天气雷达数据处理系统的设计与实现

天气雷达数据处理系统是“全国天气雷达终端更新”项目的关键,其目的就是要实现雷达回波信号的高速采集与处理、天线控制、实时显示与存储、回波强度定标等功能。设计中,利用复杂可编程逻辑器件（CPLD）和QuarmsII设计软件,产生各种复杂的时序逻辑控制时钟,协调信号处理器、天线控制器中各功能电路的工作。实现的数据处理系统达到了系统的技术指标,通过实际使用证明,系统性能稳定可靠、结构简单、界面友好、操作方便、便于升级,完全能够实时、高效地处理常规天气雷达信号。     

相控阵天气雷达探测性能分析

为检验新型C波段相控阵天气雷达进行探测性能,根据外场试验数据,分析了雷达探测主要参数对相控阵天气雷达探测效果的影响,探讨了相控阵天气雷达与多普勒天气雷达回波数据存在的差异。结果表明:相控阵天气雷达低层仰角采用Split cut方案进行探测,可改善探测能力和径向速度模糊的问题。晴空条件下,增加相控阵雷达脉冲宽度、脉冲积累数,降低天线转速可以明显提高弱回波数据采样质量。相控阵天气雷达整体探测采样率不及多普勒雷达,对弱回波探测能力不佳,其主要采样数据集中在中值和大值区,弱回波区采样数较少,需改进相控阵天气雷达弱回波探测的能力。     

基于Web GIS的广西雷电实时监测系统

以Web GIS技术为依托,将基础地理信息数据与闪电定位数据、雷达回波图相结合,建立了具有存储、应用、开发、分析及各种图形处理的INTERNET雷电定位实时监测系统,实现对闪电定位数据、雷达回波图的网络发布.系统可以对雷电天气发生发展进行实时监测、定位、跟踪并确定强雷电天气的落区,为各级气象台站预报员准确分析、判断、预报雷雨系统的移动及强度变化提供了较科学、直观的分析工具.     

基于压缩感知的气象雷达回波压缩采样与重建

由于Nyquist采样定理的限制,高分辨率气象雷达面临采样率过高、数据存储量过大等问题。压缩感知理论可以实现气象雷达信号的压缩采样,解决采样率过高等问题。基于压缩感知理论,分析了气象雷达回波信号的稀疏性,建立了气象雷达回波信号的压缩采样和重建的过程,并结合气象雷达实测的回波数据进行仿真。仿真结果表明,0.3倍采样率下的重建回波与原始回波存在较大误差,0.5倍采样率时误差明显降低,0.7倍采样率时则可高概率重建出原始回波。因此,将压缩感知理论应用于高分辨率气象雷达的信号处理中,可以实现在较低采样率下高概率重建原始回波信号。     

基于双线偏振多普勒雷达识别地物回波

地物回波的存在严重影响雷达数据质量,从而影响定量降水估测精度。双线偏振多普勒天气雷达在识别地物回波方面具有明显优势。分析了北京市气象局C波段双线偏振多普勒天气雷达探测到的降水回波和地物回波的特征,在刘黎平的模糊逻辑算法基础上选择容易区分降水回波和地物回波的特征量,加入偏振参数构成偏振模糊逻辑算法。利用2012年的"7.21特大暴雨"个例对识别效果进行分析,并与常规模糊逻辑算法识别效果对比。结果表明,加入偏振参数的模糊逻辑算法能有效识别地物回波,对地物回波识别效果有明显改善,并有效解决了过度识别零速度降水区的问题。     

基于TMS3206C6701高速浮点DSP的EMIF接口电路设计

设计实现了一种在雷达信号处理中应用到的基于TMS3206C6701高速浮点DSP的接口转换电路。电路完成从评估板EVM6701通过扩展存储器接口（EMIF）向DSPlink2读写和处理数据，并将雷达接收到的信号引入EVM6701评估板，通过DSP处理器进行高速实时数字信号处理的功能，从而大大提高了雷达的信号处理能力和性能。     

气象雷达地物杂波抑制器

气象雷达是中小尺度天气预报的主要大气探测工具之一。地物杂波严重干扰气象回波信号的识别、影响降雨量的定量测定和雷达数据的进一步处理,本课题从经济和现役天气雷达的现状出发选用非相参三脉冲对消器来抑制地物杂波,提取气象信号。本抑制器在脉冲重复频率200Hz,天线转速3转/分,脉冲宽度2μs,波长6.6cm的713雷达上作实验,取得地物杂波抑制比大于21分贝,气象信号损失小于5分贝的结果。 本文对气象雷达地物杂波抑制器的可取方案进行简要分析,给出二脉冲和三脉冲对消器的杂波和气象信号的衰减曲线,对本课题的非相参MTI系统进行说明,最后给出外试验埸结果、分析以及今后的工作的设想。     

基于小波分析的低信噪比天气雷达回波弱信号提取

针对低信噪比环境下的天气雷达回波弱信号提取问题,提出一种基于小波分析的弱信号提取算法。利用dbN小波函数对雷达回波进行小波域处理并重构信号,提取雷达回波信号的联合时频特征,并且使用FIR滤波方法和小波分析两种算法对数据去噪,得到两种算法在不同信噪比下的信噪比输出以及信噪比改善,证明在低信噪比环境下,小波分析算法的有效性和优越性。     

