第三章数据模糊的处理

1、第三章 数据模糊的处理 第三章 数据模糊的处理本章将介绍WSR-88D算法怎样为操作员提供尽可能好的基本数据，同时了解这些算法的局限性如何影响产品的质量和产生虚假的数据。我们强调如何区分正确的和虚假的数据。脉冲多普勒雷达有其固有的限制，为了做出最好的决定，操作员必须具有工作知识。本章将提供区分正确的与错误的反射率因子和速度性质的基础知识。这里对距离门（range gate）和距离库（range bin）的区别做一点说明。虽然一般而言是通用的，但是距离门（range gate）和距离库（range bin）的意思是不同的。距离门用于描述WSR-88D显示出来的产品，而距离库用于描述算法。 学完本

2、章后你应该掌握的主要内容是： 了解PRF（脉冲重复频率）变化对Rmax（最大探测距离）和Vmax（最大不模糊速度）的影响，即所谓“多普勒两难（Doppler Dilemma）”。2. 给定WSR-88D基本产品后，会识别以下区域： 地物杂波污染； 异常传播； 距离折叠；不适当的退模糊速度。 了解下列算法的优点和局限： 地面杂波消除（ground clutter suppression） 间歇/点杂波消除 （intermittent/point clutter suppression） 距离去折叠 （range unfolding） 速度退模糊 （velocity dealiasing） 掌握U

3、CP操作员减小速度模糊和距离折叠的方法。3.1 PRF对Rmax和Vmax的影响Rmax的定义：最大探测距离是一个发射脉冲在下一个发射脉冲发出前能向前走并返回雷达的最长距离。 其中，Rmax为最大探测距离，c为光速，PRF为脉冲重复频率。这个方程来自一个熟悉的关系，距离速度时间。Rmax是距离，c是脉冲传播的速度。式子右侧分母上的因子2是考虑了脉冲碰到目标又返回雷达的路程。式子中的时间是从一个脉冲的开始到下一个脉冲开始，正好是PRT。由于PRT=1/PRF，所以时间表示成1/PRF。这式子的意义是Rmax与PRF是反比关系。Vmax定义： 最大不模糊速度是雷达能够不模糊地测量的最大平均径向速度

4、。回顾一下第二章第3节，Vmax相对应的脉冲对相移是180。这是WSR-88D能够不模糊地测量的最大脉冲对相移。 其中，Vmax为最大不模糊速度，为波长（WSR-88D的波长10cm）， PRF为脉冲重复频率。这个方程来源于一个熟悉的关系：速度距离时间。Vmax是速率，相应的脉冲对相移是180。式子右侧的是距离项。一个完整的波长，对应于360（大约10cm）。由于雷达脉冲总是出去和回来，所以由WSR-88D分析的180的脉冲对相移实际上对应目标4（90）的水平位移。对于上述方程，/4是一个大约1英寸（大约是2.5cm）的固定距离。最后一步是用时间除距离，又一次用到PRT，在方程中用1PRF表示

5、。方程的意义是：Vmax直接依赖于PRF。要点：1)在关于Vmax和Rmax的两个方程中，PRF是右侧唯一的变量；2)当PRF增加，Rmax减小；PRF减小，Rmax增加；3)当PRF增加，Vmax增加；PRF减小，Vmax减小。“多普勒两难(Doppler Dilemma)”：由于没有唯一的PRF能使得Vmax和Rmax都能达到最大，所以要使用变化的PRF。每台WSR-88D使用不同的PRF，从一组8个PRF中选择。典型例子如下：图3-1 WSR-88D使用的一组PRF样本。图3-2 每个VCP中分别用于CS和CD模的PRFs表。注意在VCP11、21和32中CD模的PRFs可以手工选择。每

6、个WSR-88D雷达站使用一套8个不同的PRFs。 具体使用哪一个取决于VCP、仰角和波型（见第二章第1节）。对于VCP11和21中的CS（contiguous surveillance）模，使用脉冲重复频率（PRF）1、2和3（图3-2）。请注意用PRF1、2和3所得Rmax是相当好的，但Vmax值对大多数气象条件而言会产生很大的速度混淆（aliasing）。因此，为了得到准确的速度估计，在VCP11和21相应的CD（contiguous Doppler）模中，使用PRF4、5、6、7和8。请注意这些PRFs与较高的Vmax值相联系，但对应的Rmax是较短的。对于究竟使用CD模5个 PRFs

