[发明专利]基于双极化雷达的分布式目标参数估计和信号处理方法

说明书

本发明公开一种基于双极化雷达的分布式目标参数估计和信号处理方法，其基于上述的双极化雷达设备来实施，包括以下步骤：双极化雷达设备的发射/接收设备接收水平极化波或垂直极化波时，天线向天空发射水平极化波或垂直极化波；接收机接收天线所接收到的水平极化波或垂直极化波，将水平极化波或垂直极化波的模拟接收信号转换为数字接收信号，并将数字接收信号输出至信号处理装置；信号处理装置根据接收信号计算第一次反射波强度、第二次反射波强度、第三次反射波强度；根据反射波强度积分得到的雷达反射率因子，计算线性去极化比；根据反射波强度计算目标的多普勒速度。本发明通过使用水平极化波和垂直极化波来估计降雨强度和/或多普勒速度。

技术领域

本发明涉及雷达信号处理技术领域，尤其是涉及一种基于双极化雷达的分布式目标参数估计和信号处理方法。

背景技术

在应用广泛的单极化天气雷达中，可利用回波强度与降雨强度之间的关系式，通过回波强度对降雨强度进行估计。但是，由于这种关系式与雨滴的颗粒大小分布有很大的关系，因此单极化波天气雷达很难对降雨强度做出准确估计。

一般来说，雨滴的形状接近球形，它就像是一个在垂直方向被挤压的球体。粒径大的雨滴平面度大，而粒径小的雨滴则具有较小的平面度，几乎是一个球体。因此，当使用水平极化波和垂直极化波进行双极化雷达观测时，通过雨滴形状信息能够获得与雨滴颗粒大小分布相对应的信息，因此可以对降雨强度进行高精度的测量。

在双极化雷达极化波的发射和接收中，线性去极化比(LDR)指的是同一极化波的后向散射功率(共极化散射功率)与垂直于该极化波的另一极化波所产生的后向散射功率(交叉极化散射功率)之比。

线性去极化比作为一个定性确定冰颗粒的形状和/或方向等的指标，当降水粒子中垂直于透射极化波的某一极化波散射(Z_hv,Z_vh)在亮带等中相对较强时，线性去极化比就变成了一个有效的参数。

当使用交替双极化雷达对线性去极化比进行观测时，需要重复操作以下三种类型的极化波发射/接收处理单元：

(1)“水平极化发射和水平极化接收”单元，该单元主要进行发射/接收处理，用于发射水平极化波，并接收水平极化波；

(2)“垂直极化发射和垂直极化接收”单元，该单元主要进行发射/接收处理，用于发射垂直极化波并接收垂直极化波；

(3)“水平极化发射和垂直极化接收”单元，该单元主要进行发射/接收处理，用于发射水平极化波并接收垂直极化波，或“垂直极化波的发射和水平极化波的接收”单元，该单元主要进行发射/接收处理，用于发射垂直极化波并接收水平极化波。

由于雷达工作在交替、轮流的发射不同极化，在重复操作上面三种类型极化波发射/接收处理单元的情况下，不仅要执行单个极化波的发射和单个极化波的接收处理，还要同时执行多个极化波的发射和多个极化波的接收处理，至少需要三个脉冲重复周期才能测完，这导致雷达的观测时间会增加三倍。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于双极化雷达的分布式目标参数估计和信号处理方法，其通过使用水平极化波和垂直极化波来估计降雨强度和/或多普勒速度。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

第一种双极化雷达设备，其包括发射/接收设备、信号处理装置和显示装置，所述信号处理装置由反射波强度计算器、线性去极化比计算器和速度计算器组成；其中，

所述发射/接收设备，用于依次重复执行如下操作：第一次发射/接收处理单元，以发射水平极化波和接收水平极化波；第二次发射/接收处理单元，以发射垂直极化波和接收垂直极化波；以及第三次发射/接收处理单元，用于发射水平极化波和接收垂直极化波；