基于数值天气预报模式的机载气象雷达降雨目标极化特性仿真

刘夏 韩雁飞 李海 卢晓光 吴仁彪

引用本文:
Citation:

基于数值天气预报模式的机载气象雷达降雨目标极化特性仿真

    作者简介: 刘夏(1989–),男,陕西西安人,中国民航大学电子信息与自动化学院硕士研究生,主要研究方向为机载气象雷达回波信号仿真。E-mail:qwe14789cn@gmail.com韩雁飞(1987–),女,新疆乌鲁木齐人,中国民航大学电子信息与自动化学院讲师,硕士,主要研究方向为机载气象雷达信号处理、低空风切变检测。E-mail:yfhan@cauc.edu.cn李海(1976–),男,天津人,中国民航大学电子信息与自动化学院副教授,硕士生导师,主要研究方向为干涉合成孔径雷达信号处理、空时自适应信号处理。E-mail:lihai1976@sina.com卢晓光(1983–),男,山西忻州人,中国民航大学电子信息与自动化学院讲师,博士,主要研究方向为机载气象雷达信号处理。E-mail:xglu@cauc.edu.cn吴仁彪(1966–),男,湖北省武汉市人,中国民航大学教授,博士生导师,IEEE高级会员,民航特聘专家,主要研究方向为自适应信号处理、高分辨率雷达成像与自动目标识别、民航无线电干扰检测与自适应抑制、民航遥感信息处理与应用。E-mail:rbwu@cauc.edu.cn.
    通讯作者: 韩雁飞, yfhan@cauc.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金(61471365, 61231017, U1533110),中央高校基本科研业务费资助项目(3122015B002)

Polarization Characteristics Simulation of Airborne Weather Radar Rainfall Target Based on Numerical Weather Prediction

    Corresponding author: Han Yanfei, yfhan@cauc.edu.cn ;
  • Fund Project: The National Natural Science Foundation of China (61471365, 61231017, U1533110), Fundamental Research Funds for the Central Universities (3122015B002)