7、中的哪一个，往往采取折衷的方法，在所要求的最大Vmax和减少距离折叠回波的最好Rmax之间搞折衷（见去距离折叠算法）。注意到这5个CD模的PRFs是可以手动改变的。对于VCP31，PRF1用于警戒（CS）模，PRF2用于多普勒（CD）模（见图3-2）。因此，距离信息是准确的，但VCP31中速度模糊（velocity aliasing也可译为速度混淆）的严重程度大大地高于其它VCPs。3.2 地面杂波（ground clutter）去除本节将给出天气多普勒雷达受地面杂波污染（contamination）的例子。介绍减轻和消除该污染的算法。在RDA中所完成的处理中，地面杂波仰制（ground cl

8、utter suppression）是在数字化数据一离开信号处理器时就做了，接下来的是点杂波仰制（point clutter suppression）。再接下来做的是去距离折叠算法（range unfolding algorithm），然后反射率因子、速度和谱宽基本数据通过宽带通讯线路被送到RPG。退速度模糊（velocity dealiasing）是在RPG执行的第一个任务。3.2.1地物杂波污染 当返回信号是静止的或接近静止的，非气象目标被处理进了基本数据时，就发生了地物杂波污染。地物杂波污染对基本数据的准确性影响很大。由于全部产品和算法是建立在基本数据上的，所以地物杂波污染即影响基本产品

9、，也影响导出产品。特别敏感的例子是降水估计。3.2.1.1总的特点1）与以前的常规雷达类似，地物杂波污染主要影响最低仰角扫描的产品；2）与以前的常规雷达类似，地物杂波污染发生在距雷达较近的地方；3）对于任一特定的仰角，典型的地物杂波污染从一个体扫描到下一个体扫描很少有变化，并且大多数时间都会出现。3.2.1.2地物杂波在反射率产品上的形态离雷达近的地面目标一般都有较高的反射率。如果地物杂波不完全被抑制，WSR-88D会赋给高反射率值。这些高反射率值往往呈无规则的分布，从一个距离门到下一个距离门有很大变化（图3-3）。3.2.1.3地物杂波在平均径向速度产品上的形态由于地面目标是静止的，其径向速

10、度接近零。但也有例外。非零速度的地物回波往往来自树叶摇摆、大洋上的波涛、汽车等等。较大的建筑物，如楼房和水塔，也能造成非零的速度值，这个值的大小与该建筑物相对于距离库的大小有关，与建筑物周围的气流速度有关。地物杂波污染在平均径向速度产品上的特征是一个接近零速度值的大片区域镶嵌着孤立的非零速度值（图3-4）。 l-29图3-3基本反射率产品上的地面杂波污染的例子（彩图见光盘）。注意最大反射率值和它们不规则的分布。 l-30图3-4 对应于图3-3的基本速度产品被地面杂波污染的例子（彩图见光盘）。注意接近零的速度值区和被嵌在其中的较高速度值。当目标尺度大于距离库尺度时，WSR-88D只对建筑物本身

11、采样，一般得到低到零的速度。这种情况最容易发生在离雷达很近的地方。当目标尺度小于距离库尺度时，WSR-88D对建筑物和它周围的大气采样。建筑物周围的任何涡旋和气流都会被探测到，一般得到非零速度。3.2.1.4地物杂波在谱宽产品上的形态由于地面目标是静止的，速度值相当低，谱宽值就接近零。由于与平均径向速度有关，也就有例外。非零谱宽值可以由摇摆的树叶、洋上的波浪和汽车造成。较大的建筑物能造成变化的谱宽值，这与建筑物的尺度相对于样本体积的大小有关，也与建筑物周围气流的速率有关。地物杂波污染在谱宽产品上表现为一些孤立的非零值被嵌在接近零的谱宽场中间。 当目标尺度大于距离库尺度时，这时WSR-88D对建

12、筑物本身采样，一般得到接近零的谱宽值。这种情况最可能发生在近距离处。当目标尺度小于距离库尺度时，WSR-88D对建筑物和它周围的大气采样。建筑物周围的任何涡旋和气流都能探测到，所以可能得到非零谱宽。 l-31图3-5 与图3-3对应的，谱宽基本产品被地面杂波污染的例子（彩图见光盘）。3.2.2异常传播 （anomalous propagation） 我们这里将地物杂波和异常传播区别开来是因为大家通常这样做。然而，异常传播这个词只与雷达波束怎样通过非标准大气传播有关，与波束照射的目标没有关系。从异常传播返回的回波是地面回波，可以认为是地面杂波。由于异常传播取决于大气条件，所以显示在WSR-88D

