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自适应阈值方法去除风廓线雷达地物杂波

张福贵 范潇 何建新

张福贵, 范潇, 何建新. 自适应阈值方法去除风廓线雷达地物杂波. 应用气象学报, 2015, 26(4): 472-481. DOI: 10.11898/1001-7313.20150409..
引用本文: 张福贵, 范潇, 何建新. 自适应阈值方法去除风廓线雷达地物杂波. 应用气象学报, 2015, 26(4): 472-481. DOI: 10.11898/1001-7313.20150409.
Zhang Fugui, Fan Xiao, He Jianxin. A modified method of removing ground clutter from wind profiler radar based on adaptive wavelet threshold. J Appl Meteor Sci, 2015, 26(4): 472-481. DOI:  10.11898/1001-7313.20150409.
Citation: Zhang Fugui, Fan Xiao, He Jianxin. A modified method of removing ground clutter from wind profiler radar based on adaptive wavelet threshold. J Appl Meteor Sci, 2015, 26(4): 472-481. DOI:  10.11898/1001-7313.20150409.

自适应阈值方法去除风廓线雷达地物杂波

DOI: 10.11898/1001-7313.20150409
资助项目: 

国家公益性行业 (气象) 科研专项 GYHY200906039

详细信息
    通信作者:

    张福贵, email: zfg@cuit.edu.cn

A Modified Method of Removing Ground Clutter from Wind Profiler Radar Based on Adaptive Wavelet Threshold

  • 摘要: 风廓线雷达探测过程中电磁波传输会受到各类杂波的干扰,其中,地物是主要来源。从功率谱数据上看,地物杂波主要集中在零频附近,且幅度较高,不加以抑制会影响气象回波的识别。针对目前常用的小波阈值滤波法在处理近零频回波被杂波覆盖时效果不佳的情况,该文结合风廓线雷达特点,提出一种根据小波分解高频系数自适应确定阈值的方法,并通过模拟数据与风廓线雷达实测数据进行检验,结果表明:即便信号靠近零频,且被杂波覆盖,该方法也能快速准确识别信号回波。同时,该算法原理简单、计算量小、易于实现,在实际应用中能够增加谱峰识别准确率,可为改善风廓线雷达产品质量提供参考。
  • 图  1  信号逐级分解流程

    Fig. 1  The flow chart of signal decomposition

    图  2  数据模拟环境

    Fig. 2  The figure of data simulation environment

    图  3  1.5 Hz信号小波系数图

    (a) 传统阈值方法,(b) 自适应阈值方法

    Fig. 3  Wavelet coefficients of 1.5 Hz signal

    (a) traditional threshold processing, (b) self-adapting threshold processing

    图  4  1.5 Hz信号功率谱图

    (a) 原始功率谱,(b) 零频中心3点剔除法处理后的功率谱,(c) 传统阈值方法处理后的功率谱,(d) 自适应阈值方法处理后的功率谱

    Fig. 4  Power spectrum of 1.5 Hz signal

    (a) original power spectrum, (b) power spectrum after zero-frequency elimination of 3 points, (c) power spectrum after traditional threshold processing, (d) power spectrum after self-adapting threshold processing

    图  5  50 Hz模拟数据功率谱图

    (a) 原始功率谱, (b) 自适应阈值方法处理后的功率谱

    Fig. 5  Power spectrum of 50 Hz signal

    (a) original power spectrum, (b) power spectrum after self-adapting threshold processing

    图  6  2014年5月17日12:50成都信息工程大学风廓线雷达Ⅰ路和Q路信号图及小波系数

    (a) 原始Ⅰ路和Q路信号,(b) 重构Ⅰ路和Q路信号,(c) 原始小波系数,(d) 自适应阈值方法处理后的小波系数

    Fig. 6  The time series of Ⅰ component and Q component and wavelet coefficients of WPR at CUIT at 1250 BT 17 May 2014

    a) original time series of Ⅰ component and Q component, (b) reconstructed time series of Ⅰ component and Q component, (c) original wavelet coefficients, (d) wavelet coefficients after self-adapting threshold processing

    图  7  2014年5月17日12:50成都信息工程大学风廓线雷达分功率谱

    (a) 原始功率谱,(b) 自适应阈值处理后的功率谱

    Fig. 7  Power spectrum of WPR at CUIT at 1250 BT 17 May 2014

    (a) original power spectrum, (b) power spectrum after self-adapting threshold processing

    图  8  2014年4月25日09:30成都信息工程大学风廓线雷达功率谱

    (a) 原始功率谱,(b) 自适应阈值方法处理后的功率谱,(c) 零频中心3点剔除方法处理后的功率谱图

    Fig. 8  Power spectrumof WPR at CUIT at 0930 BT 25 Apr 2014

    (a) original power spectrum, (b) power spectrum after self-adapting threshold processing, (c) power spectrum after zero-frequency elimination of 3 points

    图  9  2014年5月17日12:00成都信息工程大学风廓线雷达功率谱随高度分布

    (a) 原始功率谱随高度分布,(b) 自适应阈值方法处理后功率谱随高度分布

    Fig. 9  Spectral distribution of WPR at CUIT with height at 1200 BT 17 May 2014

    (a) original spectral distribution with height, (b) spectral distribution with height after self-adapting threshold processing

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出版历程
  • 收稿日期:  2014-11-13
  • 修回日期:  2015-03-18
  • 刊出日期:  2015-07-31

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