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基于贝叶斯分类器的多普勒天气雷达海浪回波识别和效果检验

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海洋科学 2020年第6期44卷 83-90页

作者：沈妍琰黄兴友黄书荣沈艳秋陈晓颖南京信息工程大学大气物理学院江苏南京210044

为了提升雷达数据质量,减少海浪回波对临近预报和数值天气预报模式的雷达数据同化的不利影响,因此需要对海浪回波进行识别和去除。识别算法主要为统计获得先验概率,分析海浪和降水回波特征分布得到似然函数,再经过贝叶斯分类器来达到识... 详细信息

为了提升雷达数据质量,减少海浪回波对临近预报和数值天气预报模式的雷达数据同化的不利影响,因此需要对海浪回波进行识别和去除。识别算法主要为统计获得先验概率,分析海浪和降水回波特征分布得到似然函数,再经过贝叶斯分类器来达到识别的目的。在本次算法识别过程中65个样本数据试验的临界成功指数ICS达到了0.692,结果表明利用贝叶斯分类器对海浪回波的识别,具有较好的识别效果,能一定程度降低海浪回波误判为降水回波的错误,提高雷达数据质量。

关键词：海浪回波回波识别贝叶斯分类器似然函数先验概率

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基于混沌理论的高频雷达海浪回波特性研究

基于混沌理论的高频雷达海浪回波特性研究

作者：衣春雷哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

长期以来，海杂波一直备受广大学者的关注，然而将海杂波作为一种随机过程来研究，并未取得很好的效果。为了更加深入的了解海杂波的内在物理特性及规律，用混沌理论来研究海杂波为海杂波的研究指明了一个新的方向，本文即是在这样的背... 详细信息

长期以来，海杂波一直备受广大学者的关注，然而将海杂波作为一种随机过程来研究，并未取得很好的效果。为了更加深入的了解海杂波的内在物理特性及规律，用混沌理论来研究海杂波为海杂波的研究指明了一个新的方向，本文即是在这样的背景下来研究高频雷达海浪回波混沌特性的，希望将混沌理论应用到高频雷达海浪回波的研究中。为了应用混沌理论来研究高频雷达海浪回波，首先是要证明它具备混沌特性。在高频雷达海浪回波数据的基础上，对其进行了相空间重构，其中包括两方面的内容：延迟时间的确定和嵌入维数的计算，前者采用改进的自相关函数法，后者采用Cao方法，重构效果很好。高频雷达海浪回波数据在相空间重构的基础上，运用关联维数、Lyapunov指数和Kolmogorov熵三种方法证明了其确实具有混沌特性。其中在关联维计算中，作者提出了一种新的比较有效的识别无标度区间的方法，便于准确的计算关联维数。其次，我们利用混沌理论中的蝴蝶效应，即短时可预测性和长期不可预测性的特点，对高频雷达海浪回波进行了预测。由于其是非线性混沌的，所以我们采用了四种神经网络非线性预测方法，即BP网络、RBF网络、归一化RBF网络和RBF-BP网络。四种网络各具特点，但是最终的预测性能相差不大，鉴于BP网络容易陷入局部极小点，归一化RBF网络预测时间稍长，RBF-BP网络稍显复杂的特点，结果表明RBF网络实用性更强。最后，在杂波预测的基础上，利用混沌时间序列和高频雷达海浪回波数据进行了杂波对消和小目标检测的讨论。杂波对消应用的是BP网络和RBF网络，杂波对消之后，使原来淹没于海杂波中的目标得以显现，然后根据杂波对消之后的残余误差进行了目标检测，仿真实验表明对信杂比较小的目标仍能很好的检测到，本文最后一章对几种常用的去噪方法进行了简要的研究，结果表明小波去噪具有明显的优势。

关键词：混沌高频雷达海浪回波

新一代天气雷达海浪回波特征分析和识别方法研究

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新一代天气雷达海浪回波特征分析和识别方法研究

作者：谭学成都信息工程学院

学位级别：硕士

沿海雷达在进行实时观测降水过程中，经常会受到海浪回波的影响，海浪回波会对雷达基数据造成污染，影响估测降水及相关产品，所以需要进行自动识别、剔除。本文是开发出适合于我国新一代天气雷达的海浪回波识别方法。采用福州、温州、... 详细信息

