x波段双线偏振雷达反射率不同衰减订正法对比研究

x波段双线偏振雷达反射率不同衰减订正法对比研究

吕云平

江苏金陵机械制造总厂  江苏省南京市  210000

摘要:探测精度和实际应用的主要限制是X波段雷达的强衰减。其主要目的是寻找基于衰减订正方法的最佳校正方法，同时对X实时衰减进行及时地校正。在2016年5月这一时间段里，中国气象研究院利用在国内辽宁省实地试验获得关于X波段的观测数据，分析并验证了世界上几种现有的校正方法的有效性。为验证校正是否达到效果，在辽宁省以S波段雷达基站的数据作为基础，为了能够更好地进行参考对比数据，通过在辽宁省拥有的双偏振雷达的数据，为实行坐标转换与插值的地理位置分析，进而获得了雷达数据方向角、间距库等反照率数值，在其中挑选一个径向位置的反射率值开展横向的对照比较，在这过程中，主要采用ZH校正方法、KDP校正方法和“ZPHI”降雨的轮廓线订正算法进行实施整体的分析对比.在具体的实验研究过后，发现KDP和ZPHI的订正校对效果良好.与zh校正方法相比突显出了较强的技术优势。

关键词:衰减订正;对比研究；x波段双线偏振雷达

引言:相比于S、C波段的雷达而言，X波段的双线偏振雷达具备更多两者波段没有的优势，其成本低廉且总体积量小，其可移动性及可分辨率较高，且差分相移kDP分别是C波段与S波段的1.5倍率与3.0倍率。但是就X波段而言，其雷达波长短当中留存有较大的雨区衰减迹象，虽然说依据模拟结果分析，X波段的雷达衰减率相比与S、C波段超出了许多倍数，但就弱降水这一衰减的异常现象不得不重视。

Meneghini通过对其进行剖析与计算更改为迭代法，但结果并不理想。吕大仁和林海开发了一种新的迭代算法.采用常规迭代校正法，用常规雷达和微波辐射计确定降水空间分布。限制。布林吉尔指出,双极化雷达可以实现从Zyzox到K的阻尼校正。Testud等人设定了降水剖面校正的方法"zp'hi",方法通过修正各节间的欧姆差来计算。Bringi经过一定的技术研究给出双偏振雷达并经由KDP来有效实现在ZH、ZDR两项衰减的订正校对，此次研究通过分段的插值来有效实现订正的实时计算，其给出“自顺应拘束”的技术算法，用于调整在观测与计算数值两者之间的不同，基于AH-KDP来确定最佳可行系数，最终的订正效果就显得极为明显。本文主要选择了KDP订正法、“ZPHI”降雨轮廓线矫正效果分析，并通过一组相对接近S波段的双线偏振雷达数据进行实际内容的对比分析。

一、双线偏振关键技术

由于在系统中研究的值包含最小值，因此测量系统的校准需要在各个方面都非常严格。在这种情况下，针对雷达的精准度要求也就有了更高的技术需求，基于差分传播需要达到0.2°的精准程度，这对于机器来说尤其困难。雷达系统在数据上的偏差对整体的检测影响是很大的，极有可能会造成整体效果的成果下降。但是，在雷达各个精度指标中，除了针对系统的高配置需求，各个指标参数都将成为大部分技术的核心。

1.1.信号系统稳定性要求

信号系统的稳定性需要特别注意:恒定接收系统、恒定接收系统以及具有高信号质量和精度要求的信号处理和算法,以减少数据偏差,从而达到项目研究的目的。

1.2.天线流量系统的稳定性要求

这主要与进料系统的损耗率相关。在某些地区,必须系统地管理避免相应的经济损失,其中囊括了在不同时间情况、不同气象环境下的系统稳定性。

1.3基于天线的特殊性能要求

在日常的检测过程当中，通常雷达使用的天线是正馈抛物，复杂的双极化馈线会产生一定的屏蔽效果。而这样庞杂的天线将会有一定的遮蔽效应，其效果将会在一定程度上影响到天线的高效运行，其中的副瓣储存的综合能量将会成为测试误差的主要来源。所以，针对天线低副瓣的高要求是必要的，同时，为了保证其效率必须要做到严格管控。

1.4针对环境的气象需求

在X波段双线偏振当中，任何一项研究每项研究对于环境上都有十分严格的要求,有时为了数据更为精准要求更为苛刻。为了能够满足提出的上述要求，在天气上也给出了相对较高的技术要求，特别是表现在电磁环境、气象环境等方面。

二、X波段的衰减订正方法

AH作为本文首要的研究分析对象，需要求得AH的具体过程，同时针对反射率进行内容上的直接修改：

（1）

2.1 KDP订正法

在KDP订正法的应用过程中，时常会出现雷达观测资料中的差传播相移KDP(单位:deg/km):)

