风廓线雷达噪声水平的估计研究
风廓线雷达
风廓线雷达类型
各种类型风廓线仪用途：
边界层风廓线雷达：航空港飞机着陆与起飞； 空间污染监控；军事替代地面观察站；研究。
低对流层风廓线雷达：航空港环境——飞机 着陆，起飞，交通管制；运输和扩散——危 险原料（核能）的污染控制；军事——射弹 风修正；研究。
对流层风廓线雷达：天气观察、预报及研究
电磁净空环境的选择：由于风廓线雷达为高 频发射和接收设备,信号容易受到附近电磁波 的影响,频率选定前应尽早到当地无线电管理 部门办理频率适用许可并办理无线电电台执 照
设备运行的维护维修 ：所需时间大概30min， 30min，30min，1h，2h，1h
风廓线仪维护维修计划表
小结 高分辨率大气廓线仪等新一代雷达遥感技术在大气 研究领域中的广泛应用,能够拓宽全球气象预报，对 改进天气分析和预报，降低测风成本和提高实效都 有很重要的意义，必将极大地推动中尺度大气热动 力学的研究进展，使人们能够对中纬度和热带地区 的各类天气现象进行更加深入的研究。 为适应我国未来风廓线仪大规模建设和应用的需要，
RASS
风廓线仪上加装无线电探声系统(RASS) 后, 可以测量大气层的有效温度。RASS 雷达系 统通常由4 个声源组成,分布在廓线仪天线阵 的每一边并垂直向上发射声波。廓线仪把声 波作为目标接收并处理反向散射,同时测得传 播速度。由于声速与大气温度有很好的对应 关系,所以可以通过廓线仪测得的声速来得到 有效温度廓线。
频谱非相参累积后频谱(பைடு நூலகம்)与相参累积后(右)比较
应用现状
水平风测定：通过测量水平风廓线，研究暴 雨、锋面、急流、重力波等天气现象。1989 年中国气象科学研究院研制成功了我国首部 UHF 多普勒风廓线仪，并用于北京中尺度灾 害性天气预报基地的业务试验，证明了其有 效性和可靠性。王欣等用风廓线仪资料分析 安徽梅雨期间的强降水过程，表明其对水平 风的垂直结构有较强的探测能力，能实时监 测中尺度降水期间风的垂直切变和对流特征， 提高临近天气预报的精度。
风廓线雷达
垂直风测定：测定垂直风速，研究强对流等 天气现象的垂直结构。 2002 年7～9 月在广 东阳江海凌岛实施了首次中国登陆台风现场 科学试验，试验中首次启用风廓线仪、多普 勒声雷达等先进仪器，对台风“黄蜂”进行 了追踪观测，获取了大量登陆我国台风内部 和环境场的精细资料。 Neiman 等利用 NOAA 的风廓线仪和RASS 资料，研究了 Colorado 地区大气低层和对流层中部天气系 统的垂直结构。
结构
风廓线雷达组成框图
流,它们能引起折射指数的不规则变化,对无线 电波产生散射作用。风廓线仪向天空发射无 线电波,并接收它的回波,这些回波是由于大气 湍流在空中不同层面引起的电波折射而产生 的,通过对回波的处理和分析就可以获得湍流 的多普勒系数和强度系数,从而反演出湍流强 度、运动方向和运动速度随高度的分布。大 气湍流的运动是随背景风的运动而运动的,因 此,如果获得了大气湍流的多普勒速度和方向, 同时也就获得了风的多普勒速度和方向。
风廓线雷达的特点
风廓线雷达类型
各种类型风廓线仪用途：
Байду номын сангаас
边界层风廓线雷达：航空港飞机着陆与起飞； 空间污染监控；军事替代地面观察站；研究。 低对流层风廓线雷达：航空港环境——飞机 着陆，起飞，交通管制；运输和扩散——危 险原料（核能）的污染控制；军事——射弹 风修正；研究。 对流层风廓线雷达：天气观察、预报及研究
测量精度
