基于非线性滤波的风廓线雷达数据处理.caj

《基于非线性滤波的风廓线雷达数据处理.caj》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、文章编号:1674-7070(2013)06-0533-06基于非线性滤波的风廓线雷达数据处理1223陈兴鹃周杰李家强郭磊摘要0引言针对实际工程中风廓线雷达风向、风速随高度分布取值的非线性特性以及风廓线雷达是一种新型的多普勒测风雷达，主要以晴空大气作非气象干扰因素，基于非线性化方［1］为探测对象．在探测的过程中，它往往受到地物杂波、降水、无线电法———扩展卡尔曼滤波法，对风廓线雷达探测数据进行滤波处理．先利用泰勒信号等各种非气象因素的干扰，从而影响探测数据的精度，因此对数展开式的一次项对非线性方程作线性化据进行质量控制是十分必要的．

2、目前比较成熟的风廓线雷达数据质处理，再结合经典的卡尔曼滤波进行滤量控制方法主要有一致性平均法、最优插值法、WW算法、中值滤波波估计，将非线性滤波问题转化为一个［2］近似的线性滤波问题．仿真实验结果表法和滑动平均滤波法等．此外，已经有人尝试将传统的线性卡尔曼明，该方法可以有效去除风场数据中掺滤波方法应用到风廓线雷达数据处理中，并有效地去除了部分高频杂的噪声干扰，很好地发挥了其非线性干扰，达到了一定的滤波效果，为风廓线雷达数据处理开拓了新的思特性，滤波效果优于传统的卡尔曼滤波，具有一定的工程应用前景．路．然而，在风廓线雷达测风活动中，风

3、向和风速随高度的分布是一关键词个随机过程，在每个高度上的取值都是随机的，各时间点和各个高度风廓线雷达;数据质量控制;卡尔曼上的取值之间相互影响，很难保证线性关系，因此，在实际应用中，需滤波;一阶扩展卡尔曼滤波要处理的问题常是非线性的．运用传统的卡尔曼滤波技术对风廓线中图分类号P413.2雷达数据进行处理，由于其是线性化处理方法，对于非线性问题显现文献标志码A出了局限性．本文采用了基于扩展卡尔曼滤波的非线性风廓线雷达数据质量控制方法．首先利用泰勒展开式的一次项对非线性方程作线性化处理，再结合经典的卡尔曼滤波进行滤波估计，将非线性滤波问

4、题转化为一个近似的线性滤波问题，得到一阶扩展卡尔曼滤波，从而解决了雷达数据质量控制中的非线性问题．本文选取2010年2月的对流性降水天气下的风场数据进行滤波处理，验证了扩展卡尔曼滤波方法的有效性．1风廓线雷达扩展卡尔曼滤波基本原理1．1经典卡尔曼滤波原理收稿日期2012-03-20卡尔曼滤波是从被提取信号有关的观测量中通过算法估计出所资助项目公益性行业科研专项(GYHY20090［3-4］6053);江苏省气象探测与信息处理重点实验需信号的一种滤波算法．它不需要保留用过的观测数据，当测得室开放基金(KDXS1101)新的观测数据后，

5、可推算出新的估计量，不必重新计算．此外它还打作者简介破了对平稳过程的限制，可用于对时变随机信号的滤波．目前，卡尔陈兴鹃，女，硕士，助理工程师，主要从事雷达数据质量控制、遥感应用等方面的研究．曼滤波技术已应用于气象预报中，对于风廓线雷达数据处理方面也c2006xj@163．com有了初步的研究，并取得了一定的滤波效果．图1为卡尔曼滤波估计1江西省气象科学研究所，南昌，330046的阶段(其中将k作为当前时刻)．卡尔曼滤波过程包含2个阶段:22南京信息工程大学电子与信息工程学院，个采样周期之间的状态转移阶段叫做TU(TimeUpdate

6、)阶段;过程状南京，2100443江西省气象服务中心，南昌，330046态更新阶段叫做MU(MeasurementUpdate)阶段．结合对当前时刻k陈兴鹃，等．基于非线性滤波的风廓线雷达数据处理．534CHENXingjuan，etal．Dataprocessingofwindprofilerradarbasedonnonlinearfiltering．的状态的预测结果X^(kk－1)和现在状态的测量估算随机噪声方差．本文采用局域标准差法，把受噪音污染的风场分割成许多小块，并计算出所有这些值z(k)，可以得到现在状态k的最优化估算

7、值^子风场方差，从中统计出噪声估计值)，并具有初始X(kk)．^状态估计X(00)和协方差矩阵P(00)．和线性情况一样，假定k时刻的估计为^kX(kk)≈E［X(k)Z］，(5)它是一个近似的条件均值，其相伴协方差矩阵为kP(kk)．其中，Z={z(j)，j=1，2，…，k}．由于^X(kk)不是精确的条件均值，所以，严格地说，图1滤波估计阶段P(kk)是近似的均方误差，而不是协方差．Fig．1DiagramofKFestimationstages^为了达到预测的状态X(k+1k)，对式(1)中^1.2风廓线雷达扩展卡尔曼滤波应用

8、原理的非线性函数在X(kk)附近进行泰勒级数展开，扩展卡尔曼滤波是在卡尔曼滤波的基础上针对取其一阶项，以产生一阶扩展卡尔曼滤波(EKF)，一非线性系统提出的一种改进方式，比较适合处理风阶泰勒级数展开式为廓线雷达数据质量控制中风场的非线