  • 摘要: 带有极化信息的气象目标仿真是双极化多普勒天气雷达的理论研究和设计应用的基础。目前, 机载双极化气象雷达的理论研究正处于发展阶段, 为了给机载双极化气象雷达的技术研究提供数据来源, 该文提出了一种基于数值天气预报模式的机载气象雷达降雨目标极化特性仿真方法。该方法利用数值天气预报模式获得温度、粒子浓度、混合比等降雨目标的气象参数, 从而实现气象场景的建模与仿真。在分析降雨目标微物理特性的基础上, 计算降雨目标的电磁散射矩阵, 从而实现降雨目标的极化特性仿真。不同微物理特性参数下的仿真结果表明:该方法可实现降雨目标的气象建模, 与实测数据的对比分析可知, 该方法的双极化仿真结果有效、可靠。
  • [1] Lupidi A, Moscardini C, Garzelli A, et al.. Polarimetry applied to avionic weather radar: improvement on meteorological phenomena detection and classification[C]. 2011 Tyrrhenian International Workshop on Digital Communications-Enhanced Surveillance of Aircraft and Vehicles (TIWDC/ESAV), Capri, 2011: 7377.
    [2] Woodell D L, West J B, Elsallal W A, et al.. Weather radar system and method using dual polarization antenna[P]. US, 008098189B1, 2012.
    [3] Bunch B P and Christianson P. System and method to identify regions of airspace having ice crystals using an onboard weather radar system[P]. US, 20130234884A1, 2013.
    [4] Khatwa R and Mathan S. Enhanced alerting of characteristic weather hazards[P]. US, 008395541B2, 2013.
    [5] Ratan K and Dave P. Methods and systems for presenting weather hazard information on an in-trial procedures display[P]. EP, 2354805A1, 2011.
    [6] Waterman P C. Matrix formulation of electromagnetic scattering[J]. Proceedings of the IEEE, 1965, 53(8): 805812.
    [7] Yee K S. Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell's equations in isotropic media[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagaction,
    [8] 1966, 14(3): 302307.
    [9] 许丽生, 陈洪滨, 丁继烈, 等. 非球形粒子光散射计算研究的进展综述[J]. 地球科学进展, 2014, 29(8): 903912.
    [10] Xu Li-sheng, Chen Hong-bin, Ding Ji-lie, et al.. Summary of non-spherical particles in progress calculation of light scattering[J]. Advances in Earth Science, 2014, 29(8): 903912.
    [11] Li Z Z, Zhang Y, Zhang G, et al.. A microphysics-based simulator for advanced airborne weather radar development[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2011, 49(4): 13561373.
    [12] Lupidi A, Moscardini C, Berizzi F, et al.. Simulation of X-band polarimetric weather radar returns based on the Weather Research and Forecast Model[C]. 2011 IEEE Radar Conference (RADAR), Kansas, 2011: 734739.
    [13] Augros C, Caumont O, Ducrocq V, et al.. Development and validation of a full polarimetric radar simulator[C]. 36 th Conference on Radar Meteorology, Breckenridge, 2013: 387.
    [14] Lischi S, Lupidi A, Martorella M, et al.. Advanced polarimetric Doppler weather radar simulator[C]. IEEE 2014 15th International Radar Symposium (IRS), Gdansk, 2014: 16.
    [15] Andsager K, Beard K V, and Laird N F. Laboratory measurements of axis ratios for large raindrops[J]. Journal of the Atmospheric Sciences, 1999, 56(15): 26732683.
    [16] Zhang G, Vivekanandan J, and Brandes E. A method for estimating rain rate and drop size distribution from polarimetric radar measurements[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2001, 39(4): 830841.
    [17] Keenan T D, Carey L D, Zrnic D S, et al.. Sensitivity of 5-cm wavelength polarimetric radar variables to raindrop axial ratio and drop size distribution[J]. Journal of Applied Meteorology, 2001, 40(3): 526545.
    [18] Brandes E A, Zhang G, and Vivekanandan J. Experiments in rainfall estimation with a polarimetric radar in a subtropical environment[J]. Journal of Applied Meteorology, 2002, 41(6): 674685.
    [19] Thurai M, Huang G J, Bringi V N, et al.. Drop shapes, model comparisons, and calculations of polarimetric radar parameters in rain[J]. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 2007, 24(6): 10191032.
    [20] Leinonen J. High-level interface to T-matrix scattering calculations: architecture, capabilities and limitations[J]. Optics Eexpress, 2014, 22(2): 16551660.
    [21] Bringi V N and Chandrasekar V. Polarimetric Doppler Weather Radar: Principles and Applications[M]. Cambridge University Press, 2001: 161210.
    [22] Jameson A R and Mueller E A. Estimation of propagation-differential phase shift from sequential orthogonal linear polarization radar measurements[J]. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 1985, 2(2): 133137.
  • [1] 韩雁飞吴仁彪李海 . 基于双门限控制的机载气象雷达地杂波抑制方法. 雷达学报, 2013, 2(1): 97-104. doi: 10.3724/SP.J.1300.2012.20057
    [2] 张新勋周生华刘宏伟 . 目标极化散射特性对极化分集雷达检测性能的影响. 雷达学报, 2019, (): 1-9. doi: 10.12000/JR18112
    [3] 艾小锋曾勇虎高磊王肖洋汪连栋 . 飞机目标全极化双基地散射特性研究. 雷达学报, 2016, 5(6): 639-646. doi: 10.12000/JR16070
    [4] 陈小龙董云龙李秀友关键 . 海面刚体目标微动特征建模及特性分析. 雷达学报, 2015, 4(6): 630-638. doi: 10.12000/JR15079
    [5] 路东伟阙肖峰綦鑫聂在平 . 米波频段飞机目标全极化散射仿真与特性分析. 雷达学报, 2016, 5(2): 182-189. doi: 10.12000/JR16030
    [6] 任博施龙飞王国玉 . UHF波段雷达面临基站干扰信号的极化特性测量与分析. 雷达学报, 2016, 5(2): 164-173. doi: 10.12000/JR15134
    [7] 陈珲徐亮张言明周小阳崔铁军 . 超电大复杂目标太赫兹散射特性建模微波方法延拓研究. 雷达学报, 2018, 7(1): 108-118. doi: 10.12000/JR17097
    [8] 白杨吴洋殷红成阙肖峰 . 无人机极化散射特性室内测量研究. 雷达学报, 2016, 5(6): 647-657. doi: 10.12000/JR16032
    [9] 张然冯德军徐乐涛 . 基于Salisbury屏的二面角设计及其极化特性分析. 雷达学报, 2016, 5(6): 658-665. doi: 10.12000/JR16055
    [10] 杨威陈杰李春升 . 面向目标特性精细提取的SAR数据融合成像处理方法. 雷达学报, 2015, 4(1): 29-37. doi: 10.12000/JR15017
    [11] 冯德军王俊杰王俊卿 . 移频导前假目标的特性分析及其鉴别方法. 雷达学报, 2017, 6(4): 325-331. doi: 10.12000/JR17026
    [12] 牟媛吴振森赵豪武光玲 . 粗糙金属和介质目标的太赫兹散射特性分析. 雷达学报, 2018, 7(1): 83-90. doi: 10.12000/JR17094
    [13] 赵华郭立新 . 分形粗糙表面涂覆目标太赫兹散射特性. 雷达学报, 2018, 7(1): 91-96. doi: 10.12000/JR17091
    [14] 张月婷仇晓兰丁赤飚雷斌付琨 . 高分辨率SAR图像桥梁目标仿真与特性分析. 雷达学报, 2015, 4(1): 78-83. doi: 10.12000/JR14139
    [15] 张丹丹仇晓兰胡东辉丁赤飚 . 基于运动目标检测的同步轨道星-空双站SAR 杂波特性分析. 雷达学报, 2013, 2(3): 348-356. doi: 10.3724/SP.J.1300.2013.13006
    [16] 高敬坤邓彬秦玉亮王宏强黎湘 . THz全尺寸凸体粗糙目标雷达回波散射建模与成像仿真. 雷达学报, 2018, 7(1): 97-107. doi: 10.12000/JR17086
    [17] 金威吕晓德向茂生 . 基于DVB-S 信号的外辐射源雷达的模糊函数及分辨特性分析. 雷达学报, 2012, 1(4): 380-386. doi: 10.3724/SP.J.1300.2012.20077
    [18] 李棉全施龙飞 . 全极化相控阵雷达波束扫描对目标观测极化散射矩阵的影响. 雷达学报, 2016, 5(2): 200-207. doi: 10.12000/JR16035
    [19] 胡一明余国文张元发 . 用于正交发生器RC多相网络特性研究. 雷达学报, 2013, 2(4): 476-480. doi: 10.3724/SP.J.1300.2013.13069
    [20] 丁昊董云龙刘宁波王国庆关键 . 海杂波特性认知研究进展与展望. 雷达学报, 2016, 5(5): 499-516. doi: 10.12000/JR16069
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  969
  • HTML浏览量:  243
  • PDF下载量:  974
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-03-01
  • 录用日期:  2016-04-12
  • 刊出日期:  2016-04-28

