申请/专利权人：北方激光研究院有限公司;西南技术物理研究所

申请日：2020-07-07

公开（公告）日：2024-06-18

公开（公告）号：CN111856511B

主分类号：G01S17/95

分类号：G01S17/95

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.18#授权;2020.11.17#实质审查的生效;2020.10.30#公开

摘要：本发明公开了一种改变扫描夹角的DBS风场扫描方法，调整任意被遮挡波束的圆锥扫描半角为γ1，以雷达为原点建立直角坐标系，重新构建每个径向风速与风向矢量的关系式，连续四个方向的径向速度反演处理即可得到水平风速、风向以及垂直气流形成的三维风场信息。随后对改进后的DBS风场反演算法的误差来源进行详细分析，确保严格控制圆锥扫描半角的取值范围，使得真实三维风场测量精度满足相应要求。本发明可避免因雷达扫描波束遮挡造成常规算法失效，有效提高风场的反演精准度。

主权项：1.一种改变扫描夹角的DBS风场扫描方法，其特征在于，所述方法的过程为：S1：进行变角DBS扫描探测时，雷达正常扫描测得目标空域的风场数据，发出四束方位角间隔固定的波束；S2：雷达扫描波束被遮挡时，调整任一被遮挡波束的圆锥扫描半角为γ1，其余三个波束的圆锥扫描半角保持为γ不变，γ1≠γ；S3：以雷达为原点建立直角坐标系，重新构建每个径向风速与风向矢量的关系式；S4：连续四个方向的径向速度通过反演处理得到水平风速、风向以及垂直气流形成的三维风场信息；过程S1中，设定风场矢量在DBS扫描过程中保持不变，四个波束发射方向间隔90°；过程S3中，将雷达所在位置作为原点建立直角坐标系，设风矢量为u，v，w，则u沿着x轴，v沿着y轴，w沿着z轴，圆锥扫描半角γ是波束指向与z正轴的夹角，扫描方位角θ以x坐标正轴为0度起点；即四个方向测得的径向风速分别为VR1，VR2，VR3，VR4，由设置在雷达上的倾角传感器和方位传感器读出雷达四个波束的方位角θ1，θ2，θ3，θ4和圆锥扫描夹角γ，按照预设的准则，计算出以雷达为原点，四个扫描方向的径向风速为： 过程S3中，若坐标轴x，y分别与East，North方向重合，则测风雷达四个扫描方位角对准E，N，W，S方向，即θ1，θ2，θ3，θ4分别为0°，90°，180°，270°，则可测的三维真实风矢量在x，y，z轴上的投影分量VRE，VRN，VRW，VRS为： 过程S4中，若西波束被遮挡，则调整VRW方向的圆锥扫描角度为γ1，其余三个方向的圆锥扫描角度依旧为γ，雷达按预定的探测模式进行扫描测得实际探测空域上的水平风速、风向和垂直气流的三维风场信息；重构后的三维风场投影分量为： 那么水平风速VH和水平风向α为： 且在三角坐标中，直接由反正切函数计算出来的角度值α不是气象学上的风向角度值，需做如下转换：当时，当时，改变扫描夹角的DBS风场扫描方法还包括误差分析过程：计算出水平风速和水平风向后，估算其误差来源分别为： 同理可得： 即：水平风速风向误差不仅和径向风速误差、圆锥扫描半角有关，还和风速大小有关，严格控制以上影响因子的取值范围，即可使得水平风速风向误差满足研制要求。

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