第四章雷达数据质量控制

第四章雷达数据质量控制雷达数据质量控制雷达基数据的质量主要受到三个因素的影响：地物杂波、距离折叠和速度模糊因此多普勒雷达数据质量控制采取了地物杂波抑制、距离去折叠和速度退模糊。一、地面杂波抑制在RDA中所完成的处理中，地物杂波抑制在数字化数据一形成时就做了，接下来的是点杂波抑制。再接下来做的是去距离折叠算法，然后反射率因子、速度和谱宽基数据通过宽带通讯线路被送到RPG。一、地面杂波抑制1、固定地物杂波污染主要影响最低仰角的产品；普通的地物杂波是指由高塔和山脉在雷达波束正常传播情况下造成的，发生在雷达较近的地方；地物杂波很少有变化，大多数时间都会出现。固定地物杂波污染特点主要影响最低仰角产品；发生在距雷达较近的地方；对于任一特定的仰角，典型的固定地物杂波污染从一个体扫描到下一个体扫描很少有变化。固定地物杂波在反射率因子产品上的形态普通的地物杂波具有较高的反射率因子；这些较高反射率因子值往往呈无规则排列；这些高反射率因子值往往呈无规则的分布，从一个距离门到下一个距离门有很大变化。固定地物杂波在径向速度产品上的形态地面目标是静止的，其径向速度接近于零；地物杂波污染在平均径向速度产品上的特征是一个接近零速度值的大片区域镶嵌着孤立的非零速度值。但也有例外。非零速度的地物回波往往来自树叶摇摆、大洋上的波涛、汽车等等。较大的建筑物，如楼房和水塔，也能造成非零的速度值。固定地物杂波在谱宽产品上的形态•由于地面目标是静止的，速度值相当低，谱宽值就接近零。•由于与平均径向速度有关，也就有例外。非零谱宽值可以由摇摆的树叶、洋上的波浪和汽车造成。较大的建筑物能造成变化的谱宽值，这与建筑物的尺度相对于样本体积的大小有关，也与建筑物周围气流的速率有关。•地物杂波污染在谱宽产品上表现为一些孤立的非零值被嵌在接近零的谱宽场中间。一、地面杂波抑制2、异常传播造成的地物回波由于异常传播（超折射）取决于大气条件，所以显示在雷达产品上的相应的地面回波类型每天、每小时，甚至每一个体积扫描都在变化。异常传播造成的地物回波一般特征与以前的常规雷达类似，异常传播回波在最低仰角产品上是非常普遍的；异常传播回波发生在距雷达不同的距离上；超折射一般发生在温度随高度升高而增加和（或）湿度随高度增加而减少的大气层次内。异常传播在反射率产品上的形态与以前的常规雷达类似，异常传播往往造成反射率数据出现杂斑点，斑点值的变化范围很宽，并可以扩展到很大的范围；异常传播造成的地面回波的不均匀性相当明显。通常反射率值相当高，并且会发生突然地从低到高值的变化；其反射率梯度不如气象回波的反射率梯度光滑。0.5º1.5º异常传播在平均径向速度产品上的形态与固定地物杂波污染类似，在超折射条件下的回波是来自地面目标，一般是静止不动的。因此，典型的速度值是零，但也有例外。非零回波来源于树叶的摇摆、大洋上的波浪和汽车等等。较大的建筑物，如大楼或水塔能产生变化的速度值，这取决于建筑物相对于距离库尺度的大小和建筑物周围气流的速率。异常传播在平均径向速度产品上的特征是一个接近零的速度场中孤立地镶嵌着非零值。异常传播在谱宽产品上的形态就像一般的固定地物杂波污染一样，在超折射情况下的地面目标回波一般是静止的。因此，速度偏差非常低，谱宽值接近零。与平均径向速度产品一样，也有些例外。与异常传播相应的非零速度谱宽也会出现，这一般是由树叶摇摆、大洋波浪和汽车造成的。较大的建筑物造成谱宽的变化，与建筑物相对于距离库的大小有关，与建筑物周围的气流速率有关。异常传播在谱宽产品上的特点是在接近零值的区域内镶嵌着孤立的非零值。图3-15在这这个反射率因子产品上，降水区与异常传播（AP）造成的杂波混杂在一起。对AP区域没有实施杂波抑制。一、地面杂波抑制3、地物杂波抑制•杂波信号与气象信号的对比•去除杂波保留气象回波•槽口宽度•残留杂波0槽口1槽口1和2二、去距离折叠多普勒两难最大不模糊距离是一个发射脉冲在下一个发射脉冲发出前能向前走并返回雷达的最长距离。最大不模糊速度是雷达能够不模糊地测量的最大平均径向速度。Vmax相对应的脉冲对相移是180°。180°是多普勒天气雷达能够不模糊地测量的最大脉冲对相移。多普勒两难(DopplerDilemma)由于没有唯一的PRF能使得Vmax和Rmax都能达到最大，所以要使用变化的PRF。Rmax和Vmax与PRF的关系Rmax与PRF有负相关。Vmax与PRF有正相关。