基于SCIT算法的天气雷达回波风暴识别跟踪方法

基于雷达数据的风暴体识别、追踪及预警方法是最早出现的临近预报技术,其中对风暴的准确识别是进行风暴体追踪和预警的前提。本文借鉴SCIT(Storm Cell Identification and Tracking)算法对强风暴进行识别,根据"宁短勿长,特征相似"的原则匹配两时刻的风暴单体。通过风暴在过去两时刻的质心位置进行线性外推从而预报下一时刻风暴的位置。结果显示可以较好地识别强风暴并实现对识别出的风暴的大致跟踪。     

基于时序遥感卫星云图的对流云团动态追踪预测

利用气象遥感红外云图识别、追踪和预测对流云团的发展变化将有助于及时预报灾害性天气,但目前仍然缺乏有效的动态追踪预测方法.本文采用多帧时序遥感云图,提出了一种对流云团识别、跟踪和趋势预测的实时快速预测模型.通过模糊C均值(FCM)算法识别对流云团,然后对输出结果使用优化的近邻交叉相关法动态追踪,并根据云团运动的气旋学说,创新性的采用三次样条插值函数拟合云团运动路径,实现云团的动态追踪预测.实验结果表明该方法达到了较高的预测准确率.     

双偏振多普勒雷达测量参数K_(DP)的估算分析

利用双线偏振雷达可以明显提高雷达估测降水和识别降水粒子相态的能力,而对其测量值的准确估算是其中的一个关键问题。分析了ΦDP参数特性,讨论了利用ΦDP估算KDP的方法,并利用实际的雷达探测数据进行了检验,结果表明该方法可以比较有效地消除C波段双偏振雷达探测数据中的后向散射差分相位δ的影响,估算得到的KDP值分布与回波强度值的分布比较吻合,能够比较合理地反映降水粒子的分布特征。其研究结果可供今后双线偏振雷达应用提供参考依据。     

基于轻量级神经网络的雷暴云团识别系统研究与实现

现阶段关于雷暴天气等气象信息都由气象工作人员进行确认识别,这种人工识别的方式无法满足对天气预警的实时性要求,给人们的人身财产安全保护带来了极大的挑战。为了解决上述问题,文中提出了一种将深度可分离卷积和残差块相结合,并利用多池化结构对全局信息进行特征提取的网络结构,通过降低网络的参数数量,提升雷暴云团识别的响应时间,且不会对识别的准确率造成影响。实验表明,利用这种网络结构对比常用的网络分割网络有优势,对雷暴云团的识别准确率提升了0.5%,并且对于卫星云图的响应时间缩短了10%;同时为了便于一些非相关的人员使用,对数据解析和网络结构进行了实用性和系统性的封装。     

基于高斯扩散模式的污染气体云团红外光谱实时仿真

建立了基于高斯扩散模式的污染气体云团光谱实时仿真的方法,通过这种方法进行了实时仿真,并与实测数据进行了比较.研究了高斯扩散模式和均匀分布模式两种模型,并对基于两种模型的仿真光谱进行了比较,指出了均匀分布模式的不足.文中建立的污染气体云团光谱实时仿真方法对污染气体泄漏的识别判断有着很重要的意义.     

风云卫星云图自动识别追踪MCS的方法

根据中尺度对流系统(MCS)的识别判定标准,基于数字图像处理和模糊模式识别等技术,研究对MCS云团的自动识别与追踪。利用SUSAN边缘检测算子提取边界轮廓,并以亮温直方图结合云团的多个特征量构建追踪模板,实现云团追踪。通过对2014年5月10日12～17时的追踪实验发现,该方法可快速实现MCS云团的自动识别,并能实现对多时次MCS云团的连续有效追踪。     

自由空间中偶极子云团的有效干扰截面

研究了自由空间中半波偶极子云团对于单基地观测雷达的有效散射截面问题。在自由空间中抛撒偶极子云团后,随着飞行时间的增加,偶极子云团与雷达观测分辨单元之间的相对几何关系将发生变化,进而使云团相对于雷达的有效散射截面发生变化。文中以球状偶极子云团为例,详细讨论了云团与雷达空间分辨单元之间的相对几何关系,给出了云团有效干扰体积和有效干扰截面的计算公式,并结合某多功能相控阵雷达,估算了其对自由空间中偶极子云团有效散射截面的测量结果。     

