多普勒天气雷达数据插值方法比较研究

天气雷达资料插值处理是对天气雷达获取的资料做综合分析以及进一步的处理必要前提,也是天气雷达组网拼图和三维显示的重要基础.本文主要研究了四种天气雷达资料的插值方法,并对其插值效果进行了比较分析,结果发现,自适应Barnes插值法是一种较为有效的插值方法,能够较好地保留原始资料中回波反射率的结构特征,并且能够得到比较连续的回波反射率三维分析数据场.     

基于小波零树的雷达回波数据的压缩

当前,天气雷达监测已经由单部雷达局部监测发展到了利用多部雷达组网监测的阶段。组网监测可以掌握比单部雷达更大范围的天气形势,从而大大提高天气雷达在区域预报中的作用。但是,雷达回波数据量较大,为了保证组网拼图的时效性,一种有效的解决办法是对它进行压缩。论文深入分析了雷达数据的小波域系数特性后,在小波变换及零树编码的基础上,提出了一种改进算法,新算法主要对小波的分解方式及零树编码进行了改进。经实验验证,改进算法对雷达回波数据的压缩效果有了明显的改善,有一定的实用价值。     

基于投影网格的三维雷达包络融合方法

针对雷达探测范围的三维可视化问题,给出了投影网格融合算法（FatPig）。该算法在多个雷达包络的重叠区域构建面积较小、长度合适的网格,分别对每组重叠雷达包络对做竖投影和侧投影,逐步过滤得到较多的重叠区探测点和较少的非重叠区探测点,并以较低计算复杂度完成多个雷达包络的三维融合。采用标准重叠区探测点对比库方式,得到最优的网格长度,采用成对投影的策略从宏观角度降低计算复杂度,克服以往算法复杂度较高的弊端。分析了FatPig计算复杂度,并实验验证了算法的有效性。     

新一代多普勒天气雷达三维数字化拼图系统研究*

我国正在进行新一代多普勒天气雷达的建设工作,组网雷达三维数据拼图对提高灾害性天气的监测和预警能力、改善临近预报、深化雷达资料应用具有重要意义。研发了基于新一代多普勒天气雷达原始数据的三维组网数字化拼图软件系统,介绍了软件系统的体系结构与实现等内容。     

长三角地区雷达同步观测组网拼图技术研究及实现

针对短时临近天气预报对多普勒天气雷达资料的高实时性要求,基于雷达组网同步观测、基数据采集和实时传输技术支持,设计研发了长三角地区12部雷达的三维组网拼图系统。系统运行稳定可靠,拼图时效提高20分钟以上。     

新一代多普勒天气雷达网探测数据对比分析系统

我国即将建成由216部多普勒天气雷达组成的观测网,组网雷达数据对比分析是及时发现雷达网故障、为雷达定标提供参考,提高短时临近天气预报准确率的基础。为解决上述问题,研发了雷达组网数据对比分析系统。首先,针对距离衰减和波束展宽对雷达探测数据的影响,提出利用相邻雷达等距离线垂直剖面内的网格数据进行对比分析;然后,为了满足实时计算需求,提出快速等距离线坐标变换算法,算法可节约85%的计算时间;针对雷达数据空间分布特点,提出三维混合插值算法,以便最大限度保留原始数据特征,提高数据对比分析精度。系统可自动处理相邻雷达时间同步数据,统计分析等距离线垂直剖面内的数据,实现组网数据可靠性和一致性的客观评估分析。实验结果表明,软件系统能够满足组网雷达数据客观评估需求。     

天气雷达组网拼图并行处理方法研究

天气雷达组网拼图并行处理的目的就是为了满足实时业务的需求,通常的串性方法在雷达运行的六分钟周期内不能完成。利用共享存储多核处理器的高性能服务器,研发了高频度实时全国天气雷达资料处理的并行计算系统,根据单部天气雷达处理和多部雷达拼图的特点,提出了进程级别和线程级别细粒度的OpenMP共享内存编程的两级并行方法,给出一个合理的派生线程粒度数,同时利用共享内存文件的方法提高程序的执行效率。实验结果表明,使用两级的并行计算等方法可以满足全国天气雷达实时处理的要求。利用并行计算实现实时性要求高的业务系统是重要的手段。     

