Laika apstaklu doplera radars
-
Upload
janis-klavins -
Category
Documents
-
view
376 -
download
6
Transcript of Laika apstaklu doplera radars
VENTSPILS AUGSTSKOLA
INFORMĀCIJAS TEHNOLOĢIJU FAKULTĀTE
SIGNĀLU TEORIJA
REFERĀTS
LAIKAPSTĀKĻU DOPLERA RADARU SIGNĀLU ANALĪZE
Autors: Jānis Kļaviņš
Ventspils 2011
2
1 Doplera efekts
Doplera efekts – šķietamās viļņa frekvences izmaiņas, ja novērotājs vai viļņa avots
atrodas relatīvā kustībā. Parasti novērojams, kad automašīna ar ieslēgtu sirēnu tuvojas
novērotājam un pēc tam attālinās.
Vienkāršāk skaidrojot Doplera efekts izpaužas kā viļņu „sablīvēšanās” tuvojoties
skaņas avotam t.i., katrs jauns radītais vilnis tiek raidīts no tuvākas pozīcijas nekā
iepriekšējais, tādējādi radot frekvences
palielinājumu. Bet ja viļņu avots attālinās, tad
katrs jauns radītais vilnis tiek izstarots no tālākas
pozīcijas nekā atrodas novērotājs, attiecīgi
samazinot frekvenci. Attēls 1 parāda, ka objekts,
kas izstaro kādus viļņus virzās pa kreisi, radot
viļņu „sablīvējumu”, līdz ar to frekvences
palielināšanos kreisajā pusē, savukārt labajā pusē
redzama frekvences samazināšanās.
Lai aprēķinātu reālo viļņu frekvenci izmanto formulu:
𝑓 ′ = 𝑓0 𝑣 ± 𝑣𝑜𝑣 ± 𝑣𝑠
,
(1.1)
kur:
𝑓 ′ − 𝑑𝑜𝑝𝑙𝑒𝑟𝑎 𝑓𝑟𝑒𝑘𝑣𝑒𝑛𝑐𝑒,
𝑓0 − 𝑜𝑟𝑖ģ𝑖𝑛ā𝑙ā 𝑓𝑟𝑒𝑘𝑣𝑒𝑛𝑐𝑒,
𝑣𝑜 − 𝑣𝑖ļ𝑛𝑢 𝑝ā𝑟𝑣𝑖𝑒𝑡𝑜š𝑎𝑛ā𝑠 ā𝑡𝑟𝑢𝑚𝑠 𝑣𝑖𝑑ē,
𝑣𝑠 − 𝑎𝑣𝑜𝑡𝑎 ā𝑡𝑟𝑢𝑚𝑠,
𝑣𝑜 − 𝑛𝑜𝑣ē𝑟𝑜𝑡ā𝑗𝑎 ā𝑡𝑟𝑢𝑚𝑠.
Attēls 1 Doplera efekts
3
2 Doplera radars
Doplera radars ir multifunkcionāls radars, kura darbības pamatā ir Doplera efekts. Tā
lietošanas galvenie mērķi ir:
noteikt objekta attālumu;
noteikt objekta ātrumu;
noteikt objekta fizikālās īpašības.
Radara darbības princips ir vienkāršs – tiek raidīti spēcīgi mikroviļņu signāla impulsi,
tad impulsi atstarojas no radara mērķa un ar radara uztvērēju tiek uztverti. Analizējot uztverto
informāciju ir iespējams iegūt dažādu informāciju par mērķi.
Attālums līdz objektam
Lai noteiktu attālumu līdz objektam ir jāņem vērā laiks pēc kāda signāls atgriežas
atpakaļ līdz radaram. Zinot, ka radioviļņi izplatās ar gaismas ātrumu formula distances
aprēķināšanai līdz objektam ir:
𝑑 = 𝑐 ∗ 𝑡,
(2.1)
𝑘𝑢𝑟 𝑑 − 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑙ī𝑑𝑧 𝑜𝑏𝑗𝑒𝑘𝑡𝑎𝑚(𝑚);
𝑐 − 𝑔𝑎𝑖𝑠𝑚𝑎𝑠 ā𝑡𝑟𝑢𝑚𝑠 299,792,458𝑚
𝑠 ;
𝑡 − 𝑙𝑎𝑖𝑘𝑠 𝑝ē𝑐 𝑘ā𝑑𝑎 𝑠𝑖𝑔𝑛ā𝑙𝑠 𝑎𝑡𝑔𝑟𝑖𝑒ž𝑎𝑠 𝑢𝑧𝑡𝑣ē𝑟ē𝑗ā 𝑠 .
