[发明专利]一种适用于中雨量级的GNSS极化信号正演方法及系统

说明书

本发明公开了一种适用于中雨量级的GNSS极化信号正演方法及系统。所述中雨的降雨率大于等于2.6毫米/小时并且小于等于8.0毫米/小时，所述方法包括：获取待测中雨雨区内的降雨信息；所述中雨雨区有GNSS极化无线电掩星事件发生，并且掩星的射线路径穿过雨区；根据降雨信息分别建立雨滴形状模型和雨滴谱分布模型；根据降雨信息计算雨滴的相对复介电常数；采用T‑matrix方法结合雨滴形状模型计算单一雨滴水平极化前向散射幅度和垂直极化前向散射幅度；根据雨滴谱分布模型和单一雨滴水平极化前向散射幅度及垂直极化前向散射幅度，计算差分相位延迟；根据差分相位延迟对整个雨区内射线总路径长度进行积分，得到正演后的极化相移。

技术领域

本发明涉及降雨气候研究领域，具体涉及一种适用于中雨量级的GNSS极化信号正演方法及系统。

背景技术

降雨是研究气候变化的基本变量之一，其对农业生产、生态环境以及人们的日常生活有着重要的作用。目前国际上探测降雨的手段多种多样，有天基降水雷达系统如带有降水雷达的热带降雨测量任务TRMM、带有双频降水雷达的全球降水测量任务GPM，此外还有高光谱红外探测仪、微波探测仪、地基降水雷达等。然而这些手段均无法从观测值中直接或间接提取到影响水蒸汽或降水的因素，均不适合观测强降水云的内部结构。全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)的无线电掩星(radio occultation,RO)技术根据无线电链路传播时的附加时延和弯曲信息反演得到折射率、温度、密度等大气物理参量廓线，是进行行星电离层和大气层探测的一种重要手段。与探空仪或气象卫星等相比，该技术具有全天候、精度高、垂直分辨率高、系统误差低等优点，且目前有研究表明GNSS RO技术可以利用极化无线电掩星(polarimetric radio occultation,PRO)的潜在能力，共同探测和量化强降水事件中的大气热力学廓线和降雨信息。

为有效利用GNSS RO这一丰富可靠的数据源，提高对降雨事件预报的准确性，基于信号通过大尺寸的非球形水凝物会引起极化差分相位延迟的事实，目前国内还未发展此类气象业务，对GNSS极化无线电掩星探测和量化降雨的理论和方法尚在探索当中，对其反演降水的理论和方法还未发展成熟。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种适用于中雨量级的GNSS极化信号正演方法及系统。

为了实现上述目的，本发明提出了一种适用于中雨量级的GNSS极化信号正演方法，所述中雨的降雨率大于等于2.6毫米/小时并且小于等于8.0毫米/小时，所述方法包括：

获取待测中雨雨区内的降雨信息；所述中雨雨区有GNSS极化无线电掩星事件发生，并且掩星的射线路径穿过雨区；

根据降雨信息分别建立雨滴形状模型和雨滴谱分布模型；

根据降雨信息计算雨滴的相对复介电常数；

采用T-matrix方法结合雨滴形状模型计算单一雨滴水平极化前向散射幅度和垂直极化前向散射幅度；

根据雨滴谱分布模型和单一雨滴水平极化前向散射幅度及垂直极化前向散射幅度，计算差分相位延迟；

根据差分相位延迟对整个雨区内射线总路径长度进行积分，得到正演后的极化相移。

作为上述方法的一种改进，所述待测中雨雨区内的降雨信息包括：雨区范围、沿射线路径的降雨率信息、频率、等体积直径、总路径长度、空气温度和雨滴倾斜角度。

作为上述方法的一种改进，所述雨滴形状模型采用TB雨滴形状模型，具体包括：

设置雨滴形状为扁椭球体，轴比和等体积直径D满足下式：

其中，b为短半径，a为长半径。