天气雷达组网拼图并行处理方法研究

天气雷达组网拼图并行处理的目的就是为了满足实时业务的需求,通常的串性方法在雷达运行的六分钟周期内不能完成.利用共享存储多核处理器的高性能服务器,研发了高频度实时全国天气雷达资料处理的并行计算系统,根据单部天气雷达处理和多部雷达拼图的特点,提出了进程级别和线程级别细粒度的OpenMP共享内存编程的两级并行方法,给出一个合理的派生线程粒度数,同时利用共享内存文件的方法提高程序的执行效率.实验结果表明,使用两级的并行计算等方法可以满足全国天气雷达实时处理的要求.利用并行计算实现实时性要求高的业务系统是重要的手段.     

地基与机载气象雷达探测数据转换算法研究

利用地基多普勒气象雷达探测数据恢复出真实气象目标的位置、移动速度、范围大小,通过对地基气象雷达数据进行空间插值处理,设计仿真算法,在机载雷达扫描方向上进行空间分层投影和插值,在不考虑旁瓣回波和载机实际飞行状态等因素的影响时,得到理想的扫描模型,完成机载多普勒气象雷达对相应区域的扫描产品的仿真.实验表明仿真回波适用于分析机载雷达探测云雨的回波特性.     

基于改进粒子群优化的机载预警雷达组网

研究空中机载预警雷达优化设计问题,两部或多部机载预警雷达如何部署,才能充分发挥机载预警雷达的战术效能,满足最大限度地监控随作战态势的发展而变化的重点监控区域的需要.为提高现代战争中空中预警的性能,提出一种改进的粒子群优化算法,对机载预警雷达组网中的部署问题进行优化.首先假定机载预警雷达探测范围是没有盲区的理想圆形区域,得出一个优化的组网试验,再进一步进行有盲区机载预警雷达活动范围受限时的组网试验.最后,提出一个预警机按特定航线巡航状态下优化试验方案.实验结果表明,改进方法行之有效.     

Spatial interpolation of McArthur's Forest Fire Danger Index across Australia: Observational study

Fire danger indices are used by fire management agencies to assess fire weather conditions and issue public warnings. The most widely used fire danger indices in Australia are the McArthur Fire Forest Danger Index and the Grassland Fire Danger Index. These indices are calculated at weather stations using measurements of weather variables and fuel information. For a vast country like Australia when assessing the risk of severe fire weather events, it is also important to calculate the spatial distribution of these indices considering the extreme tail of the distribution. The spatial distribution of one of the fire weather danger indices regularly used in Australia is presented in this paper. In particular, we present the spatial distribution of the long-term tendency of extreme values of the McArthur Forest Fire Danger Index (FFDI). This indicator of fire weather conditions was assessed by calculating the return period of its extreme values by fitting extreme value distributions to data sets of FFDI at 78 recording stations around Australia. The spatial distribution of these return periods was obtained by using spatial interpolation algorithms with the recording stations measurements. Two conventional and two new algorithms based on machine-learning techniques were tested. This study shows that the best interpolation results for the FFDI can be obtained by using a combination of random forest and inverse distance weighting interpolation algorithms. The spatial distribution of the seasonal FFDI return period shows that the highest FFDI over large parts of southern Australia occurs during the summer months whilst in northern Australia it occurs in spring. The results also show that the FFDI in eastern Australia, the most populated region of the country, is higher inland than in the coastal areas particularly during spring and summer.     

自动气象站质量控制系统中覆盖软件的设计与实现

区域气象自动站收集降水数据的质量,直接决定着气象预警的漏警与虚假概率,但是仅依靠自动站间采集数据的时空相关性难以准确验证数据的有效性。通过天气雷达对降水滴谱的分析可以对自动站数据进行校验。但是,雷达站的系统异构性和地理环境的复杂性使其难以判定所覆盖的气象站,易产生错误校验。结合天气雷达的层体扫模式和雷达波束的遮挡模型,构建了雷达站与自动气象站点的覆盖匹配算法,基于该算法实现的自动站与雷达站匹配软件可有效的实现雷达站与自动站配对,从而为对自动站降水数据进行校验提供基础保障。     

Adaptive space–time finite element methods for the wave equation on unbounded domains