Ātrums
Tā kā Doplera radars ātrumu nosaka izmantojot diskrētas nolases, kuru biežums
atkarīgs no pulsa atkārtošanās frekvences 𝑓𝑟 , tad ātrums, kādu spēj nomērīt radars ir
ierobežots. Lielākā iespējamā Doplera frekvence, ko radars spēj uztvert ir vienāda ar pusi no
pulsa atkārtošanās frekvences (saukta arī par Naikvista frekvenci). Līdz ar to var secināt, ka
maksimālais ātrums, ko radars spēj noteikt ir:
𝑣𝐷𝑚𝑎𝑥 =𝑓𝑟 ∗ 𝜆
4
(2.2)
Līdz ar to viennozīmīgi izmērāmais ātrums ir robežās no (−𝑣𝐷𝑚𝑎𝑥 ; 𝑣𝐷𝑚𝑎𝑥 ), ja objekta
ātrums ir lielāks par 𝑣𝐷𝑚𝑎𝑥 , tad radars to uztver un interpretē, kā pretēja virziena ātrumu. Lai
varētu noteikt lielākus ātrumus viennozīmīgi, tad ir jāizmanto lielāks viļņa garums (bet tad
nav iespējams noteikt mākoņainību, kas veidota no mazām nokrišņu daļiņām) vai arī
palielināt pulsa atkārtošanās frekvenci.(1)
4
Tā kā radara pulsa ātrums sasniedz gandrīz gaismas ātrumu, tad maksimālais
viennozīmīgais radara darbības attālums(attālums no kura atstarotais signāls var tikt saņemts
atpakaļ līdz nākamajam izstarotajam impulsam) var tikt izteikts kā:
𝑟𝑚𝑎𝑥 =𝑐
2 ∗ 𝑓𝑟
(2.3)
Signāls, kas tiek saņemts no attāluma, kas ir lielāks par 𝑟𝑚𝑎𝑥 faktiski tiek uzskatīts jau
par jaunā pulsa atstaroto signālu un rada kropļojumus.
Apvienojot formulas(2.3) un (2.2) var iegūt formulu, ko sauc par Doplera dilemmas
formulu:
𝑣𝐷𝑚𝑎𝑥 𝑟𝑚𝑎𝑥 =𝑐𝜆
8
(2.4)
Vienādojums apraksta sakarību starp attālumu un maksimālo ātrumu, ko var noteikt ar
radaru. Lielu ātrumu ir iespējams noteikt tikai tuvos apgabalos, savukārt tālā apgabalā
viennozīmīgi var noteikt mazākus ātrumus.(1)
Lai varētu noteikt kādas fizikālās īpašības ir radara uztvertajam objektam ir jāanalizē
atgrieztā signāla stiprums, frekvence un Doplera fāzu nobīde. Atstarošanās stiprums ir
atkarīgs no objekta atstarošanas un signāla laušanas īpašībām, frekvence un Doplera fāzu
nobīde ir atkarīga no mērķa objekta pārvietošanās ātruma.
Atstarošanās intensitāte
Lai varētu noteikt kādi laika apstākļi ir radara darbības zonā ir jāanalizē atgriezto
signālu intensitāte. Intensitāte ir atkarīga no lietus lāses diametra sestās pakāpes, mērķa(lietus
lāses) dielektriskās konstantes kvadrāta un lietus lāses izmēra izkliedes. Atstarošanās
intensitāte ir aprēķināma pēc formulas:
𝑍𝑒 = 𝐾 2𝑁0𝑒−Λ𝐷𝐷6𝑑𝐷,
𝐷𝑚𝑎𝑥
0
(2.5)
𝑘𝑢𝑟 𝑍𝑒 − 𝑎𝑡𝑠𝑡𝑎𝑟𝑜š𝑎𝑛ā𝑠 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡ā𝑡𝑒;
𝐷 − 𝑙𝑖𝑒𝑡𝑢𝑠 𝑙ā𝑠𝑒𝑠 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑠
𝐾 − 𝑙𝑖𝑒𝑡𝑢𝑠 𝑙ā𝑠𝑒𝑠 𝑑𝑖𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑖𝑠𝑘𝑎𝑖𝑠 𝑘𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑠
𝑁0 − 𝑛𝑜𝑘𝑟𝑖šņ𝑢 𝑏𝑙ī𝑣𝑢𝑚𝑎 𝑘𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑠
Λ − 𝑡𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑡𝑠.
