[发明专利]天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理方法和系统

说明书

本发明提供了一种天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理方法和系统，根据天基测雨雷达工作模式、观测几何模型和运动关系联立方程组；以WGS‑84坐标系为参考，解算定位方程组获得不同斜距下观测区域的位置信息；通过坐标转换获得目标的经纬度及海平面高度信息；以目标定位结果为基础，建立三维网格数组，分别表示经度、纬度和海平面高度，网格中每个元素值表示对应经纬度和海平面高度的雷达回波功率值；最后以海平面高度为单位进行剖面处理实现空间降雨信息的三维显示。本发明利用微波信号的穿透性和雷达在径向距离上的垂直分辨能力，接收不同高度降雨回波，反演得到精确的降雨强度和降雨类型等信息，提高了天基降雨测量能力。

技术领域

本发明涉及气象卫星数据处理技术领域，具体地，涉及一种天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理方法和系统。

背景技术

在气象卫星遥感技术中，光学与红外遥感技术具有较佳的分辨率和可判读性，但易被云雨遮盖，无法进行降雨强度精确测量；被动微波遥感具有全天时、全天候的特点，但对降雨的测量存在局限性，也无法高精度测量。

在本发明之前，我国尚无天基测雨雷达，气象雷达主要集中在陆地和机载平台上，天基测雨雷达是一种新型气象观测手段。目前，国内外针对天基测雨雷达的研究主要集中在系统设计(包括频率选择、扫描模式、时序分析、软硬件设计等)和测雨雷达数据反演(包括气象信息与雷达间的关系、标定技术等)等方面，而对天基测雨雷达的目标定位及具体的降雨信息三维处理技术描述较少，很多研究成果仅是给出气象雷达方程，但未给出降雨观测区域的具体目标定位计算方法。也有气象雷达信号处理技术方面的研究，但主要是给出系统设计方案及其软硬件实现过程，但未给出降雨信息三维处理方法和具体流程。

同时根据国内外文献调研，星载合成孔径雷达目标定位是采用距离-多普勒定位算法，建立斜距方程、多普勒运动方程和地球椭球模型方程，联立三个方程进行目标位置解算。但天基测雨雷达未采用合成孔径雷达体制，无法建立多普勒运动方程，且测雨雷达非对地表观测，也无法建立地球椭球模型。

专利文献CN111398964B(申请号：CN202010280214.4)公开了一种基于强降水识别与数值大气模式驱动的雷达临近预报方法，包括以下步骤：步骤1、基于相态分区的对流核格点识别；步骤2、采用雷达反射率在水平向和垂向的梯度或雷达反射率在水平向和径向的梯度再次识别对流核格点；步骤3、基于三维区域增长法的对流核格点搜索，直至将所有格点搜索完毕；步骤4、所有格点集合确定为对流区；步骤5、持续监测对流核格点并叠加风场信息，确定降雨落区；步骤6、降雨临近预报。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理方法和系统。

根据本发明提供的天基测雨雷达目标定位及降雨信息三维处理方法，包括：

步骤一：在WGS-84地固坐标系下，通过GPS或北斗系统测量获得任一观测时刻卫星平台位置和速度运动参数值，同时通过测雨雷达回波时延测量值计算任意采样点对应的斜距值，斜距对应的观测区域位置坐标为未知坐标值，通过卫星平台位置与观测区域未知坐标值建立斜距方程；

步骤二：根据测雨雷达已知的波束扫描角度，在WGS-84坐标系下，利用余弦定理建立卫星平台位置矢量、波束指向矢量和波束扫描角度的余弦方程；

步骤三：根据测雨雷达运动方向矢量与波束指向矢量垂直正交的关系建立正交方程；

步骤四：联立斜距方程、余弦方程和正交方程，进行方程组解算，得到斜距对应观测区域的位置坐标值；

步骤五：在地固坐标系下将已解算得到的位置坐标值进行经纬度及海平面高度转换，获得观测区域目标对应的经纬度及海平面高度值；

步骤六：拟建立三维网格数组，分别表示经度、纬度和海平面高度，网格中每个元素值表示对应经度、纬度和海平面高度的雷达回波功率值；