[发明专利]一种在雷达回波中识别汽车行驶导致的非气象回波的方法

摘要

本发明公开了一种在雷达回波中识别汽车行驶导致的非气象回波的方法，特点是该识别方法包括以下步骤：计算每个有效回波点的反射率水平平滑度及高度；将设定高度范围内的雷达体扫数据平分成多层垂直采样数据层，然后计算每层垂直采样数据层的反射率平均平滑度；获取反射率区间离散水平平滑度频率分布曲线，并寻求水平动态阈值；计算每组垂直有效回波点组的反射率垂直递减率；获取一条反射率区间离散垂直递减率频率分布曲线，并寻求垂直动态阈值；将雷达体扫数据中的所有有效回波点识别为气象回波点和汽车行驶导致的非气象回波点；优点是采用本发明方法能够对于汽车行驶导致的非气象回波进行较为快速有效地识别。

主权项

一种在雷达回波中识别汽车行驶导致的非气象回波的方法，雷达回波的雷达体扫数据包括雷达反射率数值，定义具有雷达反射率数值的回波点为有效回波点，其特征在于该识别方法包括以下步骤：①计算雷达体扫数据中每层仰角层中的每个有效回波点的反射率水平平滑度，将雷达体扫数据中第i层仰角层中极坐标为(g₀,a₀)的有效回波点的反射率水平平滑度记为S_h(g₀,a₀,i)，$S_h(g_0,a_0,i)=\frac{\underset{g=g_0-r}{\overset{g_0+r}{\mathrm{\Σ}}}\underset{a=a_0-y}{\overset{a_0+y}{\mathrm{\Σ}}}{(Z(g,a,i)-Z(g+1,a,i))}^2}{(2r+1)\×(2r+1)},$其中，1≤i≤I，I表示雷达体扫数据中的仰角层的总层数，3≤r≤7，y＝r×1°，Z(g,a,i)表示雷达体扫数据中第i层仰角层中极坐标为(g,a)的有效回波点的雷达反射率数值，Z(g+1,a,i)表示雷达体扫数据中第i层仰角层中极坐标为(g+1,a)的有效回波点的雷达反射率数值；②计算雷达体扫数据中每个仰角层中的每个有效回波点的高度，将雷达体扫数据中第i层仰角层中极坐标为(g₀,a₀)的有效回波点的高度记为H(g₀,i)，其中，ρ表示雷达径向探测精度，θ表示雷达体扫数据中第i层仰角层对应的仰角，R表示地球的平均半径；③设定最大垂直采样高度位于海拔17km～20km的高度范围内，将从海平面所在高度开始至设定的最大垂直采样高度之间的雷达体扫数据沿垂直方向以1km为垂直采样间隔平均分成多层垂直采样数据层；然后根据雷达体扫数据中每个仰角层中的每个有效回波点的高度，确定雷达体扫数据中每个仰角层中的每个有效回波点所在的垂直采样数据层；再计算每层垂直采样数据层的反射率平均平滑度，假设雷达体扫数据中第x层仰角层中极坐标为(g₁,a₁)的有效回波点所在的垂直采样数据层为第k层，则将第k层垂直采样数据层的反射率平均平滑度记为P_s(k)，其中，i_min≤x≤i_max，i_min表示在第k层垂直采样数据层中的所有有效回波点的仰角层的最小层的层数，i_max表示在第k层垂直采样数据层中的所有有效回波点的仰角层的最大层的层数，1≤k≤K，K表示垂直采样数据层的总层数，g_max表示在第k层垂直采样数据层中的所有有效回波点的最大极距，a_max＝360°，M表示在第k层垂直采样数据层中的有效回波点的总个数；④将由所有垂直采样数据层的反射率平均平滑度构成的集合定义为反射率水平平滑度垂直廓线，并记为P，P＝{P_s(1)，P_s(2)，...，P_s(k)，…，P_s(K‑1)，P_s(K)}，其中，P_s(1)表示第一层垂直采样数据层的反射率平均平滑度，P_s(2)表示第二层垂直采样数据层的反射率平均平滑度，P_s(K)表示第K层垂直采样数据层的反射率平均平滑度，P_s(K‑1)表示第(K‑1)层垂直采样数据层的反射率平均平滑度；⑤对每层垂直采样数据层中的所有有效回波点的反射率水平平滑度进行频数采样统计，获得每层垂直采样数据层对应的一条反射率区间离散水平平滑度频率分布曲线，该反射率区间离散水平平滑度频率分布曲线的X方向为有效回波点的反射率水平平滑度的数值，该反射率区间离散水平平滑度频率分布曲线的Y方向为有效回波点的反射率水平平滑度的数值对应的出现次数；⑥在每条