雙極化雷達地雜波檢測

2021-10-01 06:47:26 字數 1684 閱讀 2034

本文主要**雙極化雷達的地雜波檢測。在氣象觀測中,如果雷達能夠發射兩種極化波,就可以為我們提供許多感興趣的引數,例如差分反射率,差分相位率(也稱比差分相位),相關係數,譜寬等等。傳統意義上,這些引數會被應用於降水測量,然而我們也可以從這些引數中提取氣象和雜波的不同特徵。我們接下來將會討論這些引數的定義方法,和這些參量在雜波檢測中的應用,以及幾種檢測地物回波的方法。本節主要給出了降水測量中幾種重要引數的定義方法,這也是我們後面雜波檢測中需要的重要引數。

反射率因子是相參偏振雷達資料處理中最重要的乙個引數,它的計算方法是:

極化測量資訊相關係數取決於雷達散射體積內降雨目標物的縱橫比的波動,在瑞利散射條件下,後向散射訊號強度隨著雷達散射區域內降雨目標物直徑的增大而增大。相對,在公尺散射條件下,即使降雨目標物直徑較小的變化,也會使得散射訊號顯著變化。當降雨目標物出現振動或者旋轉,水平和垂直極化波後向散射訊號強度之比會出現波動,相關係數同樣會變小。因此,相關係數的測量資訊揭示了降雨目標物非規則形狀和非均勻分布的具體情況。這裡我們給出了相關係數的計算方法:

就目前研宄所知,雷達傳播相位變化與雷達散射體積內降雨目標物的後向散射有關,另乙個方面,也與雷達波在傳播過程中引起的相移有關,是由傳播效應引起的極化測量資訊。在橢圓目標物比如大直徑雨滴的情況下,水平極化波的相移要大於垂直極化波的相位變化率。於是,單位距離的水平極化波傳播相移大於垂直極化波的傳播相移。水平和垂直極化波的振幅之間的差異稱為雷達傳播相位變化,表示為:

單位距離的差分相位變化稱為雷達傳播相位變化率。是近幾年來一直有研究的可以用來估測降雨強度的乙個重要測量資訊。雷達波在均勻介質(如大氣)中傳播時,在單位距離兩點間往返傳播而引起的單位距離的雷達傳播相位被稱為差分相位率,其通用的計算方法是:

差分相位率表示為單位距離上差分相位的變化情況,從理論上看,對於各向同性的目標物,由於在水平和垂直極化波上的相位變化是相似的,則差分相位幾乎為零。相反,對於各相異性的目標物相位變化較為明顯,於是,差分相位率顯示出在各向同性和各向異性的目標物識別上的優勢。

在這裡,速度一般指徑向速度,徑向速度速度並不是雙極化雷達特有的參量,在都卜勒氣象雷達中,我們也會經常對徑向速度進行討論。速度是乙個非常有價值的參量,在實際情況中,氣象目標一般具有一定的速度,而地物目標的徑向速度近似為0,我們也可以用區分速度的方式來區分地雜波和氣象。雖然在一些特殊的情況下一些低速的氣象會在速度判別中誤判為雜波,但是速度仍然是雜波檢測中乙個非常重要的引數。

我們計算徑向速度,可以先計算每個資料單元的都卜勒頻移:

設回波幅度的復振幅可表示為:

又設回波訊號的取樣樣本數為,則根據自相關函式的定義可得:

可以改寫成:

複數的實部為:

虛部為:

這些回波訊號的相位角差,即脈衝重複間隔為的相繼兩個回波訊號的相位差的平均為:

又因為:

所以都卜勒平均頻率為:

通過這個單元的都卜勒頻率,根據公式

我們可以算出徑向速度。

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