基于EMD方法的X波段双偏振雷达衰减订正

针对X波段双偏振雷达信号在降雨路径中的衰减现象,本文提出经验模式分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）方法进行X波段双偏振雷达衰减订正,首先对总差分传播相移进行EMD分解得到有限个基本模式分量（Intrinsic Mode Function,IMF）,并基于皮尔逊相关系数准则将IMF分为噪声IMF和信号IMF两类,然后对信号IMF进行有效重构得到差分传播相移,再将差分传播相移通过最小二乘法拟合得到差分传播相移率,最后对求得的差分传播相移与差分传播相移率采用自适应约束方法进行反射率衰减订正。利用EMD方法和其他方法进行对比分析,其结果表明,EMD方法能够有效地消除X波段双偏振雷达回波数据中后向散射的影响,在保留真实的气象信息的同时,有效地抑制差分传播相移的显著波动,进而衰减订正效果更好。     

机载柱形共形阵低空风切变风速估计方法

针对机载柱形共形阵气象雷达在探测低空风切变时,有用信号会受到强地杂波影响的问题,提出了一种机载柱形共形阵体制下的低空风切变风速估计方法。该方法首先从柱形共形阵特殊阵列流型引起杂波抑制困难的本质原因出发,利用空域角频率补偿法对各个距离单元的回波数据进行补偿,获得多个独立同分布(Independent and Identically Distributed, IID)的样本后估计杂波协方差矩阵,然后构造适用于低空风切变目标的空时自适应(Space-Time Adaptive Processing, STAP)处理器,在自适应抑制地杂波的同时积累风切变信号,最终实现风场速度的精确估计。仿真结果表明,该方法可有效实现地杂波的抑制并精确地估计风速。     

基于俯仰维信息的机载气象雷达目标检测

机载气象雷达系统能够在飞行中实现对气象目标的探测。然而,近地气象目标易受到强地杂波干扰,从而导致目标信息的缺失和检测虚警。为了实现地杂波背景中气象目标的准确检测,本文提出了一种基于俯仰通道干涉相位的空域气象目标检测技术。首先利用俯仰双通道系统获取雷达回波数据,经过多视处理后生成干涉相位图,对干涉相位图进行干涉相位补偿后得到待检测的干涉相位数据;然后将干涉相位作为检验统计量,解析高斯杂波背景下地杂波与气象目标的干涉相位统计特性;最后嵌入该统计特性至恒虚警率检测器中,实现气象目标的鲁棒检测。多组仿真与实测数据处理结果表明,相较于其他气象目标检测方法,所提方法具有更高的检测概率和更好的鲁棒性。     

基于遗传算法的冰晶冰水含量估计方法

针对雷达检测高空冰晶时,传统经验公式反演冰水含量的方法会存在较大误差的问题,本文提出了一种基于遗传算法的高空冰晶冰水含量估计方法,以提升机载气象雷达高空冰晶探测感知能力。首先建立雷达反射率因子与高空冰晶冰水含量关系模型,然后基于此模型利用遗传算法对模型中的未知参数进行精细寻优,得到确定的雷达反射率因子与冰水含量关系模型后,对高空冰晶冰水含量进行估计。通过仿真数据验证,该方法可有效地估计高空冰晶的冰水含量。     

复杂地形环境下基于GAMP-STAP的低空风切变风速估计方法

针对机载气象雷达在复杂的地形环境下探测低空风切变时,地杂波呈现非均匀特征和难以获取足够的独立同分布(IID)样本,导致空时自适应处理(STAP)杂波抑制性能变差,使得风切变风速估计不准的问题。该文基于杂波信号稀疏特性,提出一种广义近似消息传递(GAMP)STAP方法,GAMP-STAP仅利用少量的样本在复杂地形环境下实现了风速较准确的估计。该方法首先利用杂波脊的先验信息构造稀疏字典,然后在贝叶斯框架下利用GAMP算法估计杂波幅度,恢复杂波功率谱,进而计算杂波协方差矩阵,最后构造STAP滤波器实现杂波抑制以及风切变风速估计。后续实验仿真结果证明了该方法的有效性。     

一种基于谱极化参数的双极化气象雷达杂波抑制方法

针对双极化气象雷达中非气象回波的滤除问题,该文提出一种基于谱极化参数(SPP)的杂波滤波方法.不同于传统时域或频域的杂波抑制方法,该方法根据气象和杂波在距离-多普勒(RD)域内的特征不同进行前者的保留和后者的抑制.首先利用频谱极化特征构造SPP,结合形态学方法,在RD域内生成一个2元掩模.基于面向对象的思想,将2元掩模标记为气象对象掩模和杂波对象掩模.然后引入谱宽作为额外的参数,筛选出所有气象对象掩模,将其进行叠加可以获取完整的气象信息,最终生成SPP杂波滤波器.实测X波段和C波段气象雷达数据验证了所提方法的有效性.与移动双重谱线性退极化比(MDsLDR)滤波器和基于时域的门限因子杂波抑制方法相比,SPP滤波器在保留弱气象信息方面效果更好.此外,该方法计算复杂度低,可以实时应用于同时发射同时接收(STSR)和交替发射同时接收(ATSR)双极化气象雷达.     

基于多重多元回归的高空冰晶冰水含量估计方法

高空冰晶是影响航空运行安全的危害性天气现象之一，机载气象雷达是飞机探测危险气象保障飞机安全运行的重要监视设备，但其尚不具备冰晶危险等级划分及区域告警功能。依据高空冰晶的冰水含量分布对其进行检测及危险评估具有重要的现实意义，冰晶冰水含量估计是整个检测流程的基础。该文提出了一种基于多重多元回归的高空冰晶冰水含量估计方法，分析验证了将回归算法引入高空冰晶冰水含量估计的可行性。该方法将冰晶冰水含量单一的目标值估计问题转化为多重多元回归的冰水含量标记向量预测问题，利用训练好的回归模型最终实现高空冰晶的冰水含量估计。针对典型深对流区域仿真数据进行实验分析表明，该方法可有效地估计高空冰晶的冰水含量，相比于仅利用雷达反射率因子的经验公式方法，结果更为准确。     

一种基于谱极化参数的双极化气象雷达杂波抑制方法

针对双极化气象雷达中非气象回波的滤除问题,该文提出一种基于谱极化参数(SPP)的杂波滤波方法。不同于传统时域或频域的杂波抑制方法,该方法根据气象和杂波在距离-多普勒(RD)域内的特征不同进行前者的保留和后者的抑制。首先利用频谱极化特征构造SPP,结合形态学方法,在RD域内生成一个2元掩模。基于面向对象的思想,将2元掩模标记为气象对象掩模和杂波对象掩模。然后引入谱宽作为额外的参数,筛选出所有气象对象掩模,将其进行叠加可以获取完整的气象信息,最终生成SPP杂波滤波器。实测X波段和C波段气象雷达数据验证了所提方法的有效性。与移动双重谱线性退极化比(MDsLDR)滤波器和基于时域的门限因子杂波抑制方法相比,SPP滤波器在保留弱气象信息方面效果更好。此外,该方法计算复杂度低,可以实时应用于同时发射同时接收(STSR)和交替发射同时接收(ATSR)双极化气象雷达。