(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210683830.3 (22)申请日 2022.06.17 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114779193 A (43)申请公布日 2022.07.22 (73)专利权人 成都信息工程大学 地址 610225 四川省成 都市西南 航空港经 济开发区学府路一段24 号 (72)发明人 林泽　李学华　步志超　陈玉宝　 刘昉　唐婧　代少君　 (74)专利代理 机构 北京元本知识产权代理事务 所(普通合伙) 11308 专利代理师 曹广生 (51)Int.Cl. G01S 7/40(2006.01)G06F 30/20(2020.01) (56)对比文件 CN 105891831 A,2016.08.24 CN 112379342 A,2021.02.19 严军超等.相控阵天气雷达气象雷达方程 修 正研究. 《现代雷达》 .2015,(第5期), 审查员 徐锦超 (54)发明名称 相控阵天气雷达回波信号仿真方法及装置 (57)摘要 本申请的实施例揭示了一种相控阵天气雷 达回波信号仿真方法及装置。 方法包括： 基于雷 达基数据， 通过双线性插值产生三维天气回波； 相控阵天气雷达天线 方向图建模， 模拟天线发射 增益和接收增益； 配置相控阵天气雷达雷达参数 及模拟波束扫描建模； 根据模拟波束扫描， 计算 每个距离库内回波强度， 并构建每个距离库内复 频谱信号； 根据每个距离库的复频谱信号生成时 域的I/Q回波信号， 计算速度和谱宽。 本发明能够 仿真产生不同相控阵天气雷达参数下的回波信 号， 以及仿真产生不同扫描 方式下的相控阵天气 雷达回波信号。 权利要求书7页 说明书12页 附图14页 CN 114779193 B 2022.11.01 CN 114779193 B 1.一种相控阵天气雷达回波信号仿真方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 基于雷达基数据， 通过双线性插值产生 三维天气回波； 相控阵天气雷达天线方向图建模， 模拟天线发射增益和接收增益； 配置相控阵天气雷达雷达参数及模拟波 束扫描建模； 根据模拟波 束扫描， 计算每 个距离库内回波强度， 并构建每 个距离库内复频谱信号； 根据每个距离库的复频谱信号 生成时域的I/Q回波信号， 计算速度和谱宽； 所述根据模拟波束扫描， 计算每个距离库内回波强度， 并构建每个距离库内复频谱信 号， 包括： 根据每个距离库内所有散射体的反射率因子、 天线发射增益、 天线接收增益， 通过公式 （19） 计算每一个散射体的回波强度： （19） 其中 为每一散射体 的回波功率； 为每一散射体的反射率因子； 和 为当前每一 散射体相对于雷达站点的方位角 角度和仰角 角度； 根据每一散射体的回波功率、 仰角角度、 方位角度， 通过公式 （20） 计算当前距离库总的 回波强度： （20） 其中 为该距离库总的回波强度； 为每一散射体该处与发射波束中心轴夹角角度； 为每一散射体该处与接收波束中心轴夹角角度； 为每一散射体该处的天线发射增益， ； 为每一散射体该处的天线接收增益， ； 根据雷达波长、 脉冲重复频率、 脉冲积累数、 每一距离库内所有散射体的数据， 通过公 式 （21） 重构每一个散射体的回波信号功率谱： （21） 其中 为单个散射体的回波信号功率谱， 为符合高斯分布， 均值为0， 方差为 1的随机数； 为每一散射体该处的回波功率， ， 为频域的谱宽， ； 为速度域的谱宽； 为频域范围， ， 为脉冲积 累数， 为脉冲重复频率； 为多普勒频移， ， 为雷达波长； 为散射体数 据中的径向速度数据； 为加入的噪声系数； 通过公式 （22） 对每一距离库内所有散射体重构后的回波信号功率谱进行相干积分， 得 到每一距离库总的功率谱信号：权　利　要　求　书 1/7 页 2 CN 114779193 B 2 （22） 其中 为每一距离库总的功率谱信号， 为每一距离库内散射体数量； 根据每一距离库的回波强度、 功率谱信号、 随机相位信号通过公式 （23） 计算其相应的 复频谱信号， （23） 其中 为复频谱信号， 为随机相位， 为虚部。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述雷达基数据包括不同仰角角度 下的反 射率、 径向速度、 谱宽信息， 所述基于雷达基数据， 通过双线性插值产生三维天气回波， 包 括： 相邻仰角 角度数据之间通过公式 （1） 进行双线性插值： ， ， ， （1） 其中 和 为垂直方向上的两点对于插值点的权重； 和 为水平方向上两 点对于插值点的权重； 和 为垂直方向上两点的仰角角度； 为插值点的仰角角度； 为插值点到雷达站点的距离； 和 为水平方向上两点到雷达站点的距离； 根据权重系数和相邻数据点 值通过公式 （2） 计算插值 点值： （2） 其中 为插值点值， 、 、 、 为相邻四个数据点值， 各个数据点值均包括反射率、 速 度、 谱宽， 分别做三次计算； 通过公式 （3） 将极坐标系下的每 个数据点 转化到笛卡尔直角坐标系下： ， ， （3） 其中 、 为相应直角坐标系下数据点到雷达站点的水平和垂直距离， 为数据点较雷达 站点的高度； 为每个数据点在极坐标系下到雷达站点的距离， 为每个数据点的仰角角 度， 为每个数据点的方位角角度， 为雷达站点相对于水平面的高度， 插值和坐标系转换 后的三维数据每一个数据点视为 一个散射体， 模拟天气回波。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述相控阵天气雷达天线方向图建模， 模 拟天线发射增益和接收增益， 包括： 根据线性阵列的阵元数量、 阵元因子、 阵元方向图、 雷达波长建模相控阵天气雷达天线 方向图， 发射状态和接收状态的相控阵天气雷达天线方向图的具体表示方式为： 权　利　要　求　书 2/7 页 3 CN 114779193 B 3