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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

  • [1] 阮征, 吴志根.风廓线仪探测降水云体结构方法的研究.应用气象学报, 2002, 13(3):330-338 http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20020343&flag=1
    [2] 何平, 朱小燕, 阮征, 等.风廓线雷达探测降水过程的初步研究.应用气象学报, 2009, 20(4):465-470 doi:  10.11898/1001-7313.200904011
    [3] 郭虎, 段丽, 杨波, 等.0679香山局地大暴雨的中小尺度天气分析.应用气象学报, 2008, 19(3):265-275 doi:  10.11898/1001-7313.20080302
    [4] 王莎, 阮征, 葛润生.风廓线雷达探测大气返回信号谱的仿真模拟.应用气象学报, 2012, 23(1):20-29 http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20120103&flag=1
    [5] 王欣, 卞林根, 彭浩, 等.风廓线仪系统探测试验与应用.应用气象学报, 2006, 16(5):693-698 http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20050590&flag=1
    [6] 何平.相控阵风廓线雷达.北京:气象出版社, 2006:11-12
    [7] Benjamin S G, Schwartz B E, Koch S E, et al.The value of wind profiler data in US weather forecasting. Bull Amer Meteor Soc, 2004, 85(12):1871-1886 doi:  10.1175/BAMS-85-12-1871
    [8] Kitamura Y, Nakagawa K, Sekizawa S, et al.Vertical Profile of Raindrop Size Distribution by Using 400 MHz Wind Profiler in Stratiform Rainfall//32nd Conference on Radar Meteorology.2005:P7R
    [9] Wang M Z, Wei W S, He Q, et al.Application of wind profiler data to rainfall analyses in Tazhong Oilfield region, Xinjiang, China. Journal of Arid Land, 2012, 4(4):369-377 doi:  10.3724/SP.J.1227.2012.00369
    [10] Russell C A, Jordan J R.Portable Clutter Fence for UHF Wind Profiling Radar//7th Symposium on Meteorological Observations and Instrumentations.1991:152
    [11] Strauch R G, Merritt D A, Moran K P, et al.The Colorado wind-profiling network. J Atmos Ocean Technol, 1984, 1(1):37-49 doi:  10.1175/1520-0426(1984)001<0037:TCWPN>2.0.CO;2
    [12] 刘涛, 曾祥利, 曾军.实用小波分析入门.北京:国防工业出版社, 2006:73-75
    [13] 何平, 李柏, 吴蕾, 等.确定风廓线雷达功率谱噪声功率方法.应用气象学报, 2013, 24(3):297-303 doi:  10.11898/1001-7313.20130305
    [14] Sifuzzaman M, Islam M R, Ali M Z.Application of wavelet transform and its advantages compared to Fourier transform. Journal of Physical Sciences, 2009, 13:121-134 http://www.ijmetmr.com/olfebruary2016/BasimNasih-A-4.pdf
    [15] Ingrid Daubechies. 小波十讲. 李建平, 杨万年, 译. 北京: 国防工业出版社, 2005: 29-31
    [16] Jordan J R, Lataitis R J, Carter D A.Removing ground and intermittent clutter contamination from wind profiler signals using wavelet transforms. J Atmos Ocean Technol, 1997, 14(6):1280-1297 doi:  10.1175/1520-0426(1997)014<1280:RGAICC>2.0.CO;2
    [17] Ai W, Huang Y, Hu M, et al.Ground Clutter Removing for Wind Profiler Radar Signal Using Adaptive Wavelet Threshold//2010 International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation (ICMTMA), IEEE, 2010:370-373
    [18] Justen L A, Teschke G, Lehmann V.Wavelet-based Methods for Clutter Removal from Radar Wind Profiler Data//Photonics Technologies for Robotics, Automation, and Manufacturing.International Society for Optics and Photonics, 2004:157-168
    [19] Lehmann V, Teschke G.Wavelet based methods for improved wind profiler signal processing. Annale Geophysicae, 1999, 19(8):825-836 http://www.oalib.com/paper/2551055
    [20] 丁敏, 卜祥元.提升小波去地杂波方法.现代电子技术, 2006, 29(11):32-34 doi:  10.3969/j.issn.1004-373X.2006.11.011
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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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