三维星地链路密织网探测三维降雨场的方法及系统
专利汇可以提供三维星地链路密织网探测三维降雨场的方法及系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提出一种三维星地链路密织网探测三维降雨场的方法及系统，该方法利用多地面站-多星源组成三维星地链路密织网探测三维降雨场分布：利用已有或架设多个卫星天线组成地面观测网，接收多颗卫星 信号 ，多条星地链路形成密织的三维网络；通过分析星地链路信号强度信息、降雨衰减系数、星地链路长度的关系获得衰减系数的空间分布，并根据其与降雨强度的关系模型反演降雨的空间分布，与GIS地图结合完成三维降雨场的重构、 可视化 和动态显示。本发明利用星地链路网完成三维降雨场的重构，可以提供准确的、大范围、高 分辨率 的降雨资料，为 水 资源管理、农业发展、城市内涝监测、 自然灾害 预警等提供关键的数据资料。，下面是三维星地链路密织网探测三维降雨场的方法及系统专利的具体信息内容。
1.一种三维星地链路密织网探测三维降雨场的方法，其特征在于，包括步骤：
(1)构建三维星地链路密织网：
将待探测区域分为N×M×U个相同的立方体并分别分配标记号，在待探测区域的地面布设n个卫星信号接收端，n个卫星信号接收端与分布在空中的m个卫星之间形成q条星地链路，q条星地链路相互交织构成三维星地链路密织网；
(2)降雨时，在采样周期T内的每个采样时间点t收集每条星地链路的频率信息和信号强度信息，并计算每条星地链路上的降雨衰减：
其中， 表示第i条星地链路在采样时间点t的降雨衰减，eirpi(t)表示第i条星地
链路的接收卫星在采样时间点t的等效全辐射功率，Gr表示接收天线增益， 表示第i条星地链路在采样时间点t的自由空间衰减， 表示第i条星地链路在采样时间点t的气体衰减， 表示第i条星地链路在采样时间点t的云致衰减，pi(t)表示第i条星地链路在采样时间点t的信号强度信息；
(3)对每个采样时间点t，计算每条星地链路在其所穿过的每个立方体内的长度信息：
其中， 为第i条星地链路在第j个立方体中的长度，若第i条星地链路未穿过第j个立方体，则
(4)将采样周期T内每个采样点上各星地链路的降雨衰减归集为降雨衰减向量A，将采样周期T内每个采样点上各星地链路在自身所穿过的每个立方体内的长度归集为长度矩阵L；构建线性方程组：
Lγ＝A
γ＝[γ1，γ2，γ3，…，γN×M×U]T
其中，γ为待求的衰减系数向量，γj是第j个立方体内的衰减系数；
(5)求解线性方程组，得到衰减系数向量γ；根据降雨强度与衰减系数的幂律关系反演得到降雨强度分布矩阵：
其中，k和α均为幂律系数；
(6)将步骤(5)求得的降雨强度分布矩阵与带有标记号的立方体融合，完成三维降雨场的重构。
2.根据权利要求1所述的一种三维星地链路密织网探测三维降雨场的方法，其特征在于，所述步骤(4)中采用最小二乘法求解线性方程组Lγ＝A，具体步骤包括：
1)由方程组得到初始解γ′＝(LTL)-1LTA；
2)对γ′非负约束得到γ，同时使其满足min||A-Lγ||2。
3.根据权利要求1所述的一种三维星地链路密织网探测三维降雨场的方法，其特征在于，所述接收天线增益Gr、自由空间衰减Afreei(t)、气体衰减Agasi(t)、云致衰减Acloudi(t)的计算公式分别为：
Gr＝eA(πd/λ)2
其中，eA是孔径效率，d是天线直径，λ是电波波长，f为星地链路电波频率，s为卫星到接收天线的距离，N″oxygen(H，f)和N″vapour(H，f)分别是氧气和水汽复折射率的虚部，是天线仰角，M是云中液态水密度，Kl是云中液态水比衰减系数，T为云中液态水温度，Lcloud为电波在云中的传播距离。
4.根据权利要求1所述的一种三维星地链路密织网探测三维降雨场的方法，其特征在于，所述 的计算公式为：
其中， 和 分别代表第i条链路在第j个立方体内的入射
点坐标和出射点坐标。
5.根据权利要求1所述的一种三维星地链路密织网探测三维降雨场的方法，其特征在于，所述幂律系数k和α通过以下公式计算：
其中，f为星地链路电波频率，as、bs、cs、mk、ck、av、bv、cv、mα、cα是与星地链路极化方式有关的常数；
当极化方式为水平极化时，各参数取值如表1和表2所示所示：
表1
表2
当极化方式为垂直极化时，各参数取值如表3和表4所示所示：
表3
表4
6.根据权利要求1所述的一种三维星地链路密织网探测三维降雨场的方法，其特征在于，还包括步骤：
将步骤(6)重构的三维降雨场与GIS地图结合，把三维降雨场数据存入数据库服务器，然后通过与数据库服务器交互的显示器实现降雨的可视化和动态显示。
7.一种用于实现权利要求1至6任意一项所述方法的三维星地链路密织网探测三维降雨场的系统，其特征在于，包括：地面天线阵列、数据处理终端、数据库和数据显示终端；其中，地面天线阵列由布设于地面的n个卫星信号接收端阵列排布形成，n个卫星信号接收端与分布在空中的m个卫星之间形成q条星地链路，q条星地链路相互交织构成三维星地链路密织网；卫星信号接收端接收所在星地链路的电磁波信号，并将电磁波信号的电磁频率信息fi、信号强度信息pi、卫星信号接收端天线的位置信息(x，y，z)、卫星的位置信息 传入数据处理终端；数据处理终端根据各卫星信号接收端上传的数据进行三维降雨场重构，重构后的三维降雨场数据存储在数据库中，并通过数据显示终端进行显示。
三维星地链路密织网探测三维降雨场的方法及系统
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
条星地链路未穿过第j个立方体，则
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