风廓线雷达的探测是有非常高的测量精度，其运行 也有很高的可靠性。风廓线雷达的整个系统有现代 的最新技术，举几个例子：远距离操作监控，路上 通讯线路、卫星数字化通讯，高效能固态发射机， 数字化信号数据处理，喂处理助兴检测器等等。由 此看出，风廓线雷达系统具有相当高的运行可靠性， 而且还有操作维修方便的优点。平均无故障的时间 最低为6个月，修复时间平均也只需一小时左右。 看得出风廓线雷达比一般雷达要求要高许多。至于 探测精度，中低层垂直分辨率为250米，高层1千米； 风速的误差会小于在3.65千米每时，与气球测风有 相当的测量精度。
风廓线雷达测量性能分析
风廓线雷达测量性能分析胡明宝;张鹏【摘要】从雷达探测理论出发,结合工作实践,从理论上计算了对流层风廓线雷达的探测高度范围、时空分辨率和测量误差,对数据获取率等方面的测量性能进行了分析.结果表明:通过对风廓线雷达的工作波形和工作模式进行恰当设计,对流层风廓线雷达的测量性能可以达到:最大探测高度12 km以上,最小探测高度150 m,高度分辨率75 m,时间分辨率10 min,风速准确率1 m/s,风向准确率10°,数据获取率不小于80%.分析结论可供风廓线雷达区域布网工作参考.%Depend on the working principles of wind profiling radar and application practice, the sounding altitude, spatial and temporal resolution, and measurement errors of the tropospheric wind profiling radar are calculated, and the data availability is analyzed. The results show: through selecting suitable operating waveforms and modes, the radar detection altitude can range from 150 to 12000 meters, and height resolution can be up to 75 m, temporal resolution to 10 minute, wind speed accuracy to 1 m/s, wind direction to 10°, and data availability to over 80％. The conclusions can be used as references for the regional networking of wind profiling radar.【期刊名称】《气象科技》【年(卷),期】2011(039)003【总页数】5页(P315-319)【关键词】风廓线雷达;测量性能;探测高度;分辨率;测量误差【作者】胡明宝;张鹏【作者单位】解放军理工大学气象学院,南京211101;南京气象雷达开放实验室,南京210008;解放军理工大学气象学院,南京211101;南京气象雷达开放实验室,南京210008【正文语种】中文风廓线雷达是一种新型的无球高空气象遥感探测设备,它可以全天24 h不间断提供大气水平风场、垂直气流、大气折射率结构常数等气象要素随高度的分布和随时间的变化,具有很高的时间和空间分辩力,已经广泛应用于航空航天、水文水利、大气监测和天气预报等方面[1]。
昆明长水机场CFL-03边界层风廓线雷达数据算法应用分析
左右的东、西、南、北侧,如图1所示。
图1风廓线雷达原理图向和垂直气流,生成数据产品。
数据处理算法处理流程如图3
图3数据处理算法处理流程流程图
求取噪声电平
噪声电平的准确性影响到风廓线雷达回波信号功率、SNR、
参数的计算和结果。
该雷达系统采用基于高斯白噪声谱的统计特性谱序列的方差是其期望的平方)的“噪声电平客观确定法”来求取噪