13、产品上的相应的地面回波类型每天、每小时，甚至每一个体积扫描都在变化。3.2.2.1一般特征1）与以前的常规雷达类似，异常传播回波在最低仰角产品上是非常普遍的；2）异常传播回波发生在距雷达不同的距离上；3）超折射一般发生在温度随高度升高而增加和（或）湿度随高度增加而减少的大气层次内。3.2.2.2异常传播在反射率产品上的形态与以前的常规雷达类似，异常传播往往造成反射率数据出现杂斑点（mottled appearance），斑点值的变化范围很宽，并可以扩展到很大的范围。 WSR-88D的反射率数据比以前的常规雷达系统提供了大量更详细的信息。异常传播造成的地面回波的不均匀性相当明显。通常反射率值相当

14、高，并且会发生突然地从低到高值的变化。其反射率梯度不如气象回波的反射率梯度光滑（图3-6）。 l-32图3-6 基本反射率产品上异常传播的例子。注意杂斑点的外形和雷达西南部的高回波值，与雷达东北部的气象回波形成鲜明对比。 l-33图3-7 与图3-6相应的显示在基本速度产品上的异常传播的例子（彩图见光盘）。注意到：在雷达西南方接近零的速度区内嵌有孤立的高值，与雷达东北方的气象回波不同。3.2.2.3异常传播在平均径向速度产品上的形态与地物杂波污染类似，在超折射条件下的回波是来自地面目标，一般是静止不动的。因此，典型的速度值是零，但也有例外。非零回波来源于树叶的摇摆、大洋上的波浪和汽车等等。较大

15、的建筑物，如大楼或水塔能产生变化的速度值，这取决于建筑物相对于距离库尺度的大小和建筑物周围气流的速率。异常传播在平均径向速度产品上的特征是一个接近零的速度场中孤立地镶嵌着非零值（图3-7）。当目标尺度大于距离库尺度时，这时WSR-88D对建筑物本身采样。我们可以期望得到接近零的速度。与地面杂波污染相比异常传播距离较长，上述情况是少见的。当目标尺度小于距离库尺度时，WSR-88D对建筑物和它周围的大气采样。建筑物周围的任何涡旋和气流都会被探测到，将会得到非零速度。3.2.2.4异常传播在谱宽产品上的形态就像一般的地物杂波污染一样，在超折射情况下的地面目标回波一般是静止的。因此，速度偏差非常低，谱

16、宽值接近零。与平均径向速度产品一样，也有些例外。与异常传播相应的非零速度谱宽也会出现，这一般是由树叶摇摆、大洋波浪和汽车造成的。较大的建筑物造成谱宽的变化，与建筑物相对于距离库的大小有关，与建筑物周围的气流速率有关。异常传播在谱宽产品上的特点是在接近零值的区域内镶嵌着孤立的非零值（图3-8）。当目标尺度大于距离库尺度时， 这时WSR-88D只对建筑物本身采样，可期望得到接近零的谱宽。与地面杂波污染相比异常传播距离较长，上述情况是少见的。当目标尺度小于距离库尺度时，WSR-88D的采样包括建筑物本身和它周围的气流。建筑物周围的任何涡旋和气流会被探测到，有可能得到非零谱宽。 l-34图3-8 与图

17、3-6对应的显示在基本谱宽产品上异常传播的例子。3.2.3地面杂波抑制（ground clutter suppression）3.2.3.1杂波信号与气象信号的对比 多普勒功率谱（Doppler power spectrum）描述了基本数据分析过程。对于特定的距离库，其系列脉冲回波的功率和速度有所不同。一个正态分布（钟型）曲线可以拟合这些数据，揭示出平均功率、平均径向速度和速度谱宽的特点。通过检验回波的多普勒功率谱，我们可以区别气象信号和杂波信号。一个杂波信号的特征是具有较高的回波功率，径向速度以零为中心分布，谱宽很窄。一个气象信号具有变化的（varying）回波功率，径向速度很少以零为中心分

18、布（图3-9）。图3-9 描述了一个距离库内一个杂波信号和一个气象的多普勒功率谱的高斯曲线。3.2.3.2去除杂波保留气象回波通过区分这两种不同的信号，WSR-88D的信号处理器可以从被地面杂波污染了的距离库中提取气象信息。杂波消除滤波器（clutter suppression filters）被设计用来减小其速度值在零附近的回波信号的功率。因此，剩下来的来自那个距离库的气象目标的回波信号被保留下来。要得到基本数据，还需对其进行进一步的处理（模数转换、去距离折叠）。图3-10 对杂波信号的去除过程。杂波信号最窄的位置有最大的信号衰减。3.2.3.3槽口宽度（notch width）槽口宽度是一

