机载气象雷达强衰减区告警方法与流程

1.本发明涉及雷达技术领域，具体涉及一种机载气象雷达强衰减区告警方法。


背景技术：

2.当电磁波投射到气体分子或液态、固态的云和降水粒子上时，一部分能量被粒子吸收，变成热能或其它形式的能量，另一部分能量被粒子散射，使原入射方向的电磁波能量受到削弱，称为电磁波的大气衰减。
3.机载气象雷达利用电磁波的后向散射能量进行气象目标的探测，电磁波的大气衰减会影响气象强度探测的准确性，气象目标对电磁波衰减效应与波长有关，波长越小，电磁波衰减越严重。机载气象雷达受飞机装机空间限制，通常采用x波段，而x波段由于波长较短，在探测降水区域时，气象目标对雷达波有着较强的吸收和散射作用，造成回波在降水路径上能量的衰减，衰减作用造成回波反射率强度变弱，气象目标的强度、大小、形状与真实目标均有一定差异。
4.衰减除了导致雷达探测得到的气象大小形状强度不准确，对于雷暴等强降雨区(强衰减区)，降雨越强，雷达能够穿透的范围越小，雷暴体可能会吸收或反射所有的雷达信号，产生“信号衰减”现象，导致雷达探测不到隐藏在雷暴体后面的雷暴，在屏幕上形成“阴影区”，使得飞行员误以为雷暴体后面是安全的区域，引发飞行事故。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本说明书实施例提供一种机载气象雷达强衰减区告警方法，以实现对雷达回波进行路径衰减补偿的目的。
6.本说明书实施例提供以下技术方案：一种机载气象雷达强衰减区告警方法，包括以下步骤：步骤一、机载气象雷达在机载前方设定方位范围进行电磁波的发射与接收，并对每个方向上的接收到的雷达回波进行反射率计算；步骤二、建立衰减系数与反射率因子关系；步骤三、根据衰减系数与反射率因子关系，建立雷达测量到的气象目标反射率因子与气象目标的真实反射率因子之间的关系式，对雷达回波路径上的衰减进行补偿；步骤四、定量给出影响衰减补偿稳定性的临界值，并根据反射率衰减补偿结果与临界值比较结果识别强衰减区；步骤五、进行强衰减区告警。
7.进一步地，步骤二具体为：通过公式确定衰减系数，其中，zr为气象目标的真实反射率因子，k为衰减系数，单位为np/m，a、b为常值指数，a、b的取值与粒子形状和波长有关。
8.9.进一步地，步骤三具体为：通过公式计算雷达回波路径衰减补偿，其中，zm(i)为雷达探测得到反射率值，zr(i)为衰减补偿后得到的反射率真值，ki为1到i个距离单元之间的总衰减量，δr为雷达距离单元的大小。
10.进一步地，步骤四具体为：根据衰减补偿临界值进行强衰减区识别，并且当zr(i)》x
min
时，将第i个距离单元以外的区域作为强衰减区。
11.进一步地，步骤五具体为：当zr(i)》x
min
时，判断此时衰减补偿告警出现不稳定现象，此时控制雷达给出告警标示并标记强衰减区。
12.进一步地，粒子形状为球状，其中，a＝3.0199
×
10-9
。
13.进一步地，，粒子形状为球状，其中，b＝0.8771。
14.与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：本发明实施例在满足原有气象探测功能的基础上，基于电磁波的衰减特性，对雷达回波进行路径衰减补偿，提高了雷达显示气象目标强度的准确性，并对超出补偿能力的区间进行告警，在显示画面中标示可能威胁飞行安全的区域，提醒飞行员注意，可进一步提高飞行安全。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
16.图1是本发明实施例的流程图。
具体实施方式
17.下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
18.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
19.如图1所示，本发明实施例提供了一种机载气象雷达强衰减区告警方法，包括以下步骤：
20.步骤一、机载气象雷达在机载前方设定方位范围进行电磁波的发射与接收，并对每个方向上的接收到的雷达回波进行反射率计算；
21.步骤二、建立衰减系数与反射率因子关系；
