風(fēng)廓線雷達探測降水反演雨滴譜中的反卷積算法

阮征 葛潤生 杜宇坤

【摘要】 大氣垂直運動的不均勻性展寬了降水返回信號譜，影響了雷達探測反演的雨滴譜分布。為了消除大氣運動不均勻性對雨滴譜反演精度的影響，需要對雷達接收到的降水譜進行反卷積處理。研究文章提出一種改進的迭代反卷積方法，方法通過對雷達接收信號設(shè)置閾值約束條件，迭代中采用逐次逼近的方法，減小了雷達噪聲擾動對反卷積的干擾。

【關(guān)鍵詞】 風(fēng)廓線雷達 信號處理 反卷積

一、引言

通過分析風(fēng)廓線雷達的多普勒速度譜對分析降水具有重要意義；然而，對于觀測降水信號譜，首先要剔除大氣運動譜的影響。降水譜中大氣運動信號譜與降水信號譜符合卷積關(guān)系[1]。

對降水譜反卷積大氣運動譜的研究比較經(jīng)典的方法有Rajopadhyaya等（1993）提出的傅里葉變換（FT）方案及 Schafer等（2002）提出的迭代方案。本文首先論述了一種通過多項式的長除法的閾值迭代反卷積來實現(xiàn)反卷積。

1.方法原理

2.1噪聲實驗

根據(jù)降水譜特性，模擬出相應(yīng)的降水譜，大氣譜，降水實測譜。對降水實測譜添加不同大小的隨機噪聲，通過傳統(tǒng)及改進方法對降水實測譜進行反卷積。不同信噪比情況下，輸出誤差ex（k），信噪比snr以及均方根誤差erms的取值，如表1所示：

由以上數(shù)據(jù)可以得出對于一定輸出信號的信噪比SNR，改進反卷積算法產(chǎn)生的誤差小于傳統(tǒng)算法產(chǎn)生的誤差；輸出信號的信噪比SNR越大，誤差越小；當(dāng)輸出信號的信噪比SNR >10dB，運用改進的方法能夠較好的得到反卷積結(jié)果，而傳統(tǒng)方法必須在輸出信號SNR超過130dB以后才可以。

三、結(jié)論

在數(shù)值計算和原始譜反卷積中，本文的反卷積算法能有效地克服由前端信號分量幅值趨零導(dǎo)致的病態(tài)問題，而且對積累噪聲能夠有效的抑制，從而能夠獲得穩(wěn)定的反卷積結(jié)果。

參 考 文 獻

[1]Wakasugi， K.， A. Mizutani， M. Matsuo， S. Fukao， and S. Kato. A direct method for deriving drop-size distribution and vertical air velocities from VHF Doppler radar spectra. J.Atmos. Oceanic Technol.，1986：3， 623–629