通过迭代逐步去除包含大气回波信号的谱线,使得参数
逐渐逼近于1。
所用到的计算公式如下所示:
=(∑f n2S n/∑S n)-(∑f n S n/∑S n)2
n/N Q=∑(S n2/N)-P2
2/12R1=σN2/σ2R2=P2/Q P
N为谱线数,F为频率范围,f n为第n条谱线的频率
频率范围内噪声频率的方差,σ2为频率范围内信号频率的方差信号的平均功率密度,Q为信号功率密度的方差,R1、R2为判别系数谱滤波/平滑
由于雷达回波信号一般都很微弱和散乱,同时部分窄而强的干扰信号会被误认为大气回波信号。
采用谱滤波/平滑后,可以有效改善谱消除干扰信号影响,利于风谱的识别并提高谱峰的识别能力该处理算法是将前(N-1)/2个点、后(N-1)/2个点和当前点以适当权重所用到的公式如下所示:
图2各波束不同距离高度上的回波信号功率谱
这些算法在实际的运用中。
上述所采用的方法经过了型号实践检验。
基于非线性滤波的风廓线雷达数据处理
特性 ， 滤 渡 效 果 优 于传 统 的 卡 尔 曼 滤 波 ．
干扰 ， 达到 了一 定 的滤波 效果 ， 为 风廓 线 雷 达数 据 处理 开 拓 了新 的思
路． 然而 ， 在 风 廓 线 雷 达测 风活 动 中 ， 风 向和 风 速 随 高度 的分 布 是 一
具 有 一 定 的 工程 应 用 前景 ． 关 键 词 风廓 线雷达 ； 数 据质量控 制 ； 卡 尔曼 滤波 ； 一 阶 扩展 卡 尔曼 滤 波 中图分类号 Ｐ ４ １ ３ ． ２
文献标志码 Ａ
个 随机 过程 ， 在 每个 高度 上 的取 值 都是 随机 的 ， 各 时 间点 和各 个 高 度 上 的取 值 之 间相 互影 响 ， 很 难保 证 线性 关 系 ， 因此 ， 在 实 际应 用 中 ， 需 要 处理 的 问题 常是 非 线 性 的． 运 用 传 统 的卡 尔 曼 滤 波 技 术 对 风 廓 线
新 的观 测 数 据 后 ， 可 推 算 出新 的估 计 量 ， 不 必 重 新 计算 ． 此外 它 还 打 破 了对 平 稳 过 程 的 限制 ， 可 用 于对 时 变 随 机信 号 的滤 波 ． 目前 ， 卡 尔 曼滤 波技 术 已应 用 于 气 象 预 报 中 ， 对 于风 廓 线 雷 达 数 据处 理 方 面也 有 了初 步 的研究 ， 并 取 得 了一 定 的滤 波效 果 ． 图 １为 卡尔 曼滤 波估 计 的阶段 （ 其 中将 ｋ 作 为 当前 时 刻 ） ． 卡尔 曼 滤 波 过 程 包 含 ２个 阶段 ： ２ 个采 样周 期之 间 的状态 转移 阶段 叫做 Ｔ ｕ（ Ｔ ｉ ｍ ｅ Ｕ ｐ ｄ ａ ｔ ｅ ） 阶段 ； 过程 状 态更 新 阶段 叫做 ＭＵ（ Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ Ｕ ｐ ｄ ａ ｔ ｅ ） 阶段 ． 结 合 对 当前 时 刻 ｋ
风廓线雷达数据质量影响因子及处理算法
文章标题：风廓线雷达数据质量影响因子及处理算法一、概述风廓线雷达是一种常用的气象观测设备，能够提供大气垂直结构的风速、风向、温度、湿度等信息。
然而，在实际应用中，风廓线雷达数据的质量受到多种因素的影响，如地面杂散回波、多次反射、多普勒展宽等。
准确地评估和处理风廓线雷达数据质量是至关重要的。
二、风廓线雷达数据质量影响因子1. 地面杂散回波地面杂散回波是指雷达发射的微波信号被地面物体反射后返回接收天线，导致回波信号混杂在大气回波信号中。
地面杂散回波会使雷达观测到的大气风场信息出现偏差，影响数据的准确性。
2. 多次反射多次反射是指雷达信号在大气中经历多次反射后返回接收天线，造成回波信号的增强和衰减。
