跨平台双偏振雷达产品生成系统的分析与实现

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1、第l章绪论1．1项目背景与意义第1章绪论自然界中的气象灾害大部分是由中尺度过程引起的，如中尺度暴雨、台风、冰雹、雷暴、龙卷等。而中尺度系统的动力、热力和微物理过程对中尺度系统的发生、发展起了决定性作用，对这些物理过程的探测和分析是制约中尺度气象研究水平的重要瓶颈。我国的新一代天气雷达采用多普勒雷达，既可以探测云和降水的强度，又能够探测径向速度，多普勒雷达为监测和研究中尺度对流系统的动力结构提供了丰富的信息。近年来，由于雷达技术的进步，采用双线偏振技术的双线偏振多普勒雷达也得到快速的发展，常规天气雷达和多普勒天气雷达发射单一偏振状态的电磁波，一

2、般为水平线偏振波，接收目标的后向散射波，从而获得目标的位置和强度信息，多普勒雷达还能得到探测目标的平均速度和速度谱宽信息【4l】。而双线偏振多普勒天气雷达发射两种正交的线偏振波，它能提供散射体的偏振信息，和常规天气雷达以及多普勒天气雷达相比，除同样能测定云、降水等目标的反射率因子ZH、平均速度矿和速度谱宽外，还能测得差反射率因子ZDR、退偏振因子LDR、双程差传播相移‘pDP、差相移率常数KDP及两种不同偏振之间的零延迟相关系数pHv等新的独立变量14s】。与常规雷达相比，双线偏振雷达探测云和识别降水粒子相态的能力有显著提高，可以明显提高雷达

3、观测降水的和识别降水粒子相态的能力一71，在暴洪监测、人工影响天气、水库和城市的水资源管理、航空等领域有着广泛的应用潜力，是灾害性天气如冰雹、暴雨、台风等研究的重要工具。针对双线偏振雷达业务的运行与科研的开展，兼顾两方面的要求，研制开发新一代双线偏振雷达产品生成系统是十分必要和具有现实意义的。1．2当前研究现状中国最早应用多普勒天气雷达是20世纪80年代中期由南京气象学院及中国气象科学院从美国EEC公司引进的CAMS雷达，其后的十几年时间里，在我国的北京、上海、厦门、福州、湛江、汕头、合肥等地市气象局先后安装了国产的多普勒天气第l章绪论雷达[

4、401。此时，我国数字化天气雷达站只有一台数据采集终端，没有产品生成系统和网络传输能力。进入二十一世纪以后，中国气象科学研究院的梁海河、张沛源、胡绍萍、朱小燕、葛润生、徐宝祥等主持开发了<全国天气雷达数据处理系统．RDP2000》，系统采用分布式计算的模式，在网络上实现了雷达数据采集监测、数据处理、产品分发和产品图像回显，极大的促进了我国天气雷达软件事业的发展。当前，气象行业中的雷达产品生成和显示软件主要有由美国WSR-88D雷达软件移植而来的软件RPG与PUP。RPG全称为：雷达产品生成子系统(RadarProductGeneration)

5、。HJP全称：主用户处理器子系统(PrincipalUserProcessor)主要用来接收砒，G生成的气象产品数据和状态信息，并以图形方式提供给预报人员作天气分析和预报使用。上述的天气雷达软件程序的开发主要是直接调用操作系统的APISocketl271i爱数，通过这种低级和不可移植的API函数进行编程会带来各种偶发复杂性。通过Socket这种底层操作系统API函数开发网络应用程序时，需要完成许多繁琐、易错和不可移植的工作，加大了开发的难度，同时也增加了开发成本。主要问题表现在：(1)硬件设备、软件环境的多样性(Variety)和异构性(He

6、terogeneity)，使得网络程序设计的复杂性(Complexity)明显提高。网络中相互协作的对象是分布(Distributed)存在的，这些对象之间就要能够有效地通信和协调。但是，各种计算与通信系统是异构的——编程语言、编程环境、操作系统、网络协议各不相同。这使得软件开发者进行编程时，不得不面对这些复杂性带来的挑战。(2)将通信软件从一种平台移植到另一种平台是相当困难的。例如：UnixSocket和WindowsSocket之间的移植便不大容易实现。尽管WindowsSocket规范强调：“为在UnixSocket和其他环境下开发提供

7、最大程度的相似，简化基于Socket的源代码移植工作”，但必须知道，由于Unix和Windows的差别，为了将程序移植至WindowsSocket上，很多情况下可能不得不重写此程序。(3)应用程序(Applications){乍为软件功能的最终实现者，不应当(有时甚至不可能)去直接应对这所有的复杂性。此外，应用程序与网络通信程序的紧密耦合，使网络通信程序的可重用能力大大降低，这无疑提高了网络通信程序开发的难度，增2第l章绪论加了开发成本。因此，研究并开发一套平台无关的，解决网络通信中各种复杂问题的传输软件，对网络程序开发具有实际意义．雷达产品

8、生成是包括雷达数据质量控制、数据格式化、二次产品生成、输出处理等功能在内的一个复合处理过程，最终目的是有效抑制或消除杂波、干扰等非真实目标，通过各种算法模拟天气过程