19、个以零为中心的速度间隔，它确定了哪些回波信号将被过滤（filtered）。例如，如果将槽口宽度设定为3.4 节，那么将对所有径向速度在-1.7到+1.7节范围内的信号实施抑制（图3-10）。3.2.3.4 残留杂波一旦信号被过滤，残余信号或许可由两种方式产生：1. 杂波滤波器只可以去除有限数量的信号功率。例如，近距离的高山会产生非常强的回波，以至其回波信号功率不能被全部去除。2. 与一个杂波目标相联系的速度值（例如，建筑物周围的湍流）也许落在槽口宽度之外，因此杂波信号被保留。图3-11 进行抑制后的距离库的多普勒功率谱。注意残留的杂波信号。3.2.4 地面杂波抑制的实施3.2.4.1 RDAS

20、OT（RDA System Operablity Test：RDA 系统可操作性测试）RDASOT（雷达系统可操作性测试RDA system operability test） 是一个为多种不同目的而设计的很多诊断技术程序，其中之一就是产生用来抑制正常地物杂波的旁路图（bypass map）。关于旁路图，程序在雷达安装后立即运行一次，同时每个季节重新运行一次。为了达到最好的效果，当在大气状况接近每个季节的正常条件时，RDASOT将建立旁路图（bypass map）。3.2.4.2正常和瞬变杂波的过滤杂波抑制对两种不同类型的杂波实施。由RDASOT产生的旁路图被设计用来抑制正常地物杂波（山、建筑

21、物等）。主要由雷达波束的异常传播造成的瞬变杂波的过滤是通过定义一个杂波抑制区来实施的。对该区域选择的抑制程度将均匀地作用于该区域内所有径向速度在零附近的目标。这会对产品产生较大的影响。3.2.4.3杂波过滤旁路图（clutter filter bypass map）通过辨认杂波信号，RDASOT确认地物杂波目标并产生旁路图以决定在什么位置实施抑制。两种图被产生。第一个图用于最低的两个仰角，第二张图用于其余的仰角。两张图都是极坐标格点，每个库的尺度为1.4x 0.54nm（海里）。旁路图标明在哪些库实施抑制。旁路图只指定实施抑制的地点。抑制量的大小将由操作员指定。 l-38图3-12 杂波过滤器

22、旁路图。注意极坐标网格中标出了那些需要实施抑制的库。3.2.4.4操作员定义的杂波抑制区杂波抑制区是打算用来根据具体的需要实施杂波抑制。最有效的杂波抑制常常是正常杂波过滤和瞬变杂波过滤的结合的结果。有四个文件可用来定义杂波抑制区。这些文件分别被称为11、21、31和32 。这些文件与VCPs没有关系，尽管他们的名字相同。例如，一旦文件11被激活，它将保持这种状态而不论那一个VCP在运行。通过键盘键入AD，password，CL，C，VCP，可从可调数据菜单（adaptation data menu）中找到杂波抑制区子菜单。注意VCP将是上述四个文件的名字之一。（l-39）图3-13 在雷达控制

23、台（UCP）的杂波抑制区屏幕。开始/结束方位角：开始/结束方位角定义该区域的开始和结束的方位角。可接受的值从0到360度并且应按照顺时针方向输入。仰角段数（Elevation Segment Number）：仰角段数定义包括在该区域内的仰角扫描锥面（elevation slices）数。一个“1”表示所有等于或小于2.0度的仰角扫描锥面。一个“2”表示2.0度以上的所有扫描锥面。操作员选择码（Operator Select Code）：操作员选择码定义将使用的杂波过滤（抑制）的类型。1）当操作员选择码的值为0时，则在杂波抑制区内关闭所有的杂波过滤（即不进行任何杂波抑制）；2）当操作员选择码的值

24、为1时，对每一个由旁路图（bypass map）指定的地点将激活选择的抑制水平（槽口宽度）；3）当操作员选择码的值为2时，则按选择的抑制水平对区域内的每一个距离库实施抑制。槽口宽度（通道宽度）：有三种可能的槽口宽度，每个对应相应的抑制水平。槽口宽度（抑制）分别对监测（surveillance）和多普勒（Doppler）通道（channels）实施。1）槽口宽度选择1对应3.4节（1.7节）的槽口宽度，可取得约30 dBZ的抑制水平；2）槽口宽度选择2对应4.8节（2.4节）的槽口宽度，可取得约40 dBZ的抑制水平；3）槽口宽度选择3对应6.8节（3.4节）的槽口宽度，可取得约50 dBZ的抑

25、制水平。对于每一个抑制级别，实际被抑制的功率数量以及槽口宽度，只是一个近似。其精确值随天线转速变化，而天线转速又随VCP（体扫模式）和天线仰角变化。注意事项：1）当定义杂波抑制区时，不要穿过（cross over）0度方位角；2）千万不要下载（download）一个只包含0的杂波抑制文件；3）起始距离和终止距离值必须是偶数。上述中的任何一个错误的发生都将在系统状态记录（System Status log）记下如下信息：“RDA Alarm：Notch Map Generation Error”。当这个误差发生时，RDA将不使用你的区域定义去抑制杂波。 l-40图3-14 当图3-13中的文件被