（2）

在式中，KH作为当前水平方向的偏振线的传播常用系数、KV是垂直方向的偏振波传播常用系数。在KDP与衰减率AH的线性关系中:(Bringi经过数值的验证算法可以解得0.247,使得最终订正校对后的ZH可以表示为:

ZHeOr = ZHaOr +2a1Bw∑nrk =1KDPOk(3)

（3）

(3)其中BW为库长〔单位。 km),nr是雷达探测距离库数，式(3)要针对KDP进行数据上的处理,即将KDP＜ql 及 KDP＞q2的数值等同于零,其中 deg/km.deg/km。

2.2H订正法

ZH订正法中常用的式子为:

（4）

三、衰减校正效果对比研究

3.1数据来源

本文选择的资料数据主要是基于辽宁省的双线偏振雷达中的数据主要是辽宁省双极化雷达的X波段。天线中的海拔高度大概是在二十米，雷达频率为9.464GHZ,水平方向的波束宽度大约是0.9。由于这种情况下的仰角度数过低,10km处的波速低于3km,小雨零度呈现层亮带效果。S波段雷达站是辽宁省通过革新改造之后的S波段双线偏振雷达。天线所处的高度在150米，雷达的频率是2GHZ，水平宽度1.3°，雷达波束的库长在200m，距离大概在35km。

Chandrasekar和其他的研究人员认为在S波段的雷达区域没有相应的雨区衰减，除此之外，如果有一些相关的例外，就例如一些湿暴区。反射率的变化是灵活的，会随着频率的变化而不断变化，因此，其认为S、X波段上会存在可比性。但电磁波的频率会因为其直径的数值的转变而产生变化，当反射率在如果反照率高于30dbz这一数值，那么基于雷达的测量值，X波段的测量值与S波段相比会更高。

3.2订正前后的H和PPI 图像的对比分析研究

在首要情况下，我们应该通过辽宁省S波段双极化雷达进行数据比对，比较两台雷达之间的差异并找出差异的原因。最后辽宁S波段双极化雷达回波。针对比较X波段双极化雷达与S波段双极化雷达的反射率差异，以此来得出辽宁省X波段双下向振动雷达的反射率比S波段双极化雷达高2.5dbz的结论,理论上将其称之为"系统差分池",同时必须与分割阻尼校正方法相结合。2017年10月15日上午,雷达发现了雨云。具体操作主要是将极坐标转换为经纬度。然后,在一定关系中,将纵向坐标和纬度坐标转换为极坐标。这种坐标的变化使得辽宁省在同一位置上具有可比性。由此可见，辽宁省雷达灾害的减少是非常严重的，特别是在极端情况下。EDP校正方法的总值大于H校正方法，zphi校正方法的校正值不同于KDP校正方法，尤其是在方位角为225~250的扇区。在比较了ZL校正方法和校准系统之间的差异后，比较了反向写入速率PPI。雷达反射数据线图，向北。通过对机构数量的分析和查找，发现辽宁省s剖面雷达坐标版本后的前100个间隔的数据库当中没有可用的有效数据，因此100-10个间隔的阻尼非常低。因此，前100个间隔的阻尼约为1dbz。根据相关计算，两台雷达之间的差值为13.31 DB。平均修正值为1.96KB,修订平均值为14.74%;CDP的修订值平均为802DBZ,修订值为60.30%。由于衰减量逐次增加,远程值变化比较大,ZPH最适合KDP和ZH的修改.在相关数据分割的基础上,确定了ZPHI方法的数值与差值最接近,与之相比，ZN在效果上可能与其他的雷达数据有较大的差异，在精准度上可能还是值得考察的。由此可以得出，研究该项目会对国内船舶雷达技术有相对中肯的指导意义，可以在一定程度上提升船舶雷达的长远发展。

四、对比分析

在双波段当中，一直以来无法忽视的就是X波段双波段偏振雷达性能。使用其辛廷反射镜对衰减进行修改时,必须严格控制质量。经过比较分析。主要总结如下。首先,与S波段的极化雷达进行对比和对比,X波段偏振定位器在中、远段衰减较强,因此,为了保证数据的准确性,必须选择一种合理的方法来校正其行的衰减。二是辽宁省S波段雷达反射器。在ZPHI和KDP效果中，误差较小，平均值和远程验证结果明显优于KDP。相比之下，N效应并不明显，S波段匹配的雷达数据差别很大，因此，只应从准确性的角度来看待它。

结束语

双频x波段雷达极化的研究可以有效地推动计算机技术的发展进程，特别是提高海警工作的整体质量和速度。因此，有必要加强这方面的科学研究。同时，结合海警多年的实践经验，对极化雷达在X波段的阻尼校正进行了比较，详细分析了X波段阻尼变化前后的比较，对修正结果进行了比较，并给出了相关结论,对船用雷达来说也有了一定的指导性意义。

参考文献：

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