5
Savukārt nokrišņu daudzums ir atkarīgs no nokrišņu daļiņu skaita, tilpuma un krišanas
ātruma. To var izteikt ar formulu:
𝑅 = 𝑁0−Λ𝐷
𝜋𝐷3
6 𝑣(𝐷)𝑑𝐷
𝐷𝑚𝑎𝑥
0
,
(2.6)
𝑘𝑢𝑟 𝑣 𝐷 − 𝑛𝑜𝑘𝑟𝑖šņ𝑢 𝑘𝑟𝑖š𝑎𝑛𝑎𝑠 ā𝑡𝑟𝑢𝑚𝑠.
No formulām (2.5) un (2.6) var izteikt, ka atstarošanās intensitāte ir atkarīga no
nokrišņu daudzuma:
𝑍 = 𝑎𝑅𝑏 ,
(2.7)
kur a un b ir atkarīgi no nokrišņu tipa(sniegs, lietus u.c), kur katra veida nokrišņiem ir
savas vērtības konstantēm K,Λ,N0 un v. Tā kā no intensitātes tieši proporcionāli ir atkarīgs
nokrišņu daudzums, tad var secināt, ka jo lielāka atstarošanas intensitāte, jo lielāks nokrišņu
daudzums.
Polarizācija
Lielai daļai nokrišņu ir izteikta plakaniska forma ar lielāku horizontālu izmēru. Tas
saistāms ar vertikālu berzes koeficientu nokrišņiem krītot. Tādēļ radari pārsvarā ir ir
polarizēti horizontāli, lai iegūtu pēc iespējas labākus rezultātus. Ja vienlaicīgi tiek sūtīti divi
impulsi ar ortogonālu polarizāciju, tad ir iespējams iegūt vairāk informācijas par nokrišņiem
jo tiek saņemti divu veidu dati, kas katri saistīti ar savu asi. No šiem papildus datiem var
iegūt lietderīgu informāciju par nokrišņiem:
Diferenciālā atstarošanās – attiecība starp atstaroto vertikālo un horizontālo
signāla jaudu. Tas dod informāciju par nokrišņu formu un tilpumu;
Korelācijas koeficients – statistiska korelācija starp horizontāli polarizēto un
vertikāli polarizēto atstaroto signālu jaudām. Lielas vērtības(tuvu 1) norāda uz
vienveidīgu nokrišņu daudzumu, savukārt mazākas vērtības uz jauktu nokrišņu
daudzumu;
Lineārās depolarizācijas attiecība – attiecība starp atgriezto vertikālo jaudu
no horizontāli polarizēta signāla un atgriezto horizontālo jaudu no vertikāli
polarizēta signāla. Tas var liecināt par jaukta tipa nokrišņu iespējamību;
Specifiskā diferenciālā fāze – Salīdzinājums starp atgriezto signālu izmaiņām
fāzēm. Ir ļoti labs rādītājs, lai noteiktu nokrišņu daudzumu.(2)
6
3 Laika apstākļu noteikšana izmantojot Doplera radarus
Lai noteiktu laika apstākļus izmantojot radarus ir rūpīgi jāanalizē un jāapstrādā iegūtā
informācija. Lai to izdarītu tiek izmantoti dažādi algoritmi, kas nosaka nokrišņu daudzumu un
veidu, vēja stiprumu, tā izmaiņas, patstāvīgos kropļojumus, citus traucējumus. Piemēram,
ASV izmantotajā WSR-88D radarā tiek izmantoti 29(10 no tiem tikai signālu apstrādei)
dažādi algoritmi, ar kuriem var noteikt aptuveni 53 dažādas laika apstākļu parametrus.
Svarīgākie informācijas apstrādes algoritmi.
