机载双极化气象雷达雷暴回波仿真与验证

雷暴是一种短暂而剧烈的强对流天气,常伴有闪电、冰雹、强降水等危险天气,对民航飞机的飞行安全造成巨大威胁。机载气象雷达作为保证飞行器飞行安全必备的装备,用于探测与显示航路附近的实时气象信息,辅助机组人员规避危险气象。由于极化技术在气象探测方面的优势,双极化雷达成为机载气象雷达的发展方向。但是雷暴天气具有发展迅速、变化复杂,危险性高等特点,使得获取实测机载双极化气象雷达雷暴回波数据困难。为了解决这一问题,本文基于机载双极化气象雷达提出一种雷暴回波仿真方法并进行验证。方法首先利用数值预报模式WRF模式(Weather Research and Forecasting)对雷暴气象场景进行模拟;然后使用T-Matrix方法计算气象粒子的单个粒子散射振幅矩阵,同时结合场景内粒子的微物理特性,计算雷暴目标的反射率因子;最后应用雷达气象方程,基于机载气象雷达系统参数建立雷暴回波信号模型,实现机载双极化气象雷达雷暴回波信号仿真。最后,为检验方法的正确性和准确性,基于雷暴单体识别算法对回波仿真结果进行验证。通过仿真不同仰角下雷暴回波,实验结果表明,基于WRF模式的机载双极化气象雷暴回波仿真方法对雷暴天气具有良好的模拟能力,经单体识别算法验证,结果表明可准确体现雷暴单元的质心分布,结构属性和立体特征,对比实测数据,雷暴回波仿真结果与实测数据相吻合,实验结果具有真实性和准确性。

机载双极化气象雷达多种降水粒子回波仿真方法研究

该文提出一种机载双极化气象雷达多种降水粒子回波仿真方法。该方法基于T-Matrix方法以及天气预报模式(Weather Research and Forecasting,WRF),首先利用WRF建模仿真气象场景;其次考虑降水粒子为球形条件下,结合T-Matrix方法和微物理特性计算6种降水粒子反射率因子;最后应用雷达气象方程获得6种类型降水粒子回波信号,实现机载极化气象雷达降水粒子回波信号仿真。仿真结果表明,该方法的仿真结果可准确反映气象特征,与实测数据的对比分析进一步证实了所提方法的有效性、可靠性。

基于最优极化空时自适应处理的低空风切变风速估计方法

针对机载双极化相控阵气象雷达的低空风切变风速估计问题,本文提出了一种基于最优极化空时自适应处理(Polarization Space-Time Adaptive Processing,PSTAP)的低空风切变风速估计方法。本方法首先利用最大似然估计出适用于低空风切变这类分布式目标的极化空时导向矢量,其次通过构造PSTAP处理器最优权矢量对回波信号进行杂波抑制的同时积累风切变目标信号,最后精确估计出低空风切变的风速。仿真结果证明所提方法可以有效地实现杂波抑制并精确估计低空风切变的风速。

基于KA-SRCN-pSTAP的低空风切变风速估计方法

针对由于独立同分布(IID)样本严重不足,导致极化空时自适应(pSTAP)处理性能下降,进而导致低空风切变风速估计不准确的问题,本文提出了一种基于知识辅助的稀疏表示杂波零陷极化空时自适应(KA-SRCN-pSTAP)的低空风切变风速估计方法。该方法首先利用杂波脊的先验知识辅助构造极化空时稀疏字典,然后利用极化空时稀疏字典,通过SRCN算法挑选原子并对到杂波线性子空间补空间上的投影矩阵进行估计,从而得到pSTAP权矢量,最后构造pSTAP滤波器对地杂波进行抑制,准确估计低空风切变风速。该方法仅使用少量IID样本,将SRCN算法与极化-空时域相结合,完成对风切变风速的有效估计。仿真实验结果证明该方法可以有效实现少样本情况下的风速准确估计。