26、下载时形成的滤波型。注意对图3-15至图3-18中数据的影响。每个给定的杂波抑制区文件内可以定义15个杂波抑制区。定义一个杂波抑制区需要给定的参数如下：起始/结束距离（start/stop range）：起始/结束距离定义区域的开始（beginning）和结束（ending）的距离，单位为公里。可接受的值从2公里到510公里。3.2.4.6 经过和没有经过适当的杂波过滤的数据的例子图3-15至图3-18的WSR-88D的例子说明了杂波抑制的有效使用。应用于这个杂波问题的过滤型与图3-13中的杂波抑制区文件类似。3.2.4.7 杂波过滤控制图（clutter filter control（CFC

27、）map）在PUP有一个产品是可以用来显示目前RDA正在使用的杂波过滤的形态（clutter filtering configuration）。这种产品叫做杂波过滤控制（CFC）图。当杂波过滤定义变化时，通过PUP一次性请求，可生成这个产品。为确保最新的CFC产品被显示，PUP操作员应不断地做一次性请求。一次性请求可通过PUP应用终端的显示菜单（Display menu）键入D，G，CFC。PUP操作员应在时间域（time field）键入“*”以从RPG请求最新的CFC产品。取决于选择的参数，同样的产品号（Product ID Number）34可有4个不同的版本（version）。这些版本

28、的不同之处在于选择多普勒或监测通道（Doppler or Surveillance Channel ）和仰角段数（Elevation Segment Number）1或2。仰角段数通过Slice域输入，通道数通过Param 1域输入（图3-19）。Slice ：输入1或2 对应不同的仰角段数Param 1：输入S 对应监测通道或D对应多普勒通道。由于杂波控制产品不是日常地显示的，所以在绘图版（Graphic Tablet）上没有相应的选择键（selection box）。为了在请求之后显示该产品，可将绘图屏幕清除为空白或通过在应用终端上键入命令D,G,CFC来实现。 l-41图3-15 这这个

29、反射率因子产品上，降水区与异常传播（AP）造成的杂波混杂在一起。对AP区域没有实施杂波抑制（彩图见光盘）。 l-42图3-16 与图3-15对应的速度产品。对AP区域没有实施杂波抑制。 l-43图3-17 一旦实施了适当的杂波过滤（见图3-13），降水区变得容易辨认了（彩图见光盘）。 l- 44图3-18 与图3.17对应的速度产品（彩图见光盘）。注意杂波过滤后速度估计质量的改善。 l-45图3-19 杂波滤波器控制（CFC）图显示和请求屏幕。 l-46图3-20 杂波过滤器控制产品的例子（彩图见光盘）。 l-47图3-21对整个雷达覆盖区域使用操作员选择代码0时的基本反射率因子。这关闭了所有

30、的杂波抑制。3.2.4.8 WSR-88D数据个例在下列个例中，使用了不同的杂波抑制型， 它们对数据的作用效果是非常明显的。选择代码0：在图3-21和图3-22中，在整个雷达覆盖区域没有实施杂波过滤。选择代码1：在图3-23和图3-24中，杂波过滤器旁路图（clutter bypass map）确定抑制的地点，而抑制的强度由操作员给定。 l-48图3-22对整个雷达覆盖区域使用操作员选择代码0时的基本速度。这关闭了所有的杂波抑制。注意由杂波引起的速度估计偏差导致的大面积的接近0的速度值（彩图见关盘）。 l-49图3.23 对整个雷达覆盖区域使用操作员选择代码1时的基本反射率因子。这将激活旁路图

31、以确定正常杂波抑制的地点。注意从北到南的由AP引起的瞬变杂波造成的高反射率因子值仍被保留下来（彩图见光盘）。 l-50图3-24 对整个雷达覆盖区域使用操作员选择代码1时的基本反射率因子。这将激活旁路图以确定正常杂波抑制的地点。注意从北到南的由AP引起的杂波造成的速度估计偏差导致的近零速度值。 l-51图3-25使用操作员选择代码1和2时的的基本反射率因子。这个结合是通过旁路图来消除由山脉等固定地物目标造成的正常地物杂波和通过强迫抑制（代码2）消除从北到南的峡谷内由AP引起的瞬变杂波。 l-52图3-26使用操作员选择代码1和2时的基本速度。这个结合是通过旁路图来消除由山脉等固定地物目标造成的