Automātiskā pulsa atkārtošanās frekvences noteikšana. WSR-88D radariem tiek
izmantota šāda metode, kas veic nolases zemākajā pacēluma leņķī, nosaka ar kādu pulsa
atkārtošanas frekvenci(no pieejamajām) atgrieztais signāls ir vislabākais. Un tad šī noteiktā
pulsa atkārtošanās frekvence tiek izmantota līdz 7.0o pacēluma leņķim.(3)
VAD(Velocity-azimuth display) algoritms
Kā zināms Doplera radars var izmērīt tikai vienu (radiālo) mērķa ātruma komponenti.
Parast gaisa kustības notiek trijās dimensijās un ir mainīgas laikā un telpā. Vienlaicīgi
mērījumi ar trīs Doplera radariem varētu aprakstīt gaisa kustību pilnībā, bet tas būtu
neizdevīgs risinājums un parasti ir pieejams tikai viens Doplera radars. Tādēļ novērotā vēja
lauks tiek vienkāršots, lai varētu analizēt Doplera radara mērījumus.
Vienkāršākajā gadījumā tiek pieņemts, ka, gan vertikālajai, gan horizontālajai
nokrišņu ātruma komponentei ir viendabīgs horizontālā vēja lauks. Tādā gadījumā veicot
ātruma mērījumus riņķos ap radaru, konstantā pacēluma leņķī, un konstantā attālumā var
iegūt ātruma sinusoidālu atkarību no azimuta leņķa. Horizontālā vēja virzienu𝛽0 var noteikt
pēc azimuta vērtības sinusoīdas maksimumā un minimumā. Savukārt horizontālā [𝑉 ] un
vertikālā [𝑤 ] vēja vērtības var noteikt pēc maksimālā 𝑉1 = 𝑉𝑟𝑚𝑎𝑥 un minimālā
ātruma(𝑉2 = 𝑉𝑟𝑚𝑖𝑛 ) ātrumiem un pacēluma leņķa α. (Skat. Attēls 2).
𝑉 =𝑉1 − 𝑉2
2𝑐𝑜𝑠𝛼;𝑤 =
𝑉1 + 𝑉2
2𝑠𝑖𝑛𝛼
Ja šie aprēķini tiek veikti konstantā pacēluma leņķī dažādās distancēs no radara, tiek
iegūts vertikālais vēja virziena un ātruma profils. Praktiskā darbībā, gan netiek iegūti dati no
visiem azimuta leņķiem un ātruma – azimuta attiecība nav perfekti sinusoidiāla.
Aprakstītais algoritms ir pats vienkāršākais VAD algoritms, bet tas parāda Doplera
radiālā ātruma apstrādes principus un problēmas.(1)
7
Attēls 2 VAD metode
Ātruma spektrālo kropļojumu samazināšana(Velocity dealiasing)
Gadījumos, kad mērķa
ātrums pārsniedz pēc Naikvista
kritērija noteikto maksimālo ātrumu
rodas ātruma spektrālie kropļojumi.
Gadījumos, kad ātrums ir lielāks,
nekā radars spēj uztvert, tad radars
to interpretē kā ātrumu ar pretēju
zīmi. Šāda kļūdaina interpretācija
var novest pie nopietnām
problēmām. Tādēļ tiek izstrādāti
dažādi algoritmi kropļojumu
mazināšanai. Attēls 3 uzskatāmi
parāda, kā radars uztver ātruma datus, ja tiek pārsniegts pēc Naikvista kritērija aprēķinātais
maksimālais ātrums. Referātā tiks aprakstīts viens veida, kā var apstrādāt datus, lai mazinātu
ātruma mērījumu kropļojumus.
Viens veids, kā šo problēmu risināt ir aprēķinot gradientu no ātrumu funkcijas.
Radiālā ātruma gradients vienmēr ir bez kropļojumiem, izņemot gadījumus, kur nekropļots
signāls robežojas ar kropļotu signālu. Šādos reģionos, kuri sastāda tikai niecīgu daļu no visas
distances, ko nolasa radars gradienta vērtība ir vairākas kārtas lielāka salīdzinājumā ar pārējo
reģionu un var tikt ļoti viegli noteikti. Attēls 4 ilustrē Attēls 3 ātruma gradientu. Ir skaidri
redzams, kur ir radiālā ātruma signāla kropļojumi(ap 180 un 680 attāluma vienību).(4)
Attēls 3 Radiālais ātrums atkarībā no distances
8
Analizējot un apstrādājot šos
datus ir iespējams labot kropļojumus
radara noteiktajā mērķa ātrumā. Šīs
kropļojumu novēršanas metodes pamatā
ir modificēts Ātruma – azimuta(VAD)
algoritms ar kura palīdzību tiek iegūti
precīzāki vertikālā vēja profili un to
gradientu vērtības. Apstrādājot vertikālā
vēja profilu, radiālā ātruma gradientu
informāciju, ir iespējams novērst Attēls
3 redzamā nomērītā ātruma kropļojumus.
