专利名称：一种降雨立体分布参数的反演算法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种降雨立体分布参数的反演算法，属于气象遥感技术领域。
背景技术：
目前降雨分布参数的反演算法的比较典型反演算法是VIE反演算法，例如，Frank Silvio Marzano and James A. Weinman. Inversion of Spaceborne X-Band Synthetic Aperture Radar Measurements for Precipitation Remote Sensing Over Land. IEEE TRANSACTIONS ON GE0SCIENCE AND REMOTE SENSING, 2008, 46(11) : 3472-3487.该文提出了一种星载I波段合成孔径雷达陆地降雨遥感测量反演算法，该文中阐述了 VIE反演算法，设/ω是降雨区域横坐标，的分段函数，则
(1)
其中_，d为常数，L为波束平面处的体散射粒子横轴长度η为雷达入射角，ft为降雨区高度，ι为G-^nM-Atan约5，χ为降雨区位置的横坐标。该文中还阐述一种垂直分布参数^z)的反演算法，即在区间内，
F(z)= Fo
⑵
其中，2。为降雨区的高度，Ve为地面降雨速率，z为区间(0, )内降雨区高度的变量。文中阐述降雨起点的提取方法，其计算表达式为
σ/Μ&(χ) <(AVGJauJ-3Rl^dSn[cr^ -』r,G“σ^)}(3)
其中和Rmn分别表示在，点之前的5个雷达总回波点的平均值和均方根，满
足公式(3)的数值为反演出降雨的起点奂，Osdt为接收到的雷达总回波。文中阐述矩形降雨分布降雨宽度的提取方法，其计算表达式为 W= 0.97-(^- )(4)
其中 为反演出的雷达总回波最小值，X0为降雨的起点。文中阐述降雨立体分布参数的反演方法即水平分布参数攻X)和垂直分布参数内幻相乘，其表达式为
R(x,z)= H(X)-V(Z)(5)
但是，上述VIE反演算法中，由于在整个降雨区域，/00是观测距离；^的分段函数，即 不仅每隔A to^的距离需要重新计算计算式(1)，导致计算量累积增大，而且，该算法首先需要对每一行总回波数据分别按计算式(1)计算，然后才能得到整个降雨立体分布参数，这样导致了计算量大幅增加。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种降雨立体分布参数的反演算法，该方法能在保证精度的前提下，大幅度降低运算量。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为一种降雨立体分布参数的反演算法，包括下列步骤
步骤一采用星载Z波段合成孔径雷达获取总回波数据吣，反演出降雨的起点、、 雷达总回波最小值‘；采用VIE反演算法，获得区间(xz-h.tm0,xz)的降雨分布表达式 ,其中，&为雷达波束离开降雨区域的横坐标，5为雷达波束入射角，A为雨区高度； 步骤二 根据上述区间的降雨分布J;⑶，反演出降雨水平分布参数攻 ) ，该降雨水平分布参数攻 )确定降雨水平分布为反演整个雨区的降雨水平分布的形状、 降雨区宽度 地面降雨速率^、使用垂直分布反演算法获得垂直分布参数；
步骤三根据上述反演出降雨水平分布参数衡χ)和垂直分布参数内ζ),将水平分布参
数攻χ)和垂直分布参数汽ζ)相乘，获得降雨立体分布参数尉X^)。本发明的一种降雨立体分布参数的反演算法，其优点及功效在于该方法在处理水平分布的时候仅需要反演一个长度为Ite^的区域，能够大幅降低运算量，采用垂直分布参数反演算法，只需要处理一行回波数据，从而进一步大幅降低运算量，而且还能保持反演降雨分布参数的精度。
图1为本发明的一种降雨立体分布参数的反演算法流程2为本发明仿真的雷达接收到的总回波图
图3为本发明反演出的降雨水平分布图。
具体实施例方式以下结合附图和实施方式对本发明进一步详细说明。本发明的一种降雨立体分布参数的反演算法，首先采用星载JT波段合成孔径雷达 (TerraSAR-X)经过降雨区域时接收到的总回波，然后对总回波进行降雨分布的反演。设定合成孔径雷达的入射角为30°，地面散射为-5 dB，降雨立体分布参数为降雨起点为10 Km,降雨宽度为10 Km，水平分布形状为矩形，降雨高度为7 Km，地面降雨速率为20 mm/h，其中， 太轴表示降降区位置(Km)，,轴表示雨区高度(Km)，ζ轴表示降雨速率(mm/h)。
本发明一种降雨立体分布参数的反演算法，如图1所示，包括以下步骤
