本发明涉及大气湍流能量探测领域，尤其涉及一种风廓线雷达大气湍流能量探测系统及方法。该系统包括数字中频接收机，用于采集大气湍流雷达回波信号，将雷达回波信号进行数字化处理得到时域数据并发送到第一存储模块中；第一存储模块，用于存储数字中频接收机发送的时域数据；信号处理模块，用于对第一存储模块中的时域数据进行信号处理，生成大气湍流回波功率谱数据并发送到第二存储模块中。本发明提供了一种用于实现对大气湍流能量和摩擦速度进行观察、探测和处理的风廓线雷达大气湍流能量探测系统和方法，能实时获得数据，数据准确，精确度高，真实还原大气湍流，可应用于科研、大气观测和农业应用等多个领域。
1.一种风廓线雷达大气湍流能量探测系统，其特征在于，包括：
数字中频接收机，用于采集大气湍流雷达回波信号，将雷达回波信号进行数字化处理得到时域数据并发送到第一存储模块中；
第一存储模块，用于存储数字中频接收机发送的时域数据；
信号处理模块，用于对第一存储模块中的时域数据进行信号处理，生成大气湍流回波功率谱数据并发送到第二存储模块中；
第二存储模块，用于存储信号处理模块发送的大气湍流回波功率谱数据；
数据处理模块，用于对第二存储模块中的大气湍流回波功率谱数据进行谱矩处理，得到多个大气风场的分量数据，将多个分量数据按获取的时间顺序进行有重叠分组，按分组的顺序处理分量数据，得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度并储存；
所述数据处理模块，用于将多个分量数据按获取的时间顺序进行有重叠分组，具体为，假设组内分量数据的个数为N，则分量数据重叠的个数为N-1，其中重叠部分为连续获取的分量数据，每得到一个分量数据，与所述分量数据之前的N-1个分量数据分为一组；
所述数据处理模块，用于对大气湍流回波功率谱数据进行谱矩处理，处理出探测波束所指方向上各高度层的径向风速度，再由径向风速度和探测波束的方向角、俯仰角计算出水平风速在两个正交水平方向上的分量，其中东方向上为u分量，北方向上为v分量，在垂直天顶方向上的径向速度是直接测量得到的，为w分量；5个分量数据为一组，5个分量数据为不同高度的分量数据，高度分辨率最小为50米，一个分量数据包括u分量、v分量、w分量；按获得分量数据的时间顺序依次得到5个分量数据，时间分辨率最小为3分钟，每个分量数据分别包括u分量、v分量、w分量，为大气风场的第一组分量数据，处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值；一组分量数据，即5个分量数据得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值；按获得分量数据的时间顺序再获得一个分量数据R，所述分量数据R与所述分量数据R之前相邻的4个分量数据为第二组分量数据，第二组分量数据处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，按获得分量数据的时间顺序又获得一个分量数据Y，分量数据Y与分量数据R、分量数据R之前相邻的三个分量数据为第三组分量数据，第三组分量数据处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，依照分组的顺序处理分量数据得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度。
2.根据权利要求1所述的风廓线雷达大气湍流能量探测系统，其特征在于，还包括系统控制模块，所述系统控制模块用于在开始探测前对所述信号处理模块进行加载参数处理，对所述数字中频接收机进行初始化和加载参数处理。
3.根据权利要求2所述风廓线雷达大气湍流能量探测系统，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块用于显示数据处理模块发送的大气湍流能量和摩擦速度。
4.根据权利要求3所述风廓线雷达大气湍流能量探测系统，其特征在于，所述数字中频接收机、第一存储模块、信号处理模块和系统控制模块设置在工业控制计算机内；第二存储模块、数据处理模块和显示模块设置在数据终端计算机内；所述工业控制计算机内各个部分通过外设部件互连总线进行通讯，数据终端计算机内各个部分通过外设部件互连总线进行通讯，工业控制计算机和数据终端计算机通过以太网卡和网线进行通讯。
5.一种风廓线雷达大气湍流能量探测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1,采集大气湍流雷达回波信号，将雷达回波信号进行数字化处理得到时域数据；
S3,对时域数据进行信号处理，生成大气湍流回波功率谱数据；
S5,对大气湍流回波功率谱数据进行谱矩处理，得到多个大气风场的分量数据，将多个分量数据按获取的时间顺序进行有重叠分组，按分组的顺序处理分量数据，得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度并储存；
所述S5中将多个分量数据按获取的时间顺序进行有重叠分组，具体为，假设组内分量数据的个数为N，则分量数据重叠的个数为N-1，其中重叠部分为连续获取的分量数据，每得到一个分量数据，与所述分量数据之前的N-1个分量数据分为一组；
所述S5中具体包括，对大气湍流回波功率谱数据进行谱矩处理，处理出探测波束所指方向上各高度层的径向风速度，再由径向风速度和探测波束的方向角、俯仰角计算出水平风速在两个正交水平方向上的分量，其中东方向上为u分量，北方向上为v分量，在垂直天顶方向上的径向速度是直接测量得到的，为w分量；5个分量数据为一组，5个分量数据为不同高度的分量数据，高度分辨率最小为50米，一个分量数据包括u分量、v分量、w分量；按获得分量数据的时间顺序依次得到5个分量数据，时间分辨率最小为3分钟，每个分量数据分别包括u分量、v分量、w分量，为大气风场的第一组分量数据，处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值；一组分量数据，即5个分量数据得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值；