32、正常地物杂波和通过强迫抑制（代码2）消除从北到南的峡谷内由AP引起的瞬变杂波。选择代码1和代码2：在图3-25和图3-26中，在从北到南的峡谷中使用强迫抑制（操作员选择代码2）以消除AP（异常传播）杂波， 而旁路图（bypass map 操作员代码1）对整个区域实施。3.2.4.9 操作员定义杂波抑制的负作用 杂波抑制区是对由于异常传播造成的地物回波进行抑制的强有力工具，因为该地物回波在时间和空间上是高度变化的。不过，采用强迫的杂波抑制（操作员代码2）长期去掉非瞬变的地物回波是不适当的，将对产品产生如下的负效应：1) 在基于反射率因子的产品上可明显地看到零等速线（图3-27和图3-28）杂波过

33、滤将抑制返回的接近零速度值的功率水平。当在一个区域使用强制杂波过滤（操作员选择代码2）时，在那个区域具有零到接近零速度的每一个距离库将被抑制。对反射率因子产品来说，对应于平均径向速度产品的零速度区域是一个降低了反射率因子的区域。这种对反射率因子的过低估算对所有基于反射率因子的产品将有不利的作用。2）数据沾污（data smearing） 当数据沾污发生时，在高、低反射率因子转换很快的地方（大反射率因子梯度），反射率因子值随方位角被不正确地扩展。当天线顺时针旋转时，反射率因子的扩展将在顺时针方向，并将出现很多附加物（旁瓣干扰有相同的样子）。数据沾污的出现是由于杂波过滤器不能够瞬时作开、关转换造成

34、的，其波形呈锥形，称为衰减率。杂波过滤器的衰减率是槽口宽度（notch width）的函数。最窄的槽口宽度在功率级别上转换最陡，衰减速度最慢。因此，当使用窄槽口宽度（相应于低级别抑制）时最可能出现数据沾污。UCP操作员应当增加抑制级别（加大槽口宽度）。3.2.5 地面杂波抑制的局限性和优点 3.2.5.1地面杂波抑制的局限性 不适当的抑制会给产品带来负面影响。 对任意给定的距离库，如果抑制的程度太低或太高，下游（downstream）产品会受到影响（下游产品这里指导出产品）。如果不适当地采用了强迫杂波抑制（forced clutter suppression），大范围的基本反射率值会太低并给下

35、游产品带来负影响。雨量估计就是一个可以被不适当的杂波抑制大大影响的下游产品的例子之一。3.2.5.2 适当的杂波抑制的优点（图3-29至图3-32）1） 数据质量得到改善：地物杂波抑制操作发生在基本数据产生之前。因此，当基本数据代表实际的气象条件时，得到的是最高质量的产品；2） 增加了来自第一程（the first trip）以远的速度据量：通过降低第一程内来自地面目标的回波功率，赋给第二程内距离库正确速度和谱宽数据的概率增加了；3） 改进停留在晴空模的能力：如果某一区域的dBZ阈值（高于某一最小值）被超出，会出现从晴空模向降水模自动转换的现象。采用地面杂波抑制可以预防来自上述区域范围的非气象

36、回波，防止过早转换到降水模态；4） 减少VCP31中的速度退模糊失败率： 不抑制地面杂波将使平均径向速度估计出现偏差。在VCP31中，速度估计采用了相对低的PRF，导致低Vmax和速度模糊（aliasing）的频繁出现。速度退模糊算法对气象上合理的速度估计值的退模糊是最成功的。消除杂波偏差后，就会少出现失败。 l-53图3-27 不适当地使用强迫抑制的例子。注意RDA附近S形的反射率因子的减少（彩图见光盘）。 l-54图3-28不适当地使用强迫抑制的例子。注意基本速度产品零等值线的位置与图3-27中减少的反射率因子的位置相对应（彩图见光盘）。 l-55图3-29 没经过杂波抑制的基本数据估计（

37、彩图见光盘）。 l-56=-图3-30 没经过杂波抑制的基本速度。注意RDA附近大片的近零速度值区域（彩图见光盘）。 l-57图3-31为了避免基本数据偏差，使用适当的杂波抑制的重要性的例子（彩图见光盘）。 l-58图3-32使用了适当的杂波抑制的基本速度。注意RDA附近非零速度数据的增加，数据质量有了明显改善（彩图见光盘）。3.2.6 关于地物杂波抑制文件管理的建议建议将4个杂波抑制区文件的每一个用来应付一个具体的杂波过滤问题。选择一个文件放在手边作为基线（baseline）文件，使旁路图（bypass map）对整个雷达覆盖范围和所有仰角都生效。只要基线滤波被需求，这个文件可以在任何时候下