22.步骤三、根据衰减系数与反射率因子关系，建立雷达测量到的气象目标反射率因子与气象目标的真实反射率因子之间的关系式，对雷达回波路径上的衰减进行补偿；
23.步骤四、定量给出影响衰减补偿稳定性的临界值，并根据反射率衰减补偿结果与临界值比较结果识别强衰减区；
24.步骤五、进行强衰减区告警。
25.本发明实施例在满足原有气象探测功能的基础上，基于电磁波的衰减特性，对雷达回波进行路径衰减补偿，提高了雷达显示气象目标强度的准确性，并对超出补偿能力的区间进行告警，在显示画面中标示可能威胁飞行安全的区域，提醒飞行员注意，可进一步提高飞行安全。
26.步骤二具体为：通过公式确定衰减系数，其中，zr为气象目标的真实反射率因子，k为衰减系数，单位为np/m，a、b为常值指数，a、b的取值与粒子形状和波长有关，可根据不同气象类型、经纬度、季节等进行系数的选择。本发明实施例中粒子形状为球状，其中，a＝3.0199
×
10-9
，b＝0.8771。
[0027][0028]
进一步地，步骤三具体为：通过公式计算雷达回波路径衰减补偿，其中，zm(i)为雷达探测得到反射率值，zr(i)为衰减补偿后得到的反射率真值，ki为1到i个距离单元之间的总衰减量，δr为雷达距离单元的大小。
[0029]
步骤四具体为：根据衰减补偿临界值进行强衰减区识别，并且当zr(i)》x
min
时，将第i个距离单元以外的区域作为强衰减区。
[0030]
衰减补偿需对雷达探测路径上气象反射率进行指数积分，随着积分距离的增大，测量误差的叠加会导致衰减补偿稳定性变差，尤其是在衰减较强时，这些误差的作用被放大而加速计算结果的不稳定。因此，需要定量给出影响数值计算稳定性的临界值，将其作为强衰减区的判定依据。
[0031]
步骤五具体为：当zr(i)》x
min
时，判断此时衰减补偿告警出现不稳定现象，此时控制雷达给出告警标示并标记强衰减区。在衰减补偿过程中，如某个距离单元补偿后的反射率结果超出临近值，则判断雷达已达到补偿能力上限，对该方位和距离进行记录，采用鲜明的标识进行告警，标示需能够反映强衰减区的位置。
[0032]
本发明实施例的具体应用实例如下：
[0033]
机载气象雷达在机载前方一定方位范围进行电磁波的发射与接收，对每个方向上的接收到的雷达回波，首先进行反射率计算后，而后开展反射率补偿与强衰减区告警处理。
[0034]
a、b的取值与粒子形状、波长等均有关系。一般默认为粒子形状为球状，依照经验，x波段可设置为a＝3.0199
×
10-9
，b＝0.8771。
[0035]
雷达在实际探测过程中，雷达对探测路径上的回波进行了采样，称为距离单元，对于第i个距离单元，雷达探测得到反射率值记为zm(i)，衰减补偿后得到的反射率真值记为zr(i)，将式(2)中的距离积分转换为距离单元点的叠加求和，可采用从近到远的顺序对雷达探测得到的反射率结果进行逐点迭代补偿，如下：
[0036]
[0037][0038]
其中，ki表示1到i个距离单元之间的总衰减量，δr表示雷达距离单元的大小。
[0039]
依照上述公式，对雷达探测得到的反射率结果进行补偿。
[0040]
对于上述公式的求解，可将看做常数x0，则相当于求解斜率为1直线与指数曲线的交点，可能存在2个交点、1个交点、无交点，找到临界值x
min
，此处交角最小为0，是最不稳定的解，x0大于该点后交点不存在，说明衰减补偿值已过大。
[0041][0042]
因此，可将x
0c
作为衰减补偿溢出点，当zr(i)》x
min
时，不再进行衰减补偿计算，同时将第i个距离单元以外的区域作为强衰减区。
[0043]
当z(i)》x
min
时，判断此时衰减补偿告警出现不稳定现象，记录强衰减区的起始距离单元i以及天线方位，标记强衰减区。
[0044]
完成一个完整的天线方位扫描后，将强告警区告警标示叠加在雷达的反射率显示画面上，反射率画面显示可采用雷达测量的反射率或者经过衰减补偿后的反射率。
[0045]
告警标示采用间隔弧线的方式，距离范围覆盖强衰减区起始距离到最大的显示量程，弧线的方位范围表示强衰减区出现的方位。
[0046]
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。