一種機載氣象雷達降雨探測結果的驗證方法與流程
2023-09-27 06:40:40 6
本發明屬於機載氣象雷達系統驗證技術領域，具體涉及一種機載氣象雷達降雨探測結果的驗證方法。
背景技術：
機載氣象雷達系統(wxr)可以探測飛機前方的降水、湍流情況，也可以探測飛機前下方的地形情況，並將所探測目標的輪廓、雷雨區的強度、方位和距離等，以不同的顏色來顯示在顯示器上。飛行員根據雷達圖像信息選擇安全的航路，保證飛行的安全性和舒適性。
由於氣象的多變性和隨機性，機載氣象雷達的功能性能驗證往往需要多個試飛架次，耗時費力。在以往機載氣象雷達的試飛驗證中，往往以驗證探測距離為主，對降雨強度探測結果不做定量考核，而是根據人為經驗來判斷機載氣象雷達系統探測結果是否準確有效，存在很大的盲目性及較高的誤差率。
技術實現要素：
本發明的目的：為了解決上述問題，本發明提供一種機載氣象雷達降雨探測結果的驗證方法，利用地面雷達降雨探測結果作為參考，同機載氣象雷達降雨探測結果進行對比，從而完成降雨強度探測結果定量的驗證，減少以往性能驗證中的主觀性，提高機載氣象雷達系統功能性能驗證的可信度。
本發明的技術方案：一種機載氣象雷達降雨探測結果的驗證方法，依據地面氣象雷達降雨探測數據為參照，對機載氣象雷達降雨探測的結果進行對比，包括以下步驟：
步驟一、選取需要驗證的機載氣象雷達探測結果m及所述探測結果m對應的飛機經度lo、緯度la、航向h、氣象雷達量程range和掃描範圍θ1至θ2；
步驟二、依據步驟一選取的飛機經度lo、緯度la、航向h選擇合適的地面氣象雷達站，所述地面氣象雷達站的探測範圍能夠覆蓋所述機載氣象雷達探測範圍，所述地面氣象雷達站獲取地面降雨探測結果n；
步驟三、將地面降雨探測結果n進行坐標化，計算像素點的經度解析度和緯度解析度；
步驟四、依據飛機經度lo、緯度la、航向h，氣象雷達量程range和掃描範圍θ1至θ2，計算機載氣象雷達覆蓋區域的約束函數；
步驟五、依據步驟四中所述約束函數得到約束區域，並對所述約束區域內的像素點進行坐標轉換，生成參考圖p；
步驟六、所述參考圖p與所述機載氣象雷達降雨探測結果m對比驗證，判斷所述參考圖p與所述機載氣象雷達降雨探測結果m是否一致。
優選的，所述步驟四中，所述約束函數包括：左側約束函數、右側約束函數和弧形約束函數；
其中，所述左側約束函數：
所述右側約束函數：
h-為飛機航向，取值0°至360°；
θ1-為左側掃描角度，θ2-為右側掃描角度，滿足θ1＜θ2，且θ1和θ2範圍為-90°至90°；
(i，j)-為所述地面氣象雷達站獲取地面降雨探測結果n上各像素點的坐標；
(x0，y0)-為所述地面氣象雷達站獲取地面降雨探測結果n上飛機位置的坐標；
(x1，y1)-所述地面氣象雷達站獲取地面降雨探測結果n上所取某像素點1的坐標；
(x2，y2)-所述地面氣象雷達站獲取地面降雨探測結果n上所取某像素點2的坐標；
l-所述地面氣象雷達站獲取地面降雨探測結果n上所取兩個像素點之間的直線距離；
μ-所述地面氣象雷達站獲取地面降雨探測結果n上所取取兩個像素點之間直線距離的像素點值；
range-雷達探測距離量程。
優選的，所述步驟五中，依次判斷地面降雨探測結果n上的像素點(i,j)是否位於約束區域內，若在，則地面降雨探測結果n上的像素點(i,j)像素點坐標(i,j)轉換到參考圖p坐標系(u,v)；
其中，
u＝i×cos(h)-j×sin(h)，
v＝i×sin(h)+j×cos(h)。
本發明技術方案的有益技術效果：本發明一種機載氣象雷達降雨探測結果的驗證方法利用地面雷達降雨探測結果作為參考，同機載氣象雷達降雨探測結果進行對比，從而完成降雨強度探測結果定量的驗證，大大降低了試飛驗證的盲目性，通過定量地選取合適的降雨目標，有效減少了試飛架次，從而大幅降低試飛驗證成本。