基于物理模型的污染云团红外光谱精细仿真

鉴于获取实测光谱成本高、获取量少和可测量云团种类少等限制因素,研究污染云团的红外光谱仿真,对于利用仿真光谱进行光谱识别的算法研究显得至关重要。以往的研究多利用经验的概率模型和经验的或半经验的参数来模拟污染云团的实时扩散,在此基础上再进行污染云团的红外光谱仿真。文中将利用基于物理的模型来精细地模拟污染云团的扩散,以弥补概率模型的欠精确性。研究了基于物理的云团扩散的机理,以及基于此扩散模型上红外光谱的生成方法,最终将生成的物理模型下的仿真光谱序列、概率模型下的仿真光谱序列和实测的光谱序列进行比较,得到了更为精准的仿真结果:就光谱残差而言,最高可提高14%,并指出了两种模型的适用范围。文中建立的基于物理模型的污染云团扩散及其红外光谱的实时仿真方法,对于高精度的云团红外光谱仿真及高质量的光谱识别算法研究具有重要意义。     

箔条云对地基雷达干扰效果分析及其应用

分析了箔条云团在自由空间的扩散方式,在箔条云扩散的"大爆炸"模型下,给出了箔条云在不同弹道阶段的有效干扰散射体积;然后,研究了箔条云团对防御雷达检测性能的影响,指出采用较优的战术使用可延迟雷达对目标的发现时机;再次,研究了箔条云团对雷达成像的影响,分析了箔条和噪声干扰效果的差别,并进行了相应的仿真实验;最后,提出了优化箔条干扰效果的几条战术建议.     

斜测电离图F层二跳传播模式估算方法研究

提出了基于斜测电离图F层一跳模式估算二跳传播模式位置的新方法,与精确的短波射线追踪技术仿真结果进行了对比,并利用实测电离图数据进行了验证,分析了估算结果与实际探测结果的误差原因,仿真和试验结果均表明:该估算方法能够较准确地给出F层二跳传播模式的群路径范围和频率范围,有助于识别斜测电离图不同频率传播模式,可作为斜测电离图传播模式智能识别技术的先验和辅助信息。     

Meteorological passive-active radar observations

The results of passive-active radar investigations of atmospheric objects, including determination of the microphysical characteristics of clouds and precipitation (cloud water content and precipitation intensity) and the characteristics of lightning activity in thunderstorm-hazardous cloudiness, are presented. The possibilities of both active and passive methods have been discussed. It is shown that their combined application makes it possible to acquire data on the cloud water content at different stages of their evolution and detect dangerous weather phenomena related to clouds (thunderstorms, hail, and showers). These data can be employed in supershort-term forecasts of such phenomena. The principles of constructing passive-active meteorological radar systems have been analyzed.     

卫星资料在云顶粒子尺度特征分析中的应用

选取NOAA卫星AVHRR通道3(3.55～3.93μm)观测资料,分析云顶粒子的物理性质,并用地面雨量和雷达观测资料对卫星反演分析结果进行验证.分析结果显示通道3反射率小,云顶粒子尺度大时易产生降水.当云层为单一层次时,通道3的反射率小值区与雷达回波区间具有良好的对应关系,证实了在降水过程中卫星分析云顶粒子尺度结果与雷达观测一致.     

两点源角度拖引干扰方法研究

角度欺骗干扰可以有效地干扰雷达的角度测量系统,减少其携载平台被跟踪锁定的危险。在对两点源干扰测角偏差统计特性分析的基础上,提出了一种角度拖引干扰方法,该方法仅通过幅度控制实现角度欺骗,有利于工程应用。通过系统建模与仿真对该方法进行了验证,仿真结果表明该方法具有稳定、有效的角度欺骗性能。     

毫米波测云雷达回波的衰减订正研究

毫米波测云雷达探测云目标时,电磁波除了受到云目标衰减之外,还受到大气传输中氧气以及水汽的衰减,电磁波的衰减导致雷达观测到的回波强度小于云目标的实际回波强度,这种误差将影响云内结构的反演。因此,为了使毫米波测云雷达的探测数据正确地反演出云目标的宏观物理特征,必须对进行毫米波测云雷达工作频率下气象目标物的衰减进行订正。主要利用逐库衰减订正算法以及分级逐库衰减订正算法对英国Chilbolton 观测场94GHz 毫米波测云雷达的一次降水云观测结果进行了垂直方向的大气衰减订正研究,并比较逐库衰减订正算法以及分级逐库衰减订正算法间的反演差异。同时,利用国际电信联盟ITU-RP. 676-10 建议书中氧气以及水汽衰减订正公式进行了毫米波测云雷达探测数据的二次订正。分析和对比结果表明,衰减系数的变化对于云目标的宏观物理特征反演有着明显的影响,并且分级逐库衰减订正法的订正效果强于逐库衰减订正法。     