Interferences novēršana. WSR-88D radariem mēdz būt papildus iekārta, kas novērš
citu radaru veidoto interferenci. Šī iekārta novēro frekvenču joslu, kas ir mazliet lielāka par
radara izmantoto frekvenču joslu. Ja tiek detektēti spēcīgi radio signāli, tad tiek pieņemts, ka
ir interference radara darbības zonā un signālu procesoram tiek nodots attiecīgais
signāls(karodziņš). Interferences gadījumā informācija tiek ņemta balstoties uz blakus esošo
zonu nolasēm. Faktiski tiek paņemta informācija no blakus esošā nolasītā tilpuma. Šāda
uztverto signālu izmaiņa tiek turpināta, kamēr interferences karodziņš ir aktīvs. Šāda apstrāde
samazina ātruma aprēķinu kļūdas, kas rodas interferences rezultātā.(3)
Iespējamie traucējumi radara attēlā.
Tā kā gaisā neatrodas tikai nokrišņi, kas var atstarot radara raidītos signālus, var
rasties traucējumi no citiem objektiem, piemēram, kukaiņiem un insektiem, putniem, ēkām,
metāliskiem objektiem, lidmašīnām, kalniem u.c. Analizējot datus no atstarotā signāla dažus
no šiem traucēkļiem ir iespējams novērst, bet dažus var tikai pamanīt radara attēlā.
Uzņemot radara attēlu parasti ir sastopami dažādi traucējumi, kas var sniegt
maldinošu informāciju par laika apstākļiem radara darbības zonā. Ir daudz objekti vai
parādības, kas var traucēt radara darbību, bet visbiežāk sastopamie kropļojumu cēloņi ir:
Insekti un kukaiņi, to bari. Lieli insektu bari radīs atstarošanās līmeņa
pieaugumu, it īpaši zemes tuvumā. Šos atstarotos signālus var izmantot, lai
noteiktu zema līmeņa vējus.
Jūras traucējumi. Jūras viļņi var radīt palielinātu atstarošanos. Jūras traucējumi
parasti ir ar vidēju vai lielu atstarošanas pakāpi.
Attēls 4 Radiālā ātruma gradients atkarībā no
distances
9
Putnu migrācija. Migrējošie putni noteikti tiks detektēti un uzrādīsies radara
attēlā;
Anomāla izplatīšanās. Pie noteiktiem atmosfēras apstākļiem gaisa atstarošanās
indekss var mainīties tā, ka tas signālu novirza uz zemi, tad tas atstarojas un nonāk
atpakaļ radara uztvērējā;
Interference. Radara interferences kropļojumi rodas, ja radara stars nonāk cita
radara darbības laukā un interferē ar to.
Interferences kropļojumi nav novēršami
stacionāriem laika apstākļu radariem. Ja
vien nenovērš interferences izraisītāju.
Interferences kropļojumi izpaužas kā taisnas
līnijas, kas kļūst šaurākas tuvojoties
radaram(skat. Attēls 5). Parasti interferenci
izraisa nepārtrauktā starojuma radara
darbība, lai gan iemesli var būt arī citi
mikroviļņus raidoši objekti, kas darbojas
tādā pašā frekvencē kā konkrētais radars.
Košā josla(Bright band). – parādība kad radara noskenētajā zonā ir izteikts
atstarošanās intensitātes pieaugums vienas
joslas ietvaros. Attēls 6 ir iespējams novērot
košo joslu aptuveni 3km augstumā. Šis
fenomens skaidrojams ar to, ka nokrišņi, kas ir
virs 3km augstuma ir ledus(sniegs), bet zonā
ap 3km sniegs sāk kust un nokrišņi ir sniegs ar
mazu ūdens kārtu ap to. Šādam objektam ir
lielāks atstarošanās koeficients un tādēļ rodas
maldīgs iespaids par patieso nokrišņu
daudzumu apgabalā. Ar šo problēmu ir
jārēķinās, lai aprēķinātu nokrišņu daudzumu apgabalā. Bet tā arī dod svarīgu
informāciju par temperatūras līmeni.