附圖說明
圖1為本發明一種機載氣象雷達降雨探測結果的驗證方法的流程圖。
具體實施方式
為使本發明實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明保護範圍的限制。
下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，請參閱圖1；
步驟一、選擇需要驗證的機載氣象雷達探測結果m，確定需要驗證的探測結果m對應的飛機經度lo,緯度la，航向h，氣象雷達量程range和掃描範圍θ1至θ2；
步驟二、根據步驟一確定的飛機經度lo,緯度la及航向h選擇合適的地面氣象雷達站，所選擇的地面氣象雷達站的探測範圍能夠覆蓋機載氣象雷達的探測範圍，且地面氣象雷達獲取降雨探測結果n；
步驟三、將地面降雨探測結果n進行坐標化，計算像素點的經度解析度和緯度解析度；
1)、在地面氣象雷達覆蓋範圍內選擇兩個已標定的點，如選擇城市a和城市b，讀取其坐標a(x1，y1)、b(x2，y2)；
2)、通過網際網路查詢a、b點的經度、緯度(lo1，lα1)、(lo2,lα2)；
3)、計算地面氣象雷達覆蓋範圍內的經度解析度緯度解析度
4)、選取地面氣象雷達覆蓋範圍內任選一點(1,1)並計算其對應的經度和緯度：
lo0＝lo1-(x1-1)×δx，
la0＝la1-(y1-1)×δy；
步驟四、根據飛機經度lo,緯度la，航向h，氣象雷達量程range和掃描範圍θ1～θ2，計算氣象雷達覆蓋區域約束函數；
1)、確定飛機經度、緯度對應在所選取地面氣象雷達覆蓋範圍上的坐標：
x0＝(lo-lo0)×δx，
y0＝(lα-lα0)×δy；
2)、確定左側約束：
上式中k為整數；
3)、確定右側約束：
上式中k為整數；
4)、確定弧形約束：
且
其中，h-為飛機航向，取值0°至360°；
θ1-為左側掃描角度，θ2-為右側掃描角度，滿足θ1＜θ2，且θ1和θ2範圍為-90°至90°；
(i，j)-為所述地面氣象雷達站獲取地面降雨探測結果n上各像素點的坐標；
(x0，y0)-為所述地面氣象雷達站獲取地面降雨探測結果n上飛機位置的坐標；
(x1，y1)-所述地面氣象雷達站獲取地面降雨探測結果n上所取某像素點1的坐標；
(x2，y2)-所述地面氣象雷達站獲取地面降雨探測結果n上所取某像素點2的坐標；
l-所述地面氣象雷達站獲取地面降雨探測結果n上所取兩個像素點之間的直線距離；
μ-所述地面氣象雷達站獲取地面降雨探測結果n上所取取兩個像素點之間直線距離的像素點值；
range-雷達探測距離量程。
步驟五、依據步驟四中所述約束函數得到約束區域，並對所述約束區域內的像素點進行坐標轉換，生成參考圖p；
1)、依次判斷所選像素點(i,j)是否位於約束區域內，如果位於約束區域外，則不進行坐標轉換，若在將進行下一步坐標轉換。
2)、將地面降雨探測結果n上的像素點(i,j)像素點坐標(i,j)轉換到參考圖p坐標系(u,v)，並將該像素填入參照圖p，
其中，u＝i×cos(h)-j×sin(h)，
v＝i×sin(h)+j×cos(h)，
步驟六、生成的參考圖p與機載氣象雷達降雨探測結果m對比驗證，判斷參考圖p與機載氣象雷達降雨探測結果m是否一致。
最後需要指出的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制。儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。