰关系进行改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于聚类雨衰关系的雨强自适应估计系统及方法，以解决现有技术中存在的技术问题，能够适用于各类降雨样本的雨衰关系，进而实现降雨的精细化定量估计，可广泛应用于降水信息监测等气象信息遥感领域。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于聚类雨衰关系的雨强自适应估计系统，包括依次连接的：微波通信网、数据采集处理终端、聚类单元、雨强反演单元；

其中，所述微波通信网包括若干条链路，每条所述链路包括接收端和发射端；

所述数据采集处理终端基于微波通信网中各链路发射端和接收端的电平信号，分别获取待测区域的雨致衰减率以及若干组历史降雨时段中的雨致衰减率，并将若干组历史降雨时段中的雨致衰减率构建为降雨样本集；

所述聚类单元将各链路的所述雨致衰减率作为特征量，采用聚类方法将所述降雨样本集中的降雨样本划分为k类；所述聚类单元还基于各类的聚类中心，根据距离最小原则对待测区域的雨致衰减率进行自动归类；

所述雨强反演单元利用最小二乘法对降雨样本集中的各类降雨样本分别建立雨衰关系；所述雨强反演单元还基于待测区域雨致衰减率的自动归类结果，采用相应的雨衰关系对待测区域进行降雨强度反演。

优选地，所述数据采集处理终端包括依次连接的数据获取单元、链路衰减获取单元、雨致衰减率获取单元；所述数据获取单元分别与所述微波通信网中各链路的接收端和发射端连接，所述雨致衰减单元与所述聚类单元连接；

其中，所述数据获取单元用于获取微波通信网中各链路的发射电平、接收电平；

所述链路衰减获取单元基于各链路的发射电平和接收电平，计算各链路的总衰减；

所述雨致衰减率获取单元基于各链路的总衰减，提取各链路的平均雨致衰减率。

优选地，微波通信网中链路的条数包括但不限于1条。