多次反射会导致雷达接收到的信号强度波动较大，影响数据的稳定性和一致性。
3. 多普勒展宽多普勒展宽是指大气中的气泡、涡旋等不均匀结构引起的雷达回波频谱展宽现象。
多普勒展宽会导致雷达观测到的风速存在模糊性，降低数据的精度和分辨率。
4. 其他因素除了以上因素外，天气条件、雷达接收系统的灵敏度、气象条件的变化等也会对风廓线雷达数据的质量产生影响。
三、风廓线雷达数据质量处理算法1. 地面杂散回波去除算法针对地面杂散回波的影响，可以采用多普勒滤波技术和地物特征识别算法进行去除，以提高数据的准确性。
2. 多次反射校正算法针对多次反射引起的信号增强和衰减，可以采用信号退化模型和多次反射校正算法进行修正，以保证数据的稳定性和一致性。
3. 多普勒展宽补偿算法针对多普勒展宽引起的风速模糊性，可以采用动态多普勒展宽补偿算法进行修正，提高数据的精度和分辨率。
4. 数据质量评估和后处理在数据处理过程中，应建立完善的数据质量评估体系，对处理后的数据进行全面、深入的评估，以保证数据的可靠性和有效性。
四、个人观点和总结风廓线雷达数据的质量受多种因素的影响，因此在实际应用中需要综合考虑各种影响因子，并采取相应的处理算法来提高数据的质量和可靠性。
风廓线雷达数据处理与应用研究
风廓线雷达数据处理与应用研究风廓线雷达数据处理与应用研究摘要：风廓线雷达是一种常用于探测大气中风场结构和变化的仪器，广泛应用于气象、航空、环境科学等领域。
本文主要探讨了风廓线雷达数据的处理方法及其在实际应用中的研究进展。
首先介绍了风廓线雷达的基本工作原理和数据获取方式，然后详细讨论了雷达数据处理的流程和常用方法。
接着，分别介绍了风廓线雷达的应用于天气预报、空气质量监测、气候研究等方面，探讨了其在这些领域中的具体应用和作用。
最后，对目前风廓线雷达数据处理与应用研究的不足进行了总结，并展望了未来的发展方向。
一、引言近年来，随着大气科学研究的迅猛发展，风廓线雷达作为一种能够实时、连续观测大气风场的先进仪器，得到了广泛的应用。
风廓线雷达可以提供垂直方向上大气风场的信息，对于理解大气中的动力学过程、天气变化和气候演变等具有重要意义。
二、风廓线雷达的基本原理和数据获取风廓线雷达是一种主动型雷达，利用发射的微波信号与大气中的散射体进行相互作用，通过接收散射回波来获取散射体的运动信息。
风廓线雷达的基本原理是多普勒效应，即监测散射回波的频率变化来推测散射体的运动状态。
三、风廓线雷达数据处理方法风廓线雷达数据处理的目的是从原始雷达回波中提取有用的风场等信息，并将其转化为可视化的形式。
常用的风廓线雷达数据处理方法主要包括数据质量控制、多普勒频谱分析、风场反演和数据可视化等步骤。
四、风廓线雷达在天气预报中的应用风廓线雷达在天气预报中的应用主要体现在对切变线、对流云和飑线等天气现象的监测和预警上。
通过监测大气中的风场变化，可以及时发现和跟踪可能发展成破坏性天气事件的特征。
五、风廓线雷达在空气质量监测中的应用风廓线雷达在空气质量监测中的应用主要体现在对大气污染物传输过程的研究上。
通过监测大气中的风场和污染物浓度分布，可以评估不同污染源的影响程度和扩散途径，为制定有效的空气质量改善策略提供科学依据。
六、风廓线雷达在气候研究中的应用风廓线雷达在气候研究中的应用主要集中在对大气环流、季节变化和气候异常等方面的探索。
相控阵风廓线雷达监控系统中的关键技术研究的开题报告
相控阵风廓线雷达监控系统中的关键技术研究的开题报告一、选题背景及研究意义气象灾害已经成为了威胁人类生命和财产安全的重要因素之一。
作为一种天气探测设备，雷达在防灾减灾领域中有着非常重要的作用。
相控阵风廓线雷达是一种新型的风廓线雷达，其具有高时间和空间分辨率、高灵敏度和高垂直分辨能力等优点，广泛应用于气象预测、空气污染监测、飞机起降、风电场设备控制等领域。
