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双线偏振多普勒雷达资料分析与质量控制

作　者: 杜牧云
导　师: 刘黎平
学　校: 成都信息工程学院
专　业: 信号与信息处理
关键词: 双线偏振多普勒雷达 资料分析 质量控制
分类号: TN959.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 5次
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内容摘要


双线偏振多普勒雷达是具有发射水平和垂直两种线偏振波，并能分别接收目标物对不同偏振波的后向散射信号幅度和相位变化能力的雷达，是目前较为先进的天气雷达之一。除了能得到常规多普勒天气雷达所能获得的目标物强度信息（反射率因子ZH）和多普勒相位信息（径向速度Vr和速度谱宽Sw）以外，它还能得到目标物对两种不同偏振状态电磁波的后向散射信号强度和相位的差异信息(差分反射率因子ZDR、差分传播相移ΦDP、差分传播相移率KDP和零滞后互相关系数ρHV（0）)。这些参数直接反映了降水系统粒子相态、滴谱分布（DSD）等微物理结构的变化规律。因此，相较于常规天气雷达，双线偏振多普勒雷达不仅可以提高降水率、液态水含量的估测精度，为数值预报提供高质量的初始场，还可以综合各参量进行降水粒子类型识别，提高对冰雹、雷暴大风、强降水等灾害性天气的探测能力。但在实际探测过程中，资料质量容易受到地物杂波污染、系统及环境噪声、信号衰减等因子的影响，因此在利用资料进行后续的算法处理及产品生成前需对资料质量进行分析与控制。本文以中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室（State Key Laboratory ofSevere Weather，LaSW，Chinese Academy of Meteorological Sciences，CAMS）的车载C波段双线偏振多普勒雷达（C-band Polarimetric Doppler Radar on Wheel，CPDRW）外场试验的实测资料为例，从各偏振参量随信噪比SNR分布的角度讨论了该设备探测资料的质量情况。与此同时，在对资料进行筛选和质量控制的基础上，以差分反射率因子ZDR系统误差垂直扫描订正法的订正结果为参考，重点分析了以雷达高仰角扫描下的小雨和干雪为订正目标进行订正的效果差异，分析结果表明：高仰角体扫资料的这两种自然目标物都能较好地订正ZDR的系统误差。但相较于小雨，干雪的ZDR变化性及其测量标准差更小，其订正效果也更加稳定，更能满足差分反射率因子0.1-0.2dB的精度要求，因此被认为是进行ZDR系统误差订正的最优气象目标物，而利用高仰角体扫资料的干雪粒子进行ZDR系统误差订正也就成为垂直扫描订正法的最佳替代方法。在统计分析降水、地物回波差分传播相移ΦDP数据的差别，与信噪比SNR关系等基础上，本文还提出了一套ΦDP数据分析和处理的方法，目的是剔除不能用的ΦDP，并提高差分传播相移率KDP的计算精度。除此之外，还结合地物的常规特性和偏振特性利用模糊逻辑法（Fuzzy Logic Method）建立了一种运用双线偏振雷达观测资料识别地物及地物与降水混合回波的方法，并利用该雷达的实测资料对识别结果进行了分析检验。最后，通过雷达质量指数（Radar Quality Index，RQI）算法将影响雷达资料质量的主要因子：波束展宽、波束遮挡、地物杂波污染、电磁波衰减等，以每个距离库为单元进行量化处理，最后按照0到1的取值范围进行编码输出，该输出量即为对雷达资料质量的各影响因子及其整体质量的定量评估结果。其中，质量指数越接近0就代表雷达资料受各因子影响越大，质量越差；反之越接近1则代表资料质量越好。根据该定量评估结果我们可以直观地了解到资料受各因子的影响程度及资料的整体质量情况，并方便我们根据不同的应用需要来筛选数据。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章 引言  9-12
  1.1 选题的目的和意义  9
  1.2 国内外研究现状及进展  9-10
  1.3 本文的主要研究内容  10-12
第二章 双线偏振多普勒雷达简介  12-14
第三章 双线偏振多普勒雷达的主要参量  14-19
  3.1 水平和垂直反射率因子 Z_H、Z_V(单位：dBz)  14-15
  3.2 差分反射率因子 Z_(DR)(单位：dB)  15
  3.3 差分传播相移Φ_(DP)(单位：°)  15-16
  3.4 差分传播相移率 K_(DP)(单位：°·km-1)  16-17
  3.5 零滞后互相关系数ρ_(HV)(0)(单位：1)  17-19
第四章 差分反射率因子系统误差订正研究  19-36
  4.1 Z_(DR)系统误差来源  19-21
  4.2 Z_(DR)系统误差订正方法介绍  21-25
    4.2.1 测试信号法  22
    4.2.2 太阳辐射法  22-23
    4.2.3 自然目标法  23-25
  4.3 Z_(DR)系统误差订正个例分析  25-33
    4.3.1 CPDRW 雷达资料质量分析  25-27
    4.3.2 垂直扫描数据订正 Z_(DR)系统误差  27-30
    4.3.3 高仰角扫描数据订正 Z_(DR)系统误差  30-32
    4.3.4 其他过程资料分析  32-33
  4.4 Z_(DR)系统误差自动标定软件系统介绍  33-36
第五章 差分传播相移的分类处理  36-46
  5.1 双线偏振多普勒雷达Φ_(DP)资料特征分析  36-39
    5.1.1 地物杂波的Φ_(DP)资料特征  36-37
    5.1.2 气象回波的Φ_(DP)资料特征  37-39
  5.2 双线偏振多普勒雷达Φ_(DP)资料分类处理方法  39-42
    5.2.1 方法介绍  39-41
    5.2.2 阈值参数设置  41-42
  5.3 个例分析  42-46
    5.3.1 Φ_(DP)距离廓线分析  42-43
    5.3.2 Φ_(DP)平面位置显示(PPI)分析  43-44
    5.3.3 Φ_(DP)估算 K_(DP)分析  44-46
第六章 纯地物及地物与降水混合回波的识别  46-53
  6.1 地物杂波识别方法的国内外研究成果介绍  46
  6.2 纯地物回波及地物与降水混合回波的特征及其识别方法  46-50
    6.2.1 纯地物回波及地物与降水混合回波的偏振特性分析  46-49
    6.2.2 纯地物回波识别方法  49-50
    6.2.3 地物与降水混合回波识别方法  50
  6.3 纯地物及地物和降水混合回波识别效果分析  50-53
第七章 双线偏振多普勒雷达资料质量的定量评估  53-71
  7.1 国内外相关研究成果介绍  53-54
  7.2 定量评估方案  54-64
    7.2.1 强度资料的定量评估方案  54-58
    7.2.2 速度资料的定量评估方案  58-60
    7.2.3 偏振资料的定量评估方案  60-64
  7.3 个例分析  64-71
    7.3.1 强度资料定量评估结果分析  64-66
    7.3.2 速度资料定量评估结果分析  66-68
    7.3.3 偏振资料定量评估结果分析  68-71
第八章 结论  71-73
参考文献  73-78
作者在读期间科研成果简介  78-79
致谢  79

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 雷达 > 雷达：按用途分 > 农业雷达、气象雷达
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