基于数值天气预报模式的机载气象雷达降雨目标极化特性仿真

    通讯作者: 韩雁飞, yfhan@cauc.edu.cn
    作者简介: 刘夏(1989–),男,陕西西安人,中国民航大学电子信息与自动化学院硕士研究生,主要研究方向为机载气象雷达回波信号仿真。E-mail:qwe14789cn@gmail.com韩雁飞(1987–),女,新疆乌鲁木齐人,中国民航大学电子信息与自动化学院讲师,硕士,主要研究方向为机载气象雷达信号处理、低空风切变检测。E-mail:yfhan@cauc.edu.cn李海(1976–),男,天津人,中国民航大学电子信息与自动化学院副教授,硕士生导师,主要研究方向为干涉合成孔径雷达信号处理、空时自适应信号处理。E-mail:lihai1976@sina.com卢晓光(1983–),男,山西忻州人,中国民航大学电子信息与自动化学院讲师,博士,主要研究方向为机载气象雷达信号处理。E-mail:xglu@cauc.edu.cn吴仁彪(1966–),男,湖北省武汉市人,中国民航大学教授,博士生导师,IEEE高级会员,民航特聘专家,主要研究方向为自适应信号处理、高分辨率雷达成像与自动目标识别、民航无线电干扰检测与自适应抑制、民航遥感信息处理与应用。E-mail:rbwu@cauc.edu.cn
  • 1. (中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室 天津 300300)
基金项目:  国家自然科学基金(61471365, 61231017, U1533110),中央高校基本科研业务费资助项目(3122015B002)

摘要: 带有极化信息的气象目标仿真是双极化多普勒天气雷达的理论研究和设计应用的基础。目前, 机载双极化气象雷达的理论研究正处于发展阶段, 为了给机载双极化气象雷达的技术研究提供数据来源, 该文提出了一种基于数值天气预报模式的机载气象雷达降雨目标极化特性仿真方法。该方法利用数值天气预报模式获得温度、粒子浓度、混合比等降雨目标的气象参数, 从而实现气象场景的建模与仿真。在分析降雨目标微物理特性的基础上, 计算降雨目标的电磁散射矩阵, 从而实现降雨目标的极化特性仿真。不同微物理特性参数下的仿真结果表明:该方法可实现降雨目标的气象建模, 与实测数据的对比分析可知, 该方法的双极化仿真结果有效、可靠。

English Abstract

参考文献 (22)

目录

    /

    返回文章
    返回