[发明专利]一种机载气象雷达多扫描多重频全空域气象目标探测方法

摘要

本发明提供了一种机载气象雷达多扫描多重频全空域气象目标探测方法，涉及气象雷达信号处理技术领域，利用多扫描机载气象雷达，在垂直方向上采取低、中、高三波束的扫描方法，水平方向采取变密度扫描，航向及两侧区域采用较密集扫描，提高探测精度，远离航向区域采用适当稀疏扫描，提高扫描和后续数据处理的速度，对获取的三波束扫描回波信号进行合成，获取载机前方全空域气象目标分布情况，为飞行安全提供有力保障，本发明可提高机载气象雷达探测精度，增大探测距离，抑制地杂波干扰，获取全空域气象目标分布情况。

主权项

一种机载气象雷达多扫描多重频全空域气象目标探测的方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一、根据载机高度和雷达波束垂直宽度确定低、中、高三波束的仰角：设θ为与地球表面相切波束的仰角，则θ＝arccos[r/(r+h)]，其中r为地球半径，h为载机高度，中仰角波束是与地球表面相切的波束，因此其仰角θ₂＝θ＝arccos[r/(r+h)]，最低仰角波束的仰角为最高仰角波束的仰角为其中为雷达波束垂直宽度，由雷达性能参数决定；步骤二、根据机载气象雷达性能参数确定近距离空域、中距离空域、远距离空域的范围，确定低、中、高三波束的脉冲重复频率，设R_e为雷达探测距离，则近距离空域是指：中距离空域是指：远距离空域是指设低、中、高三波束对应的脉冲重复频率为f₁、f₂、f₃，设临时频率变量则f₂在PRF₁与f_temp之间任取一固定值，f₃＝2f₂，f₁＝2f₃，其中c＝3.0X10⁸m/s，为大气中光速，PRF₁为雷达性能参数中的脉冲重复频率最低值；步骤三、调节天线仰角到θ₁位置，即最低仰角波束的位置，设置脉冲重复频率为f₁，完成一个周期即水平扫描角从0°到180°的水平扫描，存储扫描数据，存储的扫描数据为Data1＝(R₁,θ₁,γ,Pr₁)，其中R₁为雷达到目标点的斜距，R₁取值范围在近距离空域范围之内，即θ₁为最低仰角波束的仰角，γ为水平扫描角，取值范围为0到180°，Pr₁为最低仰角波束回波功率；步骤四、调节天线仰角到θ₂位置，即中仰角波束的位置，设置脉冲重复频率为f₂，完成一个周期即水平扫描角从0°到180°的水平扫描，存储扫描数据，存储的扫描数据为Data2＝(R₂,θ₂,γ,Pr₂)，其中R₂为雷达到目标点的斜距，R₂的有效取值范围在近距离空域与远距离空域范围之内，即和内，θ₂为中仰角波束的仰角，Pr₂为中仰角波束回波功率；步骤五、调节天线仰角到θ₃位置，即最高仰角波束的位置，设置脉冲重复频率为f₃，完成一个周期即水平扫描角从0°到180°的水平扫描，存储扫描数据，存储的扫描数据为Data3＝(R₃,θ₃,γ,Pr₃)，R₃为雷达到目标点的斜距，R₃的有效取值范围在近距离空域与中距离空域范围之内，即和内，θ₃为最高仰角波束的仰角，Pr₃为最高仰角波束的回波功率；步骤六、根据标准气象雷达方程和步骤三、四、五所存储的扫描数据Data1、Data2、Data3计算近、中、远距离空域的气象目标回波反射率因子：标准气象雷达方程为其中，Z为气象雷达回波反射率因子，λ为雷达波长，R是雷达到目标的斜距，P_r为雷达回波功率，|K|²是由散射粒子介电性质确定的常数，G₀为天线波束中心方向上的增益，P_t为雷达发射功率，经过计算后所得到的数据为，Data1_1＝(R₁,θ₁,γ,Z₁)，Data2_1＝(R₂,θ₂,γ,Z₂)，Data3_1＝(R₃,θ₃,γ,Z₃)，Z₁、Z₂、Z₃为回波的反射率因子；步骤七、对步骤六计算得到的数据Data1_1、Data2_1、Data3_1做投影变换：将所探测到的气象目标斜距投影到以地心为圆心、地心与载机连线为半径的圆弧上；雷达波束与地球表面相切，设地球圆心为点O，气象目标位于点B，点A是载机所在位置，点A'是气象目标在载机航迹上的投影，则OA、OA'与地球表面和载机航迹分别垂直，则该气象目标点的斜距为r₂＝AB，对应的投影弧长为在ΔAOB中，设边长$d=OB=\sqrt{{r_2}^2+{(r+h)}^2-2r_2(r+h)cos(90-\mathrm{\θ})}$则内角α＝∠AOA'＝arccos[((r+h)²+d²‑r₂²)/2d(r+h)]α同时也是l₂对应的圆心角，可得l₂＝2πα(r+h)/360计算后得到的数据为Data1_2＝(L₁,γ,Z₁)，Data2_2＝(L₂,γ,Z₂)，Data3_2＝(L₃,γ,Z₃)，L₁、L₂、L₃分别为R₁、R₂、R₃在载机航迹上的投影；步骤八、根据步骤六计算得到的回波反射率因子Z₁、Z₂、Z₃对近距离空域气象目标强度进行合成：近距离空域气象目标强度由低、中、高三波束回波反射率因子进行合成，其合成采用加权平均的方法，权值可由各波束自身强度确定，近距离空域气象目标强度

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