沿海雷达在进行实时观测降水过程中，经常会受到海浪回波的影响，海浪回波会对雷达基数据造成污染，影响估测降水及相关产品，所以需要进行自动识别、剔除。本文是开发出适合于我国新一代天气雷达的海浪回波识别方法。采用福州、温州、厦门、舟山、汕头、湛江的SA/SB多普勒雷达收集海浪回波资料，按出现时间关系将其分为两类。第一类海浪回波强度一般较强，主要在台风期间外的其余时间，降水过程前后出现;第二类海浪回波强度较弱且均匀，仅在台风期间，雷达位置的近海域出现。本文通过分析资料得到两类海浪回波不同于对应降水回波的各种特征，确定识别海浪回波的最佳隶属函数。针对第一类海浪回波，考虑到海浪回波很少与降水回波混合，本文采用了基于回波分块和模糊逻辑的海浪回波识别方法;首先利用算法预处理条件判断是否执行算法识别，然后采用SCIT算法将回波组合成块，计算每个独立回波块的属性值，对符合要求的回波块和离散回波点再进行基于模糊逻辑的逐点识别，并借鉴了刘黎平等提出的分步式回波识别方法并加以改进来实现回波点的动态阈值识别。针对第二类海浪回波，直接采用了基于模糊逻辑的分步式海浪回波识别方法。另外在第五章还研究了在新观测模式下的海浪回波识别。论文的主要结论如下：（1）通过回波强度、径向速度阈值的预处理，可以直接排除明显的降水回波。使得在统计特征分析时，更能有效地分析各种特征量。（2）第一类海浪回波和降水回波的TDBZ、SPIN、GDBZ、FOP、MDVE和MDSW这6个参量取值范围有明显区别，用这6个参量能够区分第一类海浪回波和降水回波并加以识别;第二类海浪回波和台风降水回波的TDBZ、SPIN、TVDBZ和MDVE这4个参量取值范围有明显区别，用这4个参量能够反演第二类海浪回波和台风降水回波特征并加以识别。（3）两种方法均能够分别有效识别两类海浪回波和对应的降水回波，在识别第一类海浪回波中，对于一般强度的海浪回波，本方法识别效果较好，可以识别出绝大部分回波;对于强度较弱（小于10dBZ）的第一类海浪回波，识别效果不是很好，有少量的剩余;在识别第二类海浪回波中，海浪回波的识别效果较好，可以识别出绝大部分回波，并且海浪回波的误判率和漏判率较小。（4）利用回波块的识别方法明显减少了对降水回波的误判;而利用分步式方法能进一步改善海浪回波的识别效果，特别是减少了没有径向速度资料的降水回波被误判为海浪回波的现象。（5）沿海雷达，在合理仰角选择范围内，可以降低扫描仰角，对降水能更完整、系统地进行观测，这样也有助于相应的产品的准确性。通过统计分析及识别结果表明：超低仰角-0.3°和0°观测下海浪回波识别参数(TDBZ、SPIN、TVDBZ和MDVE)与常规模式0.5°仰角下的概率统计分布差异不大。利用常规模式下的海浪回波识别算法应用在超低仰角下进行识别时可行的，但仰角越低，识别的准确率有一定的降低。

关键词：海浪回波模糊逻辑回波识别质量控制超低仰角

福州SA雷达新观测模式结果对比及海浪回波识别

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成都信息工程学院学报 2013年第5期28卷 512-519页

作者：谭学刘黎平范思睿成都信息工程学院四川成都610225 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 四川省人工影响天气办公室四川成都610072

福州SA雷达经过调整常规观测模式采用超低仰角进行扫描,这样可以改进常规观测模式的不足,如远距离和底层探测能力、台风预警预报等,但也易受海浪回波等非气象回波的影响。这些非气象回波会对雷达定量估测降水及其他产品造成污染,所以必... 详细信息