Kā risināt kropļojumu problēmu?
Daudzos gadījumos kropļojumus, to rašanās cēloni var noteikt tikai meteorologs.
Savukārt citos gadījumos var veikt signālu analīzi un apstrādi, lai kropļojumus radara attēlā
Attēls 6 Košās joslas attēlojums.
Attēls 5 Interferences radīti traucējumi
10
novērstu. Viena no kropļojumu novēršanas metodēm ir izstrādāt kropļojumu karti radara
apkārtnē. Ir vairākas metodes, kuras var izmantot, lai izstrādātu kropļojumu karti:
Detektēšanas varbūtība. Probability of detection(POD)
Detektēšanas varbūtība nosaka frekvenci ar kādu īstais(nepieciešamais) mērķis tiek
uztverts reprezentācijas kopā. To var noteikt pēc frekvences ar kādu zona atgriež signālu, kas
ir jaudīgāks par kādu noteiktu slieksni. Ilglaicīga sliekšņa pārsniegšana vairāku nedēļu vai
dienu garumā liecina par zemes kropļojumu atrašanās vietu. Dažādu mērķu POD vērtības:
zemes radīti kropļojumi – Pārsvarā augstas POD vērtības. Zemākas vērtības var
tikt novērotas robežzonā, piemēram, vietās kur atgrieztais signāls ir mazliet virs
noteiktā sliekšņa;
nokrišņi – zemas POD vērtības. Ilgā laika posmā katrā zonā nokrišņi būs tikai
īsu laika sprīdi;
insekti – insekti parasti atrodami zemākajā atmosfēras slānī, to izvietojums
atkarīgs no atmosfēras apstākļiem.
putni – putni parasti būs tikai gadījuma punkts uz radara attēla, izņemot
galvenos putnu migrācijas posmus, bet tas neradīs lielu POD.
atstarošana – spēcīga atmosfēras atstarošana var atstarot signālu, vai radīt
zemes vai jūras radītos kropļojumus. Tie ir gadījuma rakstura un POD to
nedetektēs.
Ņemot vērā šādā veidā iegūto informāciju ir iespējams izveidot kropļojumu karti, kurā
lielākas vērtības norāda uz lielāku kropļojumu iespējamību, savukārt mazākas uz mazāku
kropļojumu iespējamību.(5)
Ātruma standarta novirze
Izmaiņas ātrumā kādā vietā ilglaicīgā laika posmā nodrošina jaunu kropļojumu
noteikšanas metodi. Ātruma standarta novirze vienā vietā vairāku dienu garumā var norādīt
uz dažādām mērķu īpašībām. Kropļojumiem vajadzētu būt ar visnemainīgāko ātrumu, radara
uztvertais troksnis būs ar mainīgu ātrumu, savukārt nokrišņi ir pārāk īslaicīgi lai šādā veidā
noteikto to ātrumu. Reģionos, kur sastopams liels daudzums insektu būs novērojama vidēji
liela standarta novirze, kas raksturīga tur valdošajiem vējiem.
Standarta novirzi aprēķina pēc formulas:
11
𝜎 = 1
𝑁 𝑥𝑛 − 𝑥 2
𝑁
𝑛=1
(3.1)
𝑘𝑢𝑟 𝜎 − 𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟𝑡𝑎 𝑛𝑜𝑣𝑖𝑟𝑧𝑒
𝑁 − 𝑛𝑜𝑙𝑎š𝑢 𝑠𝑘𝑎𝑖𝑡𝑠
𝑥𝑛 − 𝑛𝑜𝑙𝑎𝑠𝑒𝑠 𝑣ē𝑟𝑡ī𝑏𝑎
𝑥 − 𝑣𝑖𝑑ē𝑗ā 𝑎𝑟𝑖𝑡𝑚ē𝑡𝑖𝑠𝑘ā 𝑣ē𝑟𝑡ī𝑏𝑎
Lai vieglāk varētu veikt aprēķinus var pieņemt, ka vidējā aritmētiskā vērtība ir nulle,
jo:
trokšņu vidējam ātrumam ir jābūt nullei’;
stacionāru zemes trokšņu vidējam ātrumam ir jābūt nullei;
vēja radītajam vidējam ātrumam ilgākā laika periodā ir jābūt nullei;
citiem gadījuma kropļojumiem vajadzētu radīt vidējo vērtību nulle.