反射率区间离散水平平滑度频率分布曲线的X方向上寻求有效回波点的反射率水平平滑度的水平动态阈值,将在第k层垂直采样数据层对应的反射率区间离散水平平滑度频率分布曲线的X方向上寻求得到的有效回波点的反射率水平平滑度的水平动态阈值记为T_sk，定义第k层垂直采样数据层对应的反射率区间离散水平平滑度频率分布曲线上的最高点为第一水平参考点A，定义第k层垂直采样数据层对应的反射率区间离散水平平滑度频率分布曲线上与其X方向上的最大值所对应的点为第二水平参考点C，定义在第一水平参考点A与第二水平参考点C之间的反射率区间离散水平平滑度频率分布曲线上的所有点为水平目标点，在所有水平目标点中寻求水平近似拐点B，当由其中一个水平目标点和第一水平参考点A连成的线段与该水平目标点和第二水平参考点C连成的线段所形成的夹角最小时，该水平目标点即为所求的水平近似拐点B，定义该水平近似拐点B对应的反射率水平平滑度的值为所求的水平动态阈值T_sk；⑦将反射率水平平滑度垂直廓线P中最大的反射率平均平滑度对应的垂直采样数据层的层顶的高度定义为等效基准反射率平滑度因子高度，并记为H₀，将由具有同一个极坐标的所有有效回波点组成一组垂直有效回波点组，计算从H₀开始的到每组垂直有效回波点组的回波顶所在高度的高度范围内的每组垂直有效回波点组的反射率垂直递减率，将由具有同一个极坐标(g₂,a₂)的所有有效回波点组成的垂直有效回波点组的反射率垂直递减率记为S_v，S_v＝(Z'(g₂,a₂,j)‑Z'(g₂,a₂,t))/(H'(g₂,t)‑H'(g₂,j))，其中，j表示该组垂直有效回波点组中高度大于H₀且离H₀最近的一个有效回波点所在的垂直采样数据层的层数，Z'(g₂,a₂,j)表示该有效回波点的雷达反射率数值，H'(g₂,j)表示该有效回波点的高度；t表示该组具有相同的极坐标(g₂,a₂)的垂直有效回波点组中雷达反射率数值大于15dBZ且高度最大的有效回波点所在的垂直采样数据层的层数，该有效回波点的高度即为该组垂直有效回波点组的回波顶所在的高度，Z'(g₂,a₂,t)表示该有效回波点的雷达反射率数值，H'(g₂,t)表示该有效回波点的高度；⑧对所有垂直有效回波点组的反射率垂直递减率进行频数采样统计，获得一条反射率区间离散垂直递减率频率分布曲线，该反射率区间离散垂直递减率频率分布曲线的X方向为垂直有效回波点组的反射率垂直递减率的数值，该反射率区间离散垂直递减率频率分布曲线的Y方向为垂直有效回波点组的反射率垂直递减率的数值对应的出现次数；⑨在反射率区间离散垂直递减率频率分布曲线的X方向上寻求垂直有效回波点组的反射率垂直递减率的垂直动态阈值，并记为T_v,定义反射率区间离散垂直递减率频率分布曲线上的最高点为第一垂直参考点A1，定义反射率区间离散垂直递减率频率分布曲线上与其X方向上的最大值所对应的点为第二垂直参考点C1，定义在第一垂直参考点A1与第二垂直参考点C1之间的反射率区间离散垂直递减率频率分布曲线上的所有点为垂直目标点，在所有垂直目标点中寻求垂直近似拐点B1，当由其中一个垂直目标点和第一垂直参考点A1连成的线段与该垂直目标点和第二垂直参考点C1连成的线段所形成的夹角最小时，该垂直目标点即为所求的垂直近似拐点B1，定义该垂直近似拐点B1对应的反射率垂直递减率的值为所求的垂直动态阈值T_v；⑩将雷达体扫数据中的所有有效回波点识别为气象回波点和汽车行驶导致的非气象回波点，将满足反射率水平平滑度小于25dBZ²且所在的垂直有效回波点组的反射率垂直递减率小于5dBZ的高度大于H₀的有效回波点或满足反射率水平平滑度小于25dBZ²且高度小于H₀的有效回波点判定为气象回波点，将满足反射率水平平滑度大于64dBZ²且所在的垂直有效回波点组的反射率垂直递减率大于8dBZ的高度大于H₀的有效回波点或满足反射率水平平滑度大于64dBZ²且高度小于H₀的有效回波点判定为汽车行驶导致的非气象回波点，将其余高度大于H₀的有效回波点中反射率水平平滑度大于对应的水平动态阈值且所在的垂直有效回波点组的反射率垂直递减率大于垂直动态阈值的有效回波点判定为汽车行驶导致的非气象回波点，将所有剩余未判定的有效回波点都判定为气象回波点。