[发明专利]双偏振雷达系统初始差分相位的在线标定方法

说明书

本发明公开了双偏振雷达系统初始差分相位的在线标定方法，其特征在于：选取雷达某一径向上最靠近雷达的n个降水回波点，所述降水回波点的相关系数ρ_hv大于0.95，将所述降水回波点的Φ_DP进行最小二乘法线性拟合，若拟合斜率大于0，则将拟合的直线在第一个有效点位置的值设为该径向对应的若拟合斜率小于等于0，则将回波的中值作为该径向对应的最后将各径向上对应的的中值设定为整个体扫初始差分相位。该方法可以提升对双偏振雷达系统初始差分相位标定精度。

技术领域

本发明涉及雷达系统初始差分相位的标定方法，特别涉及双偏振雷达系统初始差分相位的在线标定方法，属于雷达气象领域。

背景技术

双偏振天气雷达除了可以测量常规雷达能够测量的反射率因子Z_H相比，还可测量包括差分反射率因子Z_DR，相关系数ρ_hv，差分相位Φ_DP在内的多种双偏振参量，提供更多降水相关的信息。其中差分相位Φ_DP不受降水对电磁波能量衰减的影响，同时其衍生产品比差分相位 K_DP和降水相关性好，因此Φ_DP常被用到衰减订正和降水反演中去。但雷达观测的差分相位中包含了雷达系统初始差分相位、传播差分相位、后向散射相位δ_hv和随机起伏等。其中初始差分相位是由于雷达硬件层面造成的，通常为一个非零数值。在实际应用中，初始差分相位会影响到后续的相位处理，包括相位去折叠、衰减订正等，同时会影响到K_DP的估计。尤其是在衰减订正过程中，系统的初始差分相位则会造成Z_H和Z_DR的系统偏差。因此使用在线标定技术确定双偏振雷达系统初始差分相位能够帮助提高双偏振雷达探测的准确度。通常而言，雷达系统初始差分相位可以利用天线垂直指向扫描确定。但国内一般的业务S波段雷达由于机械的限制不存在垂直指向扫描；同时脉冲压缩方式的雷达，长脉冲的初始差分相位不能利用垂直指向扫描确定。因此，利用平面体扫(PPI)确定雷达系统初始差分相位可以使得差分相位观测在业务双偏振雷达上得到更好的定量使用。

由于Φ_DP易受到地物干扰而存在大幅度波动，因此杜牧云等(2011)提出利用从雷达径向 3公里以外连续1公里相关系数均大于0.9的回波的Φ_DP均值作为初始差分相位。该方法可以获得粗略的初始差分相位，但是在地物干扰严重或者雷达附近受到昆虫、鸟类等非气象散射体的干扰时不容易确定初始差分相位。

差分相位Φ_DP的定义为因此初始差分相位可以利用雷达近距离降水回波的差分相位观测统计得，距离雷达较近时，如果后向散射相位δ_hv很小(近似瑞利散射)，且回波的雨强较小(K_DP接近于0°/km，且2∫K_DPdr 接近0°)，则雷达系统初始差分相位近似等于观测的Φ_DP。但通常雷达附近的回波更容易受到例如地物、昆虫、鸟类等非气象散射体的非零后向散射相位干扰，同时二次回波的差分相位也不等于雷达系统初始差分相位，它们的存在会影响到雷达系统的初始差分相位估计。同时，回波对应的雨强存在变化(K_DP＞0°/km)，此时2∫K_DPdr不为0°且其值随着不同的降雨会发生漂移，会使得系统初始差分相位估计值存在偏差。由于双偏振参量反应了散射物的特性，因此本发明提出利用双偏振观测去除近距离杂波，减少其对初始差分相位估计的影响，同时利用线性拟合方法减少降水本身对初始差分相位估计的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中双偏振雷达系统初始差分相位标定受干扰影响大的不足，提出一种双偏振雷达系统初始差分相位的在线标定方法。