38、载。如果你所在的预报台有一个AP（异常传播）频繁发生的区域，可将另一个文件放在手边（set aside），在该文件中，对上述AP发生的区域实施适当的强迫过滤，其余的地方仍由旁路图控制。3.3间歇性点杂波抑制3.3.1间歇性点杂波抑制算法这种算法在地面杂波抑制算法之后执行。这是一种沿每一径向，对赋给孤立距离门的不真实的高功率回波附加的检测。当飞机穿越雷达波束时可能发生这种情况。 这一算法沿每个径向搜寻，并与每个相隔邻近的功率值比较。如果该点的功率明显大于邻近点的功率，则其值将被平滑。一次径向搜寻把每个距离库与其第二最相邻的2个距离库作比较，计算出功率差值。如果与2个邻近库的差值都超过阈值比率，则

39、对数据进行平滑，例子如下。 测量的功率n-3 n-2 n-1 n n+1 n+2 n+315 21 25 230 25 27 20 平滑后的功率n-3 n-2 n-1 n n+1 n+2 n+315 21 21 24 27 27 20对于在连续两个距离库上出现杂波的情况，径向检测判别与第2最邻近库相比具有高功率值的2个连续库。如果2个库的功率值超过1个阈值比率，则对2个库的数据进行平滑，例子如下。 测量功率n-3 n-2 n-1 n n+1 n+2 n+3 n+424 25 40 341 395 39 22 20 平滑后功率n-3 n-2 n-1 n n+1 n+2 n+3 n+424 25

40、25 25 22 22 22 203.3.2 间歇性点杂波抑制算法的优点及局限性优点：排除虚假回波 点杂波抑制算法将除去诸如飞机这样的间歇、孤立和高反射率目标造成的虚假回波。局限性：1）未抑制的库可触发报警 虚假报警可能来自未抑制的库，有时出现在少活动区。这些值甚至可能没显示出来。2）未抑制的库可能污染产品 基本产品可能由于未抑制库而被污染，从而影响下游算法和产品。3.4 距离折叠和去折叠算法3.4.1 距离折叠（range folding）距离折叠是一个行话，指的是多程回波（multiple trip echoes）。由于作精确的速度估算需要高PRF（脉冲重复频率），因此多程回波在平均径向速

41、度和谱宽产品中是常见的。在多程回波出现叠加的个例中，紫颜色将被指定给对应于原始回波（original echo）距离处的距离库（见距离去折叠算法）。平均径向速度和谱宽产品中的紫颜色相应于数据级别中的标注RF。尽管精确地说应称之为距离模糊数据（range obscured data），但通常还是称为距离折叠数据。距离折叠现象常见于速度和谱宽产品中 ： 为了满足精确估算速度（高Vmax）的需要，常采用高PRF。结果，Rmax 往往只有62至95nm（海里），但是平均径向速度和谱宽产品中的显示范围为124 nm。因而，多程回波或距离折叠现象在WSR-88D的速度和谱宽产品中是常见的（图3-33至图3

42、-36），需要有一种算法作“去折叠”处理。紫颜色的指定：在多程回波出现叠加的情况下，紫颜色将被赋给对应于原始回波距离处的两个参与叠加的一个距离库或全部两个距离库。平均径向速度和谱宽产品上的紫颜色(RF)是由于算法不能够确定相应距离处的准确速度估计值的结果（它不是远离雷达的最大速度！）。后面将要讨论的距离去折叠算法将作更详细讨论。距离折叠现象只偶尔出现在反射率产品上：具有精确距离信息的反射率数据是用低PRF获得的。WSR-88D的Rmax 比WSR-57的短，因此发生反射率数据距离折叠的情况更常见。WSR-57采用长脉冲模，Rmax=493nm。对WSR-88D来说，距离折叠最严重的地方是在二个

43、最低仰角的状态，其Rmax大约是250 nm。因为这一距离很接近反射率产品的最大显示距离，因此出现第二程回波（second trip echo）是可能的。反射率产品中的距离折叠数据的显示往往具有狭长的外形，通常靠近雷达（图3-37）。不过，反射率产品不使用距离去折叠算法，紫颜色也不被指定为距离折叠的指示。 l-59图3-33距离折叠例1。注意RDA北边的强回波（彩图见光盘）。 l-60图3-34与图3-33对应的基本速度产品。注意Rmax=80nm（游标读数信息）和RDA北边距离模糊数据（range obscured data ），RF，的分布（彩图见光盘）。 l-61图3-35距离折叠个例2