然而，相控阵风廓线雷达的技术研究还存在一些问题，如精度不足、探测距离短、接收机复杂、处理数据量大等。
因此，本研究旨在探究相控阵风廓线雷达监控系统中的关键技术，提高相控阵风廓线雷达的性能和精度，为气象预测和防灾减灾等领域提供更为准确可靠的数据和服务。
二、研究内容和研究方法1. 研究内容本研究主要从以下三方面对相控阵风廓线雷达监控系统中的关键技术进行研究：（1）接收机设计。
设计一种接收机，能够提高相控阵风廓线雷达的接收灵敏度和抗干扰能力，以便更好的捕捉目标信号。
（2）数据处理算法。
研究相控阵风廓线雷达数据处理算法，提高数据处理速度和精度，为后续的数据分析与应用提供更为合理和可靠的数据结果。
（3）图像重构算法。
探究相控阵风廓线雷达图像重构算法，改善图像的清晰度和可读性，便于对目标进行更为准确和精细的分析和判断。
2. 研究方法（1）文献调研法。
通过对相控阵风廓线雷达相关文献的梳理和综述，了解其研究现状、存在的问题和发展趋势等方面的信息，为后续的研究提供参考。
（2）仿真分析法。
通过MATLAB等仿真软件，建立相控阵风廓线雷达监控系统的仿真模型，进行数据处理、图像重构等仿真分析，测试其性能和精度。
（3）实验验证法。
通过实验平台，验证相控阵风廓线雷达监控系统的性能和精度，并对其进行调整和优化。
三、预期成果本研究的预期成果包括：（1）设计一个新型的接收机，提高相控阵风廓线雷达的接收灵敏度和抗干扰能力。
（2）研究相控阵风廓线雷达数据处理算法，提高数据处理速度和精度。
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提高． 时域 积 累后 的信 号 进行 Ⅳ点 的 Ｆ Ｔ 理 ， Ｆ处 则 第 ｋ 频 率通 道 的输 出 为风谱 ， 个 即
Ｎ一１ ｈ
ｙ＝ｙ ｋ （ ＝∑ ） （ ｅ２ ｊ
Ｈ＝Ｏ
（ ４ ）
为进 一步 提高 风谱 的可检 测性 ，Ｆ 之后 采用谱 积 ＦＴ 累 的处理 方法 ． 谱积 累 中第 ， 积 累第 ｋ 频率 若 次 个
∑ ＝∑ Ｉ（１ ｙ０ ｋ
＝
０
， ＝０
经 过 以上 信 号处 理 步骤 ， Ｌ×Ｍ × Ｎ个 脉 冲重 复周 期 的 回波数 据转 换成 Ⅳ 个频 率通 道 的输 出 ． 鉴 于风 廓线 回波 是 窄带 的 ，此 时风谱 会 出 现在某
本 文 采用 窄 带随机 过 程模 拟风 廓线 回波 ，并 按不 同 的输入单 脉 冲信 噪 比加 入用 以仿 真接 收机 噪声 的复 高斯 白噪声 序列 ．根 据某 型 Ｌ波 段边 界
有 效 ． 此基 础上 ， 文提 出 了噪声 水平 估计 的 实 在 本 用方 案 ．
ｙｎ＝∑ｓｎ ＋∑ ｃｎ ＝ （ ） ｘＭ＋ （ ｘＭ＋ （
七 ０ ＝ ｋ＝ ０ ＾一１
（ ＋ （ Ｍ ｘ） ， ｃ ） Ｓｎ＋∑ｃｎ 助 ｚ ｎ ） （ ｘＭ＋ （
（ ３ ）
平的实用方案．
关键词 ： 风廓线雷达 ； 声水平； 噪 分段平 均
中图 分 类 号 ：Ｎ９７５ Ｔ ５． １ 文献标志码 ： Ａ Ｄ Ｉ１． ６ ／．ｓ． ７ ．６ １ ０ １ ３ ０ Ｏ ： ０ ９ ９ｊｓ １ ３８９ ． １． ． １ ３ ｉｎ ６ ２ ００
风廓 线 雷达 是 以净 空湍 流 为探测 目标 的多普 勒雷 达系 统 ． 为得 到风 廓线 雷达 最终 的气 象产 品 ，
ｌ８ ５
空 军 雷 达 学 院 学 报
通过 仿真 实验 来 比较 两者 的性 能
２ １丘 ０１
（＝ ，， ， 一１， ， ０ １… 三 ）则第 ｋ个频 率通 道 经过 点 谱积
累 的输 出为
上一 ｌ
＝
三一 １