福州SA雷达经过调整常规观测模式采用超低仰角进行扫描,这样可以改进常规观测模式的不足,如远距离和底层探测能力、台风预警预报等,但也易受海浪回波等非气象回波的影响。这些非气象回波会对雷达定量估测降水及其他产品造成污染,所以必须进行自动识别、剔除。分别对超低仰角与常规观测模式仰角下收集到的海浪回波做特征统计分析对比,并利用常规观测模式下的海浪回波识别算法对超低仰角层下观测的海浪回波进行识别。通过特征统计分析及识别结果表明:海浪回波算法识别参数(TDBZ、SPIN、TVDBZ、MDVE)统计特征均无太大变化,利用常规模式下海浪回波识别算法能很好地识别超低仰角下的海浪回波。通过上述验证分析得出:利用常规观测模式下的海浪回波识别算法应用在超低仰角下进行识别是可行的。

关键词：雷达气象质量控制海浪回波超低仰角

恒虚警电路在海防导弹抗海浪问题上的分析与试验

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制导与引信 1981年第3期 11-17页

作者：李祖诒

一、海浪造成雷达虚警的概率分析 1.海浪回波的统计特性: 海浪回波由雷达每一个探测单元复盖的海域反射形成。雷达探测单元复盖的海域面积为;

关键词：恒虚警电路海防导弹雷达传感器距离灵敏度海浪回波恒虚警损失

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激光束海面散射建模方法与探测性能评估

探测与控制学报 2020年第2期42卷 35-40页

作者：谢悦牛兰杰董卫斌屈鹏飞王刚西安机电信息技术研究所陕西西安710065

针对近程海面探测试验存在的限制条件和缺少理论仿真模型等问题,提出了激光束海面散射建模模型与探测性能评估方法。该方法基于三点滑动窗函数和激光束与随机海浪交会情况,通过矢量运算法确定面元入射角,采用朗伯体面元建立海面散射回... 详细信息

针对近程海面探测试验存在的限制条件和缺少理论仿真模型等问题,提出了激光束海面散射建模模型与探测性能评估方法。该方法基于三点滑动窗函数和激光束与随机海浪交会情况,通过矢量运算法确定面元入射角,采用朗伯体面元建立海面散射回波模型和模型参数拟合,并计算相同探测条件下的紫红醇酸漆舰船目标板回波功率,分析了典型四种海面/舰面视场变化情况下的回波信息特征。仿真结果表明,海面回波信噪比和相对高度随机变化,而舰船回波信噪比和相对高度变化具有一致性,根据不同交会情况下探测视场回波信息特征,完成对海面/舰面目标自适应识别和系统探测性能评估。

关键词：激光引信斜率海浪回波信噪比

新一代天气雷达气象回波与非气象回波识别方法的研究

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新一代天气雷达气象回波与非气象回波识别方法的研究

作者：江源中国气象科学研究院

学位级别：硕士

雷达回波可以区分为气象回波和非气象回波。气象回波中的非降水回波会对降水因子有一定影响;而非气象目标一方面会在雷达探测时对雷达资料造成污染,并导致雷达数据的质量问题;另一方面某些非气象回波又可以反演出有用的气象信息。因此... 详细信息