利用三维点云的圆锥状弹头目标参数估计

以激光雷达三维点云对弹头目标形状、姿态、位置估计与目标识别为应用背景。针对导弹弹头的形状特点,将其近似建模为一个圆锥,并可通过6个参数来表征。提出了基于激光成像雷达得到的三维点云与Levenberg-Marquardt(L-M)算法的圆锥状目标参数估计方法,并指出这种方法也可用于对圆锥状目标的识别。通过仿真实验,给出了弹头参数估计误差与三维点云的距离分辨率、点云规模的关系。仿真和实测数据的实验结果表明:该方法在一定的观测距离分辨率下可以较精确地估计出圆锥状弹头目标的参数,并可以根据得到的参数以及对目标函数的优化结果,对目标进行识别。     

Estimation of raindrop size distribution from spaceborne Radar observations

The Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) Precipitation Radar uses surface reference method to estimate the attenuation encountered in the observation of radar reflectivity. The cumulative attenuation estimated from the surface reference method can be distributed along the radar range using a power law relation between the specific attenuation (k) and reflectivity factor (Z). A physical interpretation of the variability in the k-Z relation can be provided with the normalized drop size distributions. This paper describes an algorithm to estimate the drop size distribution (DSD) parameters from the measured attenuation and reflectivity values obtained from TRMM precipitation radar observations. Coincident data collected with ground polarimetric radar during the TRMM field campaigns is used to cross-validate the estimates of drop size distribution parameters obtained from the TRMM precipitation radar. The results of cross validation show fairly good agreement with the drop size distribution parameters retrieved from TRMM precipitation radar and the ground-radar-based estimates. The algorithm is subsequently used to generate monthly global maps of DSD. The global distribution of DSDs is critically important for development of retrieval algorithms used by the Global Precipitation Mission Radiometers.     

A data complementary method for thunderstorm point charge localization based on atmospheric electric field apparatus array group

Data loss or distortion causes adverse effects on the accuracy and stability of the thunderstorm point charge localization. To solve this problem, we propose a data complementary method based on the atmospheric electric field apparatus array group. The electric field component measurement model of the atmospheric electric field apparatus is established, and the orientation parameters of the thunderstorm point charge are defined. Based on the mirror method, the thunderstorm point charge coordinates are obtained by using the potential distribution formulas. To test the validity of the basic algorithm, the electric field component measurement error and the localization accuracy are studied. Besides the azimuth angle and the elevation angle, the localization parameters also include the distance from the apparatus to the thunderstorm cloud. Based on a primary electric field apparatus, we establish the array group of apparatuses. Based on this, the data measured by each apparatus is complementarily processed to regain the thunderstorm point charge position. The results show that, compared with the radar map data, this method can accurately reflect the location of the thunderstorm point charge, and has a better localization effect. Additionally, several observation results during thunderstorm weather have been presented.     

雷达伺服控制安全性和可靠性的若干技术设计

介绍了雷达伺服控制安全性和可靠性的若干技术设计,主要包括安全开关技术设计、电机报闸技术设计、电气限位技术设计、稳定平台防倾倒技术设计及跟踪引导数据外推插值预报算法。具体介绍了相关的电讯设计及数据处理方法,并给出了部分实际应用结果。     

地基35 GHz测云雷达回波强度的衰减订正研究

为了订正大气和云对毫米波雷达信号的衰减,选取了层状云、降水性层状云及对流云个例,进行了衰减订正试验.根据雷达反射率因子Z与衰减系数k的经验关系,采用分级逐库订正法进行订正.结果表明,对于回波强度比较弱的层状云来说,订正后数据可靠性较高; 对于降水回波来说,雨水及传播路径中的丰富水汽都会造成毫米波信号的严重衰减,因此降水云的衰减订正难度大.经过订正后,虽然还存在误差,但对毫米波雷达数据的质量有明显改善.