多普勒气象雷达原始回波数据混合压缩算法研究

论文摘要

多部多普勒气象雷达组成分布式网络雷达系统,雷达探测区域互相重合,相互通信,进一步提高了对灾害性天气的监测预警能力。但是,多部雷达产生的原始回波数据量十分巨大,不适合当前气象网络传输。因此,本文对分布式全固态网络气象雷达系统中的数据传输与压缩算法进行研究,目的在于压缩原始回波数据以降低数据传输率。研究工作主要从以下几个方面展开:(1)在研究了气象雷达原始回波数据格式的基础上,从时域、频域、相关性和熵值特性四个方面对数据进行仿真分析,挖掘出原始回波数据的特征和相关性。(2)结合气象雷达原始回波数据的特点,重点研究基于上下文模型的无损压缩算法,对实测数据进行对比压缩实验,提出无损压缩算法改进方案。(3)重点分析了使用小波变换模极大值的方法对气象雷达原始回波数据去噪声的思想,结合对原始回波数据特征的挖掘以及无损压缩改进算法,提出一种基于小波变换模极大值去噪声的混合数据压缩系统,给出算法实现和仿真分析结果。(4)从气象基数据参数(强度、速度、谱宽)的角度对去噪声后的数据进行损失评估,计算损失信噪比和数据压缩比。实验结果表明:本文提出的算法能够在一定失真率的前提下有效的对气象雷达原始回波数据进行压缩。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略语
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的研究意义
• 1.2 国内外研究情况
• 1.3 本文结构安排
• 1.4 本文主要工作简介
• 第二章 多普勒气象雷达系统及其原始回波数据分析
• 2.1 多普勒气象雷达系统简介
• 2.1.1 多普勒气象雷达发展概况
• 2.1.2 多普勒气象雷达系统结构
• 2.2 多普勒气象雷达原始回波数据特性
• 2.2.1 气象雷达信号方程
• 2.2.2 气象雷达回波信号的提取
• 2.3 多普勒气象雷达原始回波数据格式
• 2.3.1 气象雷达回波组成
• 2.3.2 实测气象雷达原始I、Q回波数据取样格式
• 2.4 多普勒气象雷达实测原始回波数据分析
• 2.4.1 时域统计特性分析
• 2.4.2 时域I、Q数据相关性分析
• 2.4.3 原始回波数据熵值分析
• 2.4.4 气象雷达原始回波数据频域特性分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 气象雷达原始回波数据无损压缩算法研究
• 3.1 数据压缩原理及其分类
• 3.1.1 数据压缩的定义与原理
• 3.1.2 数据压缩分类
• 3.2 典型无损数据压缩算法
• 3.2.1 哈夫曼压缩编码
• 3.2.2 算术压缩编码
• 3.3 基于Context的无损数据压缩技术及实测数据压缩实验
• 3.3.1 PPM压缩编码
• 3.3.2 CTW压缩编码
• 3.3.3 PAQ系列压缩编码
• 3.3.4 实测原始回波数据无损压缩实验
• 3.4 无损压缩算法的改进
• 3.4.1 基于时域数据重排思想的无损数据压缩算法
• 3.4.2 实验结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于小波变换模极大值去噪的数据混合压缩算法研究
• 4.1 从傅立叶变换去噪到小波变换去噪
• 4.1.1 傅氏变换去噪声思想
• 4.1.2 小波变换去噪声思想
• 4.2 小波变换理论基础
• 4.2.1 Mallat多分辨率理论
• 4.2.2 连续小波变换理论
• 4.2.3 二进小波变换理论
• 4.3 气象信号小波变换模极大值去噪声原理分析
• 4.3.1 信号的奇异性和李普西兹 （Lipschitz） 指数
• 4.3.2 信号模极大值与其奇异性的关系
• 4.3.3 信号模极大值与其Lipschitz指数的关系
• 4.3.4 基于模极大值的信号重构算法
• 4.4 基于去噪声的混合压缩算法系统设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 算法仿真实验结果分析
• 5.1 实验仿真分析
• 5.2 数据压缩性能分析
• 5.2.1 气象信号三要素分析
• 5.2.2 计算结果误差分析
• 5.2.3 数据压缩比值分析
• 5.3 数据压缩实验结论
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 论文总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士阶段发表的论文