Īpaša uzmanība jāpievērš reģionos, kuros ir spēcīgi dominējošie vēji, kas varētu
ietekmēt šādi pieņemu vidējo aritmētisko vērtību.
Aprēķināto standarta ātruma novirzi(SDV) izveido pārveidojot iegūtās σ vērtības. Pēc
pieredzes tika noteikts, ka gadījumos, kad σ>7m/s, tad iespējamība, ka tas ir kropļojums ir
0%. Savukārt, ja σ ir tuvu nullei, tad iespējamība, ka tas ir kropļojums ir 100%. Parasti tiek
veidotas pseido-varbūtības kartes, kuru vērtības tiek aprēķinātas šādā veidā: 𝑆𝐷𝑉 = 7 −
𝜎; 𝑗𝑎 𝑆𝐷𝑉 < 0, 𝑡𝑎𝑑 𝑆𝐷𝑉 = 0, normalizē SDV starp 0 un 1 izdalot visas vērtības ar
maksimālo SDV vērtību.
Rezultātā tiek iegūt karte, kurā ar vērtībām, kas tuvākas 1 tiek apzīmēti rajoni ar lielu
trokšņu iespējamību un vērtībām, kas tuvāks 0 – mazu. Gluži kā POD kartē.(5)
Izmantojot augstāk aprakstītās un citas datu un signālu analīzes metodes ir iespējams
iegūt cilvēkam izmantojamus un saprotamus datus par apkārtnes laika apstākļiem.
12
4 Secinājumi
Doplera radara galvenais lietošanas trūkums ir spēja iegūt tikai ierobežotu
informācijas daudzumu no uztvertā atstarotā signāla.
Doplera radara darbību ierobežo arī pulsa atkārtošanās frekvence un izmantotā
raidītā viļņa garums. Šie divi parametri nosaka radara darbības rādiusu un spēju izmērīt
maksimālo mērķa ātrumu.
Lai novērsto datu trūkuma problēmu ir jāveic komplicēta saņemto datu analīze
un apstrāde.
Pareizi apstrādāta informācija ir bez kropļojumiem un ļauj veikt secinājumus
par tuvā nākotnē sagaidāmiem laika apstākļiem. Šāda informācija palīdz brīdināt cilvēkus par
iespējamu dabas katastrofu.
Ir informācijas kropļojumi, kurus nevar novērst ar datorizētu apstrādi un to ir
iespējams noteikt tikai cilvēkam.
Izmantojot statistiskās analīzes metodes par radara novērojumiem ilgākā laika
posmā ir iespējams izveidot radara kropļojumu kartes, kuras ir vieglāk izmantot kropļojumu
novēršanā.
13
5 Bibliography
1. Novak, Petr. Processing of Doppler weather radar winds. Processing of Doppler
weather radar winds. [Tiešsaiste] 1999. gada June. [Citēts: 2011. gada 02. Aprīlis.]
http://old.chmi.cz/meteo/rad/pub/wds99_dop/index.html.
2. National severe storms laboratory. Polarimetric doppler radar. NSSL. [Tiešsaiste]
2008. gada 19. May. [Citēts: 2011. gada 03. April.]
http://www.nssl.noaa.gov/research/radar/dualpol.php.
3. U.S. Department of commerce/National Oceanic and Atmospheric
Administration. Doppler radar meteorological observations part C. Washington DC :
Department of commerce, 2006.
4. Gao, Jidong un Droegemeier, Kelvin K. A variational techniquoe for dealiasing
doppler radial velocity. Journal of applied meteorology. 2003. gada, Sēj. 43.
5. Discussion on differentiating ground clutter and insect echoes from Doppler
weather radars using archived data. Rennie, S.J., A.J.Illingworth un Dance, S.L. bez
viet. : Atmospheric measurment techniques discussions, 2010.
6. Carey, Dr. Larry. Lecture on Polarimetric radar meteorology. 2004. gada.
7. The comparative analysis of two kinds of velocity dealiasing schemes in different
weathers for North and South China. Yang, Meilin, Su, Debin un Liping, Liu. Beijing : bez
nos., 2010.