雷达回波可以区分为气象回波和非气象回波。气象回波中的非降水回波会对降水因子有一定影响;而非气象目标一方面会在雷达探测时对雷达资料造成污染,并导致雷达数据的质量问题;另一方面某些非气象回波又可以反演出有用的气象信息。因此实时对探测到的雷达资料进行回波分类,对雷达资料的质量控制以及其在下游的雷达产品的生成有重要的意义。本文是在现有的基于模糊逻辑识别地物回波工作的基础上,发展适合于我国新一代天气雷达(SA)的地物回波识别的方法,采用北京和天津SA雷达体扫资料,同时使用了反射率因子和径向速度以及速度谱宽进行处理,分析了气象回波和非气象回波的特征,对地物回波进行识别;并采用CSI方法改进了地物识别的隶属函数;并探讨了晴空海浪回波的特征。本论文工作的开展为新一代雷达资料基数据的质量控制,雷达产品的质量,以及非气象回波反演大气特征等等提供了强有力的基础。论文的主要结论如下:(1)采用北京和天津SA雷达体扫资料,同时使用了反射率因子和径向速度以及速度谱宽进行处理,得到降水回波,地物回波的隶属函数的各种特征,并对各个函数进行分析;结果也表明地物回波和降水回波有不同的特征,即降水回波和地物回波的MDVE、SDVE、MDSW、TDBZ、GDBZ和SPIN这6个参量取值范围有明显的区别,用这6个参量能够反演地物和降水的回波特征并加以识别。(2)考虑到隶属函数的确定是地物识别准确率的关键,运用CSI评判标准确定了模糊逻辑超折射地物回波识别的最佳线性梯形隶属函数,结果表明该隶属函数能够有效识别地物和降水回波;将其与美国的隶属函数以及我国现有的隶属函数进行了比较,结果显示该隶属函数减小了将降水回波误判为地物的可能性;特别是减小了没有径向速度资料的空间变化梯度比较大的层状云降水回波被误判为地物的现象。(3)在对径向速度对回波识别的贡献的分析中,可以看出来,径向速度对雷达回波识别是有贡献的,综合使用雷达回波强度径向速度以及速度谱宽可以使雷达回波识别的准确率有所提高;并且经过效果检验发现其影响主要体现在对降水的识别上,使用径向速度有关的参量参与识别能减小降水的误判。(4)在对个例中降水的误判分析中也显示,对强降水的边缘回波的以及层状云降水回波的误识别主要是与回波强度的水平变化以及速度有关,速度参量不参与识别时误识别的可能性加大。这些也说明在地物回波的识别中使用径向速度数据是可以提高识别效果的。(5)对厦门地区的超折射海浪回波的个例分析中可以看出,其特点与超折射地物回波相似,但是也存在着一些明显的差别,如相比于地物回波,海浪回波的垂直变化高概率区比地物回波略大,这样会导致海浪回波的垂直变化隶属函数曲线在地物回波的右侧;而海浪回波的水平变化则比地物回波略小,其隶属函数曲线将在地物回波的左侧;而径向速度则显示海浪回波的高概率区范围在负值区略广于地物回波;海浪回波的速度方差范围则在地物的范围之内;速度谱宽则略广于地物回波。(6)对北京地区的层状晴空回波的个例研究表明,此次层状云晴空回波处于大气边界层内,主要散射机制符合湍流尺度为λ/2的布拉格散射。边界层晴空回波的出现,说明了边界层中存在较强的大气温、压、湿的不均匀结构,由温度、气压和水汽的梯度引起湍流过程。(7)同时,我们也应该注意到雷达回波识别问题仍然是一个比较复杂的问题,仅仅依靠预报员和雷达资料,要准确区别地物和降水回波有时是非常困难的;但是各种回波的识别又是非常有意义的,因此,进一步发展综合利用卫星和雷达资料来进行地物、海浪和晴空回波的识别是非常必要的。

关键词：雷达回波分类模糊逻辑法超折射回波海浪回波晴空回波

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天气雷达资料的应用

农民致富之友 2012年第6期 7-7页

作者：庞松江房淑波黑龙江省绥化市气象局

1.典型强台风多年实践证明,天气雷达是探测热带气旋的重要工具,有了雷达就有了预报服务的主动权。雷达可以连续跟踪台风,能及时掌握其中心位置、强度、移动变化等动向,为预报提供了有力的依据。典型强台风的雷达回波特点:结构紧密,台风... 详细信息

1.典型强台风多年实践证明,天气雷达是探测热带气旋的重要工具,有了雷达就有了预报服务的主动权。雷达可以连续跟踪台风,能及时掌握其中心位置、强度、移动变化等动向,为预报提供了有力的依据。典型强台风的雷达回波特点:结构紧密,台风眼小(回波强,有超折射现象,范围小,移速快。2.确定台风中心位置主要是根据台风眼或螺旋雨带确定台风中心位置。若有台风眼,用眼定位比较容易,且误差较小,误差一般在10-20km以内。然而大部分热带气旋不出现台风眼,这时只能根据螺旋雨带来定位。差较大,但经过连续跟踪,再经过动画显示,并参考卫星云图,其定位基本可靠。若有多条螺旋雨带,结构较紧密,所定的中心位置更加可靠。

关键词：天气雷达风力测雨雷达气象雷达海浪回波螺旋雨带台风路径