44、：基本速度产品。注意RDA东南90nm处的一块小区域的速度模糊数据。同时注意Rmax=80nm。 l-62图3-36对应于图3-35的基本反射率因子产品。注意RDA东南90nm处的回波（彩图见光盘）。 l-63图3-37距离折叠数据在基本反射率因子产品上的形状示意图。没有紫颜色，RF，被赋给反射率因子产品。3.4.2. 距离去折叠算法（Range Unfolding Algorithm）距离去折叠算法也在RDA上运行，它可以提供在最大不模糊距离以外距离处的精确的速度和谱宽数据。为了产生较少的速度模糊数据，高PRF波型是必须的，其结果是短Rmax。因此，速度和谱宽产品必须经过距离退折叠处理。距离

45、去折叠算法不对反射率产品使用。在正式介绍距离退模糊算法之前，简要回顾一下扫描方式（scan strategy）。3.4.2.1扫描方式（scan strategy）的回顾1） Split cut：该方案在一个单仰角剖面用低PRF（CS）波型进行一次完全旋转，并在相同的仰角再用高PRF（CD）波型进行第二次完全旋转。它用于最低2个仰角的所有VCP，多程回波（mutiple trip echo）在这里是最容易出现的。由于PRF对Rmax和Vmax的影响，低PRF数据提供精确的目标强度和位置信息（速度估算质量低），而高PRF数据提供精确的速度估计（距离信息差）。2） Batch： 对VCP11、21

46、、32，本方案用于中等仰角（1.5度，但7度）。它不用于VCP31。在天线旋转中，发射机对每一径向交替使用低PRF(CS)波型和高PRF(CD) 波型。3） CDX ：本方案在较高仰角情况下使用，采用高PRF(CD)。因为仰角比较高，所以不进行距离退模糊处理。 它被用于VCP11、21中所有大于7度和VCP31中所有大于3度的仰角，VCP32中没有使用。在VCP11和21中，CDX用于足够高的仰角以使得第二程回波（second trip echo）难以出现。在VCP31中，CDX用于3.5度和4.5度的仰角，PRF大约为450，因而第二程回波也不太可能出现。3.4.2.2 无回波叠加（non-

47、overlaid echoes）情况下的距离去折叠算法在这种情况下，当采用高PRF，从而Rmax较短时，沿雷达径向，没有两个或两个以上的回波（包括第一程回波和可能的多程回波）位于第一程内（first trip）相同的视在距离（apparent range）处（即没有回波的叠加发生），如图3-39所示。 （l-64）图3-38 使用CS模（低PRF）时沿径向观测，可确定每个目标的位置和回波功率（彩图见光盘）。第一步 确定真实距离和可能距离 收集到低PRF(CS)数据后，每一个目标的距离和强度就是已知的（图3-38）。不过，速度数据估算的质量相当差，因此没被使用。因此，雷达须再在CD模（采用高PR

48、F）下采集数据以精确确定速度值。在对每一给定径向，算法计算出一旦使用高PRF(CD)模时，每个目标（这些目标的位置和回波功率已用CS模下采集的数据确定）的视在距离（apparent range），即目标在第一程中的距离（也即雷达上实际将显示的距离），如图3-39所示。根据视在距离（apparent range），算法还计算出每一个目标在后来的程（如第二、三程等）中的所有可能的位置（图3-40）。因此，一旦用CD模（采用高PRF）采集数据时，所有可能的目标距离都已经被预先算出。（l-65）图3-39 计算的CD模态下每个目标的视在距离。距离计算先于CD模数据的采集（彩图见光盘）。第二步 确定是否

49、有回波叠加（echo overlay） 算法确定当使用CD模态时，是否有回波“折叠”进相同的距离库中（即有回波叠加）。如果没有，则进入第三步。如果有，则将转入有回波叠加时的情况。第三步 去折叠 （unfolding） 收集高PRF（CD）数据。速度和谱宽数据将是准确的，但是，由于Rmax短，将被折叠进第一程回波中。去折叠步骤包括检测CS数据（功率和距离），一个距离库接一个距离库地将CD数据（速度和谱宽值）与CS数据进行比较。CD数据中速度值的视在距离（apparent range）通过检测CS数据中的距离来校验（图3-41）。如果对应于CD数据中某个速度值的视在距离处，相应的CS数据中没有目标与之对应，则将该速度值的其它可能的距离与数据比较，以确定对应该速度值的真实距离（图3-42）。（1-66）图3-40 CD模态下每个目标的视在和可能距离。距离计算先于CD模数据的采集（彩图见光盘）。 （l-67）图3-41 CD 数据中的一速度值的视在距离与该距离处的相应的CS数据进行比较（彩图见光盘）。3.4.2.3 有回波叠加（overlaid echoes）