技术领域
[0001] 本申请涉及天气雷达领域，尤其是一种相控阵天气雷达标校方法。
相关背景技术
[0002] 天气雷达可以完成对站点周围范围内气象目标的发生、发展以及强度和位置的实时监测，从而及时获取云、雨等天气目标相对于天气雷达的回波及反演产品，基于这些反演产品可以实现对气象目标的自动识别、跟踪、分析，有效监测预警危险性天气，为气象预报人员提供丰富全面的分析资料，有效提高气象保障能力。
[0003] 相控阵天气雷达是一种利用相位控制技术来实现波束形成和方向控制的天气雷达，相控阵天气雷达采用分布式收发体制，其雷达面阵由大量相同的辐射单元组成，每个辐射单元在相位和幅度上独立受控。相控阵天气雷达通过精确控制每个辐射单元的幅度和相位，使得发射和接收发热信号按照预期在空间中形成波束方向图。但是相控阵天气雷达的辐射单元的收发幅相会随着温度、湿度等环境因素而变化，所以相控阵天气雷达往往都需要通过标定来使得雷达探测数据更加准确可靠，尤其相控阵天气雷达是定量探测设备，需要在不同电扫角度下准确获取绝对强度等基数据，因此对相控阵天气雷达的标校精度有更高的要求，传统的手段大都是通过幅相监测，间接保证系统天线波束性能和探测基数据质量，或者使用暗室等繁琐的标定设备来完成，标定的效率较低。
具体实施方式
[0034] 下面结合附图对本申请的具体实施方式做进一步说明。
[0035] 本申请公开了一种相控阵天气雷达标校方法，请参考图1所示的流程图，该相控阵天气雷达标校方法包括如下步骤：
[0036] 步骤1，控制相控阵天气雷达的伺服组件驱动天线阵面转动以改变仰角，并在保持相控阵天气雷达的天线波束指向气象体目标不变的基础上，跟随仰角的变化改变电扫角度进行扫描，获取各个标定电扫角度θi下对气象体目标的标定探测基数据Datai。
[0037] 该步骤是标定扫描过程，本申请在标定扫描过程中使用气象体目标作为探测目标，这是因为气象体目标是相控阵天气雷达真实探测的目标，且气象体目标是连续稳定的体积目标，相比于机械式雷达标定过程中常用的诸如金属球、太阳之类的点目标来说更适合相控阵天气雷达的标定。
[0038] 进一步，在有层状云降雨的天气现场选取云雨目标作为气象体目标并进行标定扫描以获取各个标定电扫角度θi下的标定探测基数据Datai，有层状云降雨的天气现场是一种变化稳定的天气现场，且云雨目标也具有较好的连续性和稳定性，因此在这种天气现场以云雨目标作为气象体目标可以更好的保证目标的连续稳定性，以提高相控阵天气雷达的标校准确度和精度。
[0039] 在进行标定扫描以获取不同标定电扫角度θi下的探测基数据Datai时，控制相控阵天气雷达的伺服组件驱动天线阵面按照预定仰角步进Δβ转动至各个仰角处，这里的预定仰角步进Δβ可以根据需要自定义设置。
[0040] 在控制天线阵面转动至任意仰角βi处时，在保持相控阵天气雷达的天线波束为不变指向气象体目标的基础上，改变电扫角度至对应的标定电扫角度 此时即可保证相控阵天气雷达的天线波束不变，并扫描获取当前对气象体目标的标定探测基数据Datai，其中， 是已知参数。因此在整个标定扫描过程可以记录每个扫描位置的原始标定信息，每个扫描位置的原始标定信息包括该扫描位置的仰角、标定电扫角度和标定探测基数据Datai，且每个扫描位置的仰角与标定电扫角度之和就是天线波束 保持不变。
[0041] 在此基础上，为了保证后续标校的准确性，在该步骤的标定扫描过程中，各个标定电扫角度θi的数据跨度至少覆盖相控阵天气雷达的电扫角度范围，从而保证后续可以对相控阵天气雷达的电扫角度范围的全域范围进行标校。相控阵天气雷达的电扫角度范围是已知的，一般是[‑α，α]，α是正取值角度参数，比如常见的α为30°，则标定电扫角度θi的数据跨度至少覆盖[‑30°，30°]的电扫角度范围。
[0042] 另外由于标定电扫角度θi是离散形式的角度，因此除了各个标定电扫角度θi的数据跨度要够大，标定电扫角度θi的间隔越小，越有利于提高后续标定精度，所以为了提高后续标校精度，预定仰角步进Δβ应当越小越好，在一个实施例中，取预定仰角步进Δβ为最小仰角步进。
[0043] 比如在一个实例中，指向气象体目标的天线波束 相控阵天气雷达的电扫角度范围为[‑30°，30°]，取预定仰角步进Δβ＝1°。则控制天线阵面按照Δβ＝1°依次从仰角60°转动至仰角0°以得到61个不同扫描位置的原始标定信息如下，如下表可以看出，标定电扫角度的数据跨度覆盖了[‑30°，30°]范围，且在61个不同扫描位置始终保持天线波束[0044] 仰角 标定电扫角度 标定探测基数据
扫描位置1 β1＝60° θ1＝‑30° Data1
扫描位置2 β2＝59° θ2＝‑29° Data2
…… …… …… ……
扫描位置31 β31＝30° θ31＝‑0° Data31
…… …… …… ……
扫描位置61 β61＝0° θ61＝30° Data61
[0045] 步骤2，计算每个标定电扫角度θi下的标定探测基数据Datai与基准基数据Dataref的差值作为标定电扫角度θi的标校数据。
[0046] 其中，基准基数据Dataref是基准电扫角度θref下的标定探测基数据，基准电扫角度θref是其中一个标定电扫角度。可以任取一个标定电扫角度作为基准电扫角度θref，而在实际应用时，相控阵天气雷达的电扫角度范围一般是关于0°对称的角度范围，相应的得到的各个标定电扫角度也一般是关于0°对称的，且一般都会取到0°的标定电扫角度，因此在实际应用时可以取0°的标定电扫角度作为基准电扫角度θref。