只有使用不同的PRF在同一方向进行了扫描才能做距离去折叠算法距离折叠距离折叠是一个行话，指的是多程回波。距离折叠现象常见于速度和谱宽产品中，为了满足精确估算速度（高Vmax）的需要，常采用高PRF。结果，Rmax只有115和150公里，平均径向速度和谱宽产品中的显示范围230公里。多程回波或距离折叠现象在WSR-88D的速度和谱宽产品中是常见的，需要有一种算法作“去折叠”处理。距离折叠现象只偶尔出现在反射率因子产品上，具有精确距离信息的反射率因子数据是用低PRF获得的。距离折叠最可能发生的地方是在二个最低仰角的状态，其Rmax大约是460公里。反射率产品中的距离折叠数据的显示往往具有狭长的外形，通常靠近雷达。距离去折叠算法距离去折叠算法也在RDA上运行，它可以提供在最大不模糊距离以外距离处的精确的速度和谱宽数据。为了产生较少的速度模糊数据，高PRF波型是必须的，其结果是短Rmax。因此，速度和谱宽产品必须经过距离退折叠处理。距离去折叠算法不对反射率因子产品使用。无回波叠加情况下的距离去折叠算法在这种情况下，当采用高PRF，Rmax较短时，沿雷达径向，没有两个或两个以上的回波（包括第一程回波和可能的多程回波）位于第一程内相同的视在距离处（即没有回波的叠加发生）。第一步确定真实距离和可能距离收集到低PRF(CS)数据后，每一个目标的距离和强度就是已知的。不过，速度数据估算的质量相当差，没被使用。因此，雷达须再在CD模（采用高PRF）下采集数据以精确确定速度值。第二步确定是否有回波叠加算法确定当使用CD模态时，是否有回波“折叠”进相同的距离库中（即有回波叠加）。如果没有，则进入第三步。如果有，则将转入有回波叠加时的情况。第三步去折叠收集高PRF（CD）数据,速度和谱宽数据将是准确的。但是，由于Rmax短，将被折叠进第一程回波中。去折叠步骤包括：检测CS数据（功率和距离），一个距离库接一个距离库地将CD数据（速度和谱宽值）与CS数据进行比较。CD数据中速度值的视在距离通过检测CS数据中的距离来校验。有回波叠加情况下的距离去折叠算法在这一情况下，沿径向的回波位置是如此排列使得在CD模中将有回波折叠进相同的距离库中，即有两个以上的回波的视在距离相同。因为速度估算是以功率为权重，在有两个或更多的回波在同一视在距离叠加的情况下，只有在某个目标回波功率明显大于其它目标回波的功率时，将该速度数据赋给产生这个较大回波功率的目标才合理。当造成回波叠加的两个或更多的目标中的一个目标（如B）的回波功率远大于其余目标的回波功率时，将混合的速度估计值赋给回波功率最高的目标（B）将是一个合理精确的估计。第一步确定真实距离和可能距离第二步功率比较两个回波的以dB为单位的功率比（高的比低的）可按下式计算：如果功率比超过TOVER（一个可调参数，其缺省值为5dB），则速度和谱宽数据将被赋给返回最大功率的目标，而另一个（些）目标将被赋给紫色。如果功率比没有超过TOVER，则所有产生叠加的回波的目标将都被赋给紫颜色。第三步去折叠去折叠步骤包括对照CS数据（功率和距离），一个库接一个库地检测CD数据（速度和谱宽值）。把CD数据中速度值的视在距离和可能距离与CS数据中的真实距离作比较，以确定其真实距离。距离去折叠算法的优点减缓多普勒两难采用距离去折叠算法使得可以用低PRF模（CS）精确地确定目标距离用高PRF模(CD)准确测定速度和谱宽数据。距离去折叠算法的局限性大量回波沿径向排列的天气事件将使CD模态下回波叠加现象异常严重，紫颜色大量出现。在飑线过RDA的情形下，距离模糊特征（标注为RF紫颜色）出现的机会最大。因为距离去折叠算法涉及回波功率（不是标准化的反射率因子dBZ）的比较，故第一程内目标的回波最可能被赋给速度数据，更大量的紫色标注（RF）出现在第二程内。有时速度和谱宽数据无法确定当回波叠加时，如果它们的功率比不超过TOVER，就得不到速度和谱宽数据。产生回波的目标距离处将被标注为紫色。三、速度退模糊速度退模糊算法基本思路一旦反射率因子、速度和谱宽基本数据由RDA传输到RPG，则开始执行速度退模糊算法。由于在RDA中已经过距离去折叠处理，所以现在速度数据的距离（位置）是正确的，速度退模糊算法试图识别和校正模糊的速度（不是模糊的距离）。速度模糊如果脉冲对真实相移等于或大于180度，则雷达的初猜值将是错误的(其与真实速度的偏差是可预知的)，得到的速度是模糊的。可能的速度值为V+（-）2nVmax，其中n取值为1的情况最常见。谢谢！