气象雷达数据分析论文

2021-06-11 论文

　　1.系统的设计

　　系统主要实现软件的模块话设计，包括反射率数据分析模块、速度分析模块、天线运行稳定性分析模块以及雷达组网数据分析模块。

　　1.1反射率分析模块

　　反射率的大小体现了气象目标的降水粒子的密度分布及体积大小，在实际气象技术中长期用于表示气象目标的强度，在工作上采用dBZ单位表示。对于空管气象雷达图，数据显示采用PPI(PlanPositionImage)显示方式。该方式决定了一张气象雷达图由圆锥俯视平面上分析空间的回波构成。在设计上简单介绍其设计流程，首先必须读取原始数据，并判断是否首次读取，若为首次读取则对其进行预处理，否则进行坐标转换；其次进行图像绘制并判断是否需要改变仰角。此处需要关注的关键是如何进行数据的预处理。在实现上，对接收的数据进行反射率信息结构体赋值。当然该结构体包括了记录实际仰角角度、数据文件路径存储、雷达波段判断以及相关数据的偏移。通过扫描上述结构体可以实现对雷达数据的预处理。

　　1.2速度分析模块

　　多普勒雷达采用了速度退化模糊技术以扩大其对径向风速测量不模糊的`区间。结构设计主要考虑数据显示的径向方式，流程设计则与反射模块类似。当然在界面设计上，系统将提供对颜色配置的定义，使其人机交互更为快捷。

　　1.3天线稳定性分析模块

　　天线是雷达数据采集的关键部位，长期以来是影响雷达运行的主要关键点之一。其依赖于底下的电机进行旋转，目前大多数进口电机可以保证24小时安全运行。而运行时仰角提升和转速的平稳性直接影响雷达数据的采集。为此，我们通过在径向数据上采用方位角及仰角进行扫描实现曲线图监控。通过选择基数据再进行预处理后绘制相关曲线实现对天线运行状态的评估。其中，曲线图的绘制需要的参数为：纵坐标为气象雷达实际运行的每层仰角均值；横坐标为范围角：0-360°。

　　1.4雷达组网分析模块

　　按照民航局的总体规划，未来空管将实现多气象雷达覆盖，在这过程，多个气象雷达的组网将成为气象雷达数据的主要来源。这种模式将使得数据覆盖面更大、数据安全性更高、数据准确性更强。而与此同时带来了雷达数据融合组网的技术难点。设计上，首先模块将定义雷达站点配置信息，并与此同时提供组网雷达可选数据；其次对选择雷达数据进行数据预处理；再之则对雷达数据进行统计平均并做坐标转换；最后进行拼图处理。在这过程中，需要对雷达数据的强度进行自适应调整、显示范围自适应调整。与上述同理，系统核心在于预处理。在C#中定义List数据列表，并在定义其结构为[站点标示][距离][方位角]，对于数据读取时，需要进行插值算法处理，此时的单时数据拼接分析可以实现不同仰角和方位角的筛选。为了控制系统数据的准确性可以在前端定义雷达数据方位角表，根据表进行映射处理。通常如若出现非连续数据可以在预处理上对其进行差值补偿。在C#上可以采用反差圆补偿方法。

　　2．结束语

　　本文从实际出发，提出一种包括多普勒雷达反射率数据分析、速度分析、天线稳定性分析和雷达组网分析为一体的集成化空管气象雷达数据分析系统，该系统通过C#设计实现，能够应用于空管一线技术保障，并为相关多普勒雷达系统数据分析提供一种参考。

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