超分辨率处理技术在多普勒天气雷达中的应用探究

超分辨率处理技术有利于提高天气雷达对中小尺度气旋和龙卷风等灾害性天气探测能力,有利于天气雷达获得更精细的天气过程回波特征。文中分析了多普勒天气雷达实现超分辨率的工作原理及一些实际应用问题;针对其中谱矩估计精度降低的问题,提出采用距离过采样和白化算法的解决方法,并给出白化滤波器的设计方法和白化后的谱矩估计算法。雷达仿真和实际数据试验表明,结合距离过采样及白化技术,超分辨率技术在多普勒天气雷达中的应用是可行的。     

超分辨率处理技术在多普勒天气雷达中的应用探究

超分辨率处理技术有利于提高天气雷达对中小尺度气旋和龙卷风等灾害性天气探测能力,有利于天气雷达获得更精细的天气过程回波特征.文中分析了多普勒天气雷达实现超分辨率的工作原理及一些实际应用问题;针对其中谱矩估计精度降低的问题,提出采用距离过采样和白化算法的解决方法,并给出白化滤波器的设计方法和白化后的谱矩估计算法.雷达仿真和实际数据试验表明,结合距离过采样及白化技术,超分辨率技术在多普勒天气雷达中的应用是可行的.     

ADWR-X型多普勒天气雷达批处理模式地物杂波抑制的研究

以ADWR—X型雷达为背景,重点研究低仰角批处理模式抑制地物杂波的信号处理,比较得出在实际探测环境下批处理模式应用地物杂波滤波的效果优越于低仰角警戒模式和低仰角多普勒模式下的滤波效果,实际应用表明：方法运用到ADWR—X型雷达能实现低仰角批处理模式地物杂波滤波,滤波器对地物杂波的抑制能力达到30—50dB,滤波器对天气回波的衰减小于6dB,每个体扫节约2个cut的时间,约60s。     

穿墙雷达中的多目标探测研究

分析了使用超宽带信号进行穿墙目标探测的基本原理。针对电磁波在不同介质中传播速率不同以及墙体折射造成的雷达回波信号时延出现误差的问题,提出了时延估计的搜索算法并以此建立了接收和处理目标回波的系统模型。通过估计房间内不同位置的时延信息来建立时延信号矩阵,并根据宽带信号相关处理技术,完成对墙体后多个目标的探测。仿真实验表明,该方法简单有效。     

基于小波变换改善天气回波信噪比的模拟分析

为了提升天气雷达对弱气象目标的发现能力,扩展系统观测的动态范围,可以从改善雷达回波的输出信噪比方面来考虑.从信号处理算法层面寻求改善天气雷达回波的输出信噪比的方法,提出运用小波变换的方法来达到这个目的.首先介绍了小波消噪的基本原理,再结合具体雷达系统参数,进行了相关的算法模拟,其结果表明,在符合高斯谱特征分布的模拟回波在不同信噪比（-20～10dB）设定条件下,运用小波变换的去噪方法可以使其信号的输出信噪比提高大约5～11dB,为天气雷达探测更多的弱气象目标提供了有利条件.     

天气雷达数字化回波图的平滑处理

首先阐述了各种图象平滑处理方法的特点，在仔细分析天气雷达数字化回波图特征的基础上，采取快速中值滤波的方法平滑天气雷达回波图，并得到了满意的结果     

X波段气象雷达回波强度的衰减订正

用KZS算法(地物回波)做标准来实现X波段气象雷达回波的微波衰减订正.首先对晴空地物回波进行多次采样,表明地物回波强度具有较好的稳定性.然后对业务性X波段气象雷达回波强度衰减订正进行观测,同时把订正后的回波与采用经验公式进行衰减订正的雷达回波强度进行比较,结果表明地物回波衰减订正法对X波段气象雷达衰减订正是可行的.     

C、X波段双线偏振多普勒雷达资料质量分析

双线偏振多普勒雷达是探测和研究降水粒子相态结构的一种有效手段并且已经取得了较多的研究成果.但是对于一部特定雷达来说,要进行资料分析和预处理以及评价其探测性能仍然比较困难.以国家灾害天气重点实验室的C波段双线偏振雷达及北京市气象局的X波段双线偏振雷达观测的一次降水过程资料为例,在保证资料的可信度的基础上统计分析双线偏振资料中的差分反射率因子ZDR、水平和垂直信号相关系数ρHV与信噪比SNR的关系.研究发现:差分反射率因子ZDR在信噪比小于20dB时受系统误差影响较大,水平和垂直信号相关系数ρHV.在信噪比小于20dB时资料变得不可信,并根据系统误差订正方法对原始资料ZDR进行订正,通过订正后的ZDR资料能够较好地反映实际情况,同时通过拟合得到的KDP与实际情况也相吻合,结果达到定量估测降水、相态识别精度的要求.     

基于不变矩理论的雷达回波图中超级单体识别

根据超级单体在反射率因子图中的强度信息、水平尺度、典型的钩状回波等特征,利用图像处理技术对多普勒天气雷达回波图中超级单体进行识别,从而更好地为天气预报服务.首先通过图像分割获取灰度图中超级单体的结构,然后结合轮廓跟踪法和贴标签的方法对目标进行区域分割,获取目标存在区域,最后基于不变矩具有对位移、尺度和旋转变换的不变性对目标进行识别.仿真结果表明该方案可行且具有良好的识别性能.