步骤一采用星载X波段合成孔径雷达获取总回波数据吣，反演出降雨的起点奂 、雷达总回波最小值^ ；采用VIE反演算法，获得区间(xz-A_tar^3fz)的降雨分布表达式 Z1OO,其中，&为雷达波束离开降雨区域的横坐标^力雷达波束入射角，为雨区高度；
a.反演降雨起点吞，计算下式
权利要求
1.一种降雨立体分布参数的反演算法，包括下列步骤步骤一采用星载；f波段合成孔径雷达获取总回波数据,反演出降雨的起卢β、雷达总回波最小值；采用VIE反演算法，获得区间(x2-的降雨分布表达式ΛΟΟ ,其中，％为雷达波束离开降雨区域的横坐标，5为雷达波束入射角力雨区高度；步骤二 根据上述区间(^-A tanft^)的降雨分布J1(力，反演出降雨水平分布参数攻χ) ，该降雨水平分布参数攻r)确定降雨水平分布为反演整个雨区的降雨水平分布的形状、 降雨区宽度 、地面降雨速率、使用垂直分布反演算法获得垂直分布参数內句；步骤三根据上述反演出降雨水平分布参数攻χ)和垂直分布参数汽功，将水平分布参数攻和垂直分布参数相乘，获得降雨立体分布参数kw)。
2.根据权利要求1所述的一种降雨立体分布参数的反演算法，其特征在于上述步骤一所述的采用星载Z波段合成孔径雷达获取总回波数据，反演出降雨的起点Si、雷达总回波最小值U ；采用VIE反演算法，获得区间的降雨分布表达式/丨⑶，其中，兮为雷达波束离开降雨区域的横坐标4力雷达波束入射角，A为雨区高度；a.反演降雨起点年，计算下式(X) <[AVGn(σ,Μ)-3RMSn[aSAR -ylVGn(3)其中和―民分别表示在，点之前的5个雷达总回波点的平均值和均方根，满足公式(3)的数值为反演出降雨的起点备；b.比较σ-(χ〉中所有数值的大�。渲凶钚≈滴状镒芑夭ㄗ钚≈礮lift； C.计算区间0%-A'tat成；y的降雨分布表达式名⑶，设JOO是降雨区域横坐标 的分段函数，则在整个降雨区域的降雨分布表达式为
3.根据权利要求1所述的一种降雨立体分布参数的反演算法，其特征在于上述步骤二所述的根据上述区间的降雨分布石⑴，反演出降雨水平分布参数，该降雨水平分布参数确定降雨水平分布为反演整个雨区的降雨水平分布的形状、降雨区宽度ft、地面降雨速率g、使用垂直分布反演算法获得垂直分布参数内；a.计算Λω任意一点的导数，记为離1,则降雨水平分布形状为矩形；b.降雨区宽度*，其计算式为W = 0.97-(Xmill-X0)(4)其中4m为反演出的雷达总回波最小值，为降雨的起点；c.降雨水平形状为矩形，函数石⑴的最大值为地面降雨速率巧；d.反演出降雨水平分布参数街χ)， 降雨水平分布的形状为矩形当，属于区间^o S zS ☆ +乓时，则降雨水平分布参数表达式为H(K) = V0(7)当;^不属于区间马 TiG+4时则降雨水平分布参数表达式为H(X) = Q(8)其中，知为降雨起占 力降雨区宽度；e.使用垂直分布反演算法获得垂直分布参数， 在区间Okka内，
4.根据权利要求1所述的一种降雨立体分布参数的反演算法，其特征在于上述步骤三所述的根据上述反演出降雨水平分布参数街X)和垂直分布参数尹(幻，将水平分布参数攻X)和垂直分布参数汽幻相乘,获得降雨立体分布参数洩Χ力； 降雨立体分布参数^Xz),其表达式为R(Ktz) = H(x)-f(z)(5)其中，&为降雨区的高度，Vs为反演的地面降雨速车a力降雨区高度，2为降雨区高度的变量。
全文摘要
本发明公开了一种降雨立体分布参数的反演算法，其步骤如下一、采用星载波段合成孔径雷达获取总回波数据，反演出降雨的起点、雷达总回波最小值、采用VIE反演算法，获得区间的降雨分布表达式；二、根据上述区间的降雨分布，反演出降雨水平分布参数，并使用垂直分布反演算法获得垂直分布参数；三、根据上述反演出降雨水平分布参数和垂直分布参数，将水平分布参数和垂直分布参数相乘，获得降雨立体分布参数。该方法在处理水平分布的时候仅需要反演一个长度为的区域，能够大幅降低了运算量；采用了垂直分布统计公式，只需要处理一行回波数据，从而进一步大幅降低了运算量，而且能保持反演降雨立体分布参数的精度。
文档编号G01S7/02GK102540148SQ20121003260
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月15日 优先权日2012年2月15日
发明者庄静, 杜哲, 毛秀芬, 谢亚楠, 郑 和 申请人:上海大学
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