[0047] 其中，每个标定电扫角度θi下的标定探测基数据Datai至少包括反射率因子dBZi、差分反射率因子ZDRi以及差分相移φi，则计算该标定电扫角度θi的标校数据包括：
[0048] 计算标定电扫角度θi的反射率因子标校值ΔdBZi＝dBZi‑dBZref，以及计算标定电扫角度θi的差分反射率因子标校值ΔZDRi＝ZDRi‑ZDRref，以及计算标定电扫角度θi的差分相移标校值Δ φi＝φi‑φref。其中，dBZref是基准电扫角度θref下的基准基数据Dataref中的反射率因子，ZDRref是基准电扫角度θref下的基准基数据Dataref中的差分反射率因子，φref是基准电扫角度θref下的基准基数据Dataref中的差分相移。
[0049] 为了标校准确性和精度，需要保证气象体目标在获取标定探测基数据过程中是否满足连续稳定条件，一般情况下，由于气象体目标本身的连续稳定度较高，且通常在数十秒内就能完成标定扫描过程得到各个标定电扫角度θi下的标定探测基数据Datai，因此基本上是可以满足连续稳定条件的，但也有一些特殊情况下可能会影响这种连续稳定性，因此在另一个实施例中，请参考图2所示的流程图，在获取到各个标定电扫角度θi下的标定探测基数据Datai后，并不直接用其计算各个标定电扫角度θi的标校数据，而是首先检测气象体目标在获取标定探测基数据过程中是否满足连续稳定条件，当确定满足连续稳定条件时，则用此时获取到的标定探测基数据来计算各个标定电扫角度θi的标校数据，否则重新执行步骤1以重新扫描获取各个标定电扫角度θi下的标定探测基数据Datai。
[0050] 根据各个标定电扫角度θi下的标定探测基数据Datai即可检测气象体目标在获取标定探测基数据过程中是否满足连续稳定条件，每个扫描位置处获取到的标定电扫角度下的标定探测基数据中除了包括反射率因子、差分反射率因子和差分相移之外，还包括相关系数和谱宽。则当检测到各个标定电扫角度的标定探测基数据中的相关系数和谱宽的数据差异性小于差异性阈值时，即可确定气象体目标在获取标定探测基数据过程中满足连续稳定条件，否则确定气象体目标在获取标定探测基数据过程中不满足连续稳定条件，其中：
[0051] 当任意标定电扫角度θi下的标定探测基数据Datai中的相关系数CCi与基准基数据Dataref中的相关系数CCref之间的差异|CCi‑CCref|≤ΔCC，且标定探测基数据Datai中的谱宽Wi与基准基数据Dataref中的谱宽Wref之间的差异|Wi‑Wref|≤ΔW时，确定各个标定电扫角度的标定探测基数据中的相关系数和谱宽的数据差异性小于差异性阈值。其中，ΔCC是相关系数差异阈值，ΔW是谱宽差异阈值，这两个差异阈值可以自定义设置，比如常见的设置为0.5。
[0052] 步骤3，利用各个标定电扫角度θi的标校数据对相控阵天气雷达在实际探测过程中的实际探测基数据进行标校。
[0053] 在相控阵天气雷达实际探测过程中，通过相控阵天气雷达在实际探测过程中可以扫描获取实际探测基数据Datap，然后根据实际探测基数据Datap的仰角即可计算确定获取到实际探测基数据Datap时的目标电扫角度θp，这部分是现有技术因此不再赘述。实际探测基数据Datap包括反射率因子dBZp、差分反射率因子ZDRp以及差分相移φp。
[0054] 然后根据各个标定电扫角度θi的标校数据确定目标电扫角度θp对应的标校数据。一种情况是，目标电扫角度θp是其中一个标定电扫角度θi时，则直接读取目标电扫角度θp对应的标校数据即可。另一种情况中，尤其当标定电扫角度θi较为稀疏时，目标电扫角度θp不是其中一个标定电扫角度θi，则并不能直接读取到目标电扫角度θp对应的标校数据，因此对标定电扫角度θi的标校数据进行插值得到目标电扫角度θp对应的标校数据。因此为了减少该步骤标校过程中的数据处理复杂度，步骤1也应当尽可能减小预定仰角步进Δβ，比如在直接取预定仰角步进Δβ为最小仰角步进时，每个目标电扫角度θp都会是一个标定电扫角度θi，因此无需再进行数据插值，数据处理复杂度减小也可以加快标校速度。
[0055] 然后可以利用目标电扫角度θp对应的标校数据对实际探测基数据Datap进行标校，得到标校后的实际探测基数据Datap′。无论目标电扫角度θp是否是其中一个标定电扫角度θi，获取到的目标电扫角度θp对应的标校数据都包括反射率因子标校值ΔdBZp、差分反射率因子标校值ΔZDRp以及差分相移标校值Δ φp，因此可以得到标校后的反射率因子dBZp′＝dBZp‑ΔdBZp，以及标校后的差分反射率因子ZDRp′＝ZDRp‑ΔZDRp，以及标校后的差分相移φp′＝φp‑Δφp。
[0056] 以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本申请不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本申请的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本申请的保护范围之内。