Comprehensive adaptive procedures with efficient solution algorithms for the time-discontinuous Galerkin space–time finite element method (DGFEM) including high-order accurate nonreflecting boundary conditions (NRBC) for unbounded wave problems are developed. Sparse multi-level iterative schemes based on the Gauss–Seidel method are developed to solve the resulting fully-discrete system equations for the interior hyperbolic equations coupled with the first-order temporal equations associated with auxiliary functions in the NRBC. Due to the local nature of wave propagation, the iterative strategy requires only a few iterations per time step to resolve the solution to high accuracy. Further cost savings are obtained by diagonalizing the mass and boundary damping matrices. In this case the algebraic structure decouples the diagonal block matrices giving rise to an explicit multi-corrector method. An h-adaptive space–time strategy is employed based on the Zienkiewicz–Zhu spatial error estimate using the superconvergent patch recovery (SPR) technique, together with a temporal error estimate arising from the discontinuous jump between time steps of both the interior field solutions and auxiliary boundary functions. For accurate data transfer between meshes, a new enhanced interpolation (EI) method is developed and compared to standard interpolation and projection. Numerical studies of transient radiation and scattering demonstrate the accuracy, reliability and efficiency gained from the adaptive strategy.     

并行处理技术在雷达数据处理中的应用研究

为了解决雷达数据处理系统数据量日益增大,计算能力逐渐不足的问题,提出两种并行处理方法。第一种方法是对数据处理各步骤中的循环采用多个线程并行处理,属于细粒度并行;第二种方法是根据雷达数据的局部性特征,把雷达探测空域按照径向距离划分成多个部分,由多个子任务并行处理,属于粗粒度并行。实验结果显示,4线程细粒度并行雷达数据处理架构性能是原来的3倍,4任务粗粒度并行架构性能是原来的5倍,证明并行处理技术在雷达数据处理中的有效性,并且任务级的粗粒度并行架构更适合雷达数据处理。     

实数自适应遗传算法在雷达处理中的应用

实数自适应遗传算法在雷达处理中具有广泛应用。本文对基于实数自适应遗传算法原理、交叉概率和变异概率的自适应确定方法以及实数自适应遗传操作方法进行了阐述,在分析探地成像雷达电磁波在地下传播特性的基础上对雷达测得的电磁波信号的成像问题进行了研究,并通过计算机仿真验证算法的可行性,从而得出基于实数编码的稳态遗传算法克服了普通二进制算法的缺点,增加了普通遗传算法的搜索能力,对于求解大规模优化问题是适合的,是一种具有工程实用价值的算法。     

空间插值分析算法综述

空间插值分析算法是一种应用于将离散点的测量数据转换为连续数据表面的算法,能够将连续数据曲面与其他空间现象的分布情况进行比较,它在空间信息方面具有广泛的应用场景,尤其是地理信息方面.对泰森多边形法、反距离权重插值法、样条函数插值法、克里金插值法等空间插值算法的插值原理和应用场景进行综述,对空间插值分析算法的进展和未来研究方向进行了探讨.     

INTAMAP: The design and implementation of an interoperable automated interpolation web service

INTAMAP is a Web Processing Service for the automatic spatial interpolation of measured point data. Requirements were (i) using open standards for spatial data such as developed in the context of the Open Geospatial Consortium (OGC), (ii) using a suitable environment for statistical modelling and computation, and (iii) producing an integrated, open source solution. The system couples an open-source Web Processing Service (developed by 52°North), accepting data in the form of standardised XML documents (conforming to the OGC Observations and Measurements standard) with a computing back-end realised in the R statistical environment. The probability distribution of interpolation errors is encoded with UncertML, a markup language designed to encode uncertain data. Automatic interpolation needs to be useful for a wide range of applications and the algorithms have been designed to cope with anisotropy, extreme values, and data with known error distributions. Besides a fully automatic mode, the system can be used with different levels of user control over the interpolation process.     

基于TS101平台的气象雷达解距离模糊算法实现

信号处理器是气象雷达的重要组成部分,可实现各种算法来提取气象信息,因此开发新一代气象雷达信号处理器具有重要意义.该信号处理系统采用AD公司的TigerSHARC系列芯片TS101,本文介绍基于该DSP芯片的信号处理器硬件设计以及气象雷达信号处理算法的软件流程.使用表明,该气象雷达信号处理器有很强的运算能力,能实现较为复杂的解距离模糊算法,并且具有很好的处理效果.