３ 方 法 仿 真 与 改 进 方 法 （ ５ ）
３１ 方 法仿 真 ．
式 中 ｓｎ 和 ｃ ） 别 为 ｓ ｎ 和 Ｃｎ 的时域 积 累结 （） （ 分 ｘ） （ ｘ） （
பைடு நூலகம்
果 ． 过时域 积 累处理 ， 通 回波 的信 噪 比得 到 了有效
１ 风 廓线雷达 噪声谱 的特点
１１ 风 廓线雷达信号处理 的经典算法 ． 风廓 线 雷 达信 号 处理 的经 典算 法 框 图 如 图 １ 所示 ． 中频 接 收机 输 出 的 Ｉ ／ Ｑ双通 道 数据 （） ， 首 ２ 先 经 点 的 时域 积 累 ， 降低 数 据率 ；然后 通过 Ⅳ
第２ 卷 第３ ５ 期 ２ １ 年 ６月 ０１
文章 编 号 ： ６３８９ （０ １ ３０ ５．３ １７ —６ １２ ｌ） ．１７０ ｏ
空 军 雷 达 学 院 学 报
Ｊ ｕ ｎａ ｆ ｒＦｏ ｃ ｄ ｒＡｃ ｄ ｍｙ ｏ ｒ １ｏ Ａｉ ｒ ｅＲａ ａ ａ ｅ
ＶＯＩ２ ＿ ５ Ｎｏ． ３
通 道 的 风 谱 为 （ ，且 它 的 功 率 为 力 ＝ Ｉ（ Ｉ Ｄ
点 的 Ｆ Ｔ变换 得 到谱 分 布 ；再 经 点 的谱 积 累提 Ｆ
高 风谱 的可检 测性 ． 面给 出其数 学模 型 ， 点 的 下
收 稿 日期 ：０ １０ —１ ２ １－１１
作者 简介 ： 广柱 （９ ９ ） 男 ， 师 ， 士 ， 李 １７ 一 ， 讲 博 主要 从事 雷达 与 电子对抗 信 息处理 研究
明 ： Ｇ法 受信 噪 比 的 影 响较 小 ， 高 了二 次 产 品 的质 量 ． 此 基 础 上 ， Ｓ 提 在 为克 服 Ｓ Ｇ方 法 不足 ， 其 补 偿 方 法 进 行 对
了改进， 仿真 结果说 明了该 改进 方法的有效性． 最后针对 实际 的应 用情况， 出 了一种估计风廓线 雷达噪声水 给
Ｊ ｎ． ２ １ ｕ Ｏｌ
风廓线雷达噪声水平 的估计研 究
李广柱 ，陈少应 ，高仲辉 余 国文 ，
（． １ 空军雷达 学院五系， 武汉 ４ ０ １ ； ２ 中国电子科技集团公 司第 ３ ３ ０ ９ ． ８研 究所，合肥 ２０３ ） ３０ １
摘 要 ： 于噪 声水平的估 计对 生产风廓线雷达二次产品有重要的影响 ， 鉴 对噪声水平的估计方法进行 了 研究和改进． 首先对两种风廓线雷达的噪声水平估计（ Ｓ 方法和分段平均（ Ｇ） Ｈ ） Ｓ 方法进行 了比较 ， 仿真结果表
（ １ ）
高斯谱 的特征 ， 此基 础上 估计 风谱 的 噪声水 平 ， 在
该 方 法得 到 了广泛 的应 用 Ｊ文献 ［ 提 出一 种 噪 ｑ． ５ ］ 声 水 平估 计 方法 ，它 通过 对 风谱 进行 Ｋ ｌ ｇ ｒｖ ｏｍｏｏｏ Ｓ ｒｏ 验 ， 算 出 噪声 水平 ．这 ２种 方法 都需 ｍｉ ｖ检 ｎ 计 要 假定 风 谱 的概率 分布 ， 算量 较大 ． 计 与此不 同的 是， 文献［】 出了一种矩方法——分段平均法（Ｇ ， ６提 ｓ） 针对 Ｓ Ｇ方 法 的低估 噪 声水 平 ， 出 了相应 的补偿 给 公 式 ，基 于矩 的 噪声水 平 估计 方 法计 算 简便 且 易 于实 现 ． 文基 于 Ｓ 本 Ｇ方 法 ， 究 了 Ｓ 研 Ｇ方法 与输 人 信 噪 比的关 系 ， 出用 一个 固定 系 数对 Ｓ 提 Ｇ方 法进 行 补 偿 的方 法 ．仿 真结 果 表 明这种 补 偿方 法 可靠
风谱 的噪声水平估计是一个重要 的信号处理环节【 １ Ｊ ．
在假 设接 收机 噪声 服从 高斯 分 布 的条 件下 ， 文献 ［】 出 了估 计 噪声 水 平 的统计 方 法（ ）它 通 过 ２提 ＨＳ ， 不断 去掉 风 谱 的最 大值 ，直 到剩 下 的谱 分量 服从
一
（ ＝ ∑ Ｍ＋ ）