按获得分量数据的时间顺序再获得一个分量数据R，所述分量数据R与所述分量数据R之前相邻的4个分量数据为第二组分量数据，第二组分量数据处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，按获得分量数据的时间顺序又获得一个分量数据Y，分量数据Y与分量数据R、分量数据R之前相邻的三个分量数据为第三组分量数据，第三组分量数据处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，依照分组的顺序处理分量数据得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度。
6.根据权利要求5所述的风廓线雷达大气湍流能量探测方法,其特征在于,所述组内分量数据的个数为5，得到大气风场的第一组分量数据，处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，按获得分量数据的时间顺序再获得一个分量数据，所述分量数据与所述分量数据之前的4个分量数据分为另一组，再处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，依照分组的顺序处理分量数据得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度并储存。
一种风廓线雷达大气湍流能量探测系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及大气湍流能量探测领域，尤其涉及一种风廓线雷达大气湍流能量探测系统及方法。
背景技术
[0002] 大气湍流是大气中一种不规则的随机运动，湍流每一点上的压强、速度、温度等物理特性等随机涨落。大气湍流的存在使大气中的动量、热量、水气和污染物的垂直和水平交换作用明显增强，远大于分子运动的交换强度，同时对光波、声波和电磁波在大气中的传播产生一定的干扰作用。大气湍流最常发生的3个区域是：大气底层的边界层内，对流云的云体内部，大气对流层上部的西风急流区内。
[0003] 大气湍流对飞行器的飞行性能、结构载荷、飞行安全的影响很大；大气边界层中，是地气相互作用的重要过程,同时也对农业、森林和大气污染等实际应用问题起至关重要的作用；另外,近地面层湍流通量的确定还是大气环流和数值模拟等相关科研工作的重要问题。对于大气湍流的观测和研究一直是有关专业领域的重要内容，但是，当前湍流理论尚不完备，湍流观测仪器和实验手段存在局限性。
[0004] 在气象观测中，用风廓线雷达探测大气湍流速度已经得到普遍应用，能够探测大气边界层、对流层等区域，得到大气湍流风场的水平风速、水平风向和垂直气流速度。风廓线雷达具有时空分辨力高、精度高等优点，是全天候无人值守探测方式。随着风廓线雷达的推广应用，获得了大量观测数据，风廓线雷达的回波功率谱中含有丰富的大气湍流信息，在此基础上，能够更加深入和精细化地研究大气湍流；其中，大气湍流能量TKE(Turbulence Kinetic Energy)和摩擦速度FV(Friction Velocity)是大气湍流研究中的重要参量，表征了湍流尺度、能量传输、随机性运动规律等大气湍流的特征，湍流能量很大时，随机性的湍流可能形成风切变，研究湍流与风切变的关系对预警风切变有一定的意义。
[0005] 受实际探测技术的限制，以前对于大气湍流的这两个参量主要是在理论、实验和数值模拟研究方面有一些成果，而原有风廓线雷达的数据处理和数据产品中，还没有对大气湍流能量(TKE)和摩擦速度(FV)进行探测和处理的先例。
发明内容
[0006] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种风廓线雷达大气湍流能量探测系统及方法。
[0007] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
[0008] 一种风廓线雷达大气湍流能量探测系统，包括：
[0009] 数字中频接收机，用于采集大气湍流雷达回波信号，将雷达回波信号进行数字化处理得到时域数据并发送到第一存储模块中；
[0010] 第一存储模块，用于存储数字中频接收机发送的时域数据；
[0011] 信号处理模块，用于对第一存储模块中的时域数据进行信号处理，生成大气湍流回波功率谱数据并发送到第二存储模块中；
[0012] 第二存储模块，用于存储信号处理模块发送的大气湍流回波功率谱数据；
[0013] 数据处理模块，用于对第二存储模块中的大气湍流回波功率谱数据进行谱矩处理，得到多个大气风场的分量数据，将多个分量数据按获取的时间顺序进行有重叠分组，按分组的顺序处理分量数据，得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度并储存。
[0014] 本发明的有益效果：数字中频接收机采集信号并处理得到时域数据，第一存储模块存储时域数据，方便查询原始记录，信号处理模块处理时域数据得到功率谱数据，第二存储模块存储功率谱数据，数据处理模块对功率谱数据进行谱矩处理，得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度，提供了一种用于实现对大气湍流能量(TKE)和摩擦速度(FV)进行探测和处理的风廓线雷达大气湍流能量探测系统，该系统实时获得数据，数据准确，精确度高，真实还原大气湍流，可应用于科研、大气观测和农业应用等多个领域。
[0015] 进一步的，所述数据处理模块将多个分量数据按获取的时间顺序进行有重叠分组，具体为，假设组内分量数据的个数为N，则分量数据重叠的个数为N-1，其中重叠部分为连续获取的分量数据，每得到一个分量数据，与所述分量数据之前的N-1个分量数据分为一组。
[0016] 采用上述进一步方案的有益效果是：数据处理模块通过将多个分量数据按获取的时间顺序进行有重叠分组，充分利用数字中频接收机采集的信号，多方面多角度探测、处理得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度，风廓线雷达大气湍流能量探测系统实时获得数据，数据准确，精确度高，真实还原大气湍流。
[0017] 进一步，所述组内分量数据的个数为5，得到大气风场的第一组分量数据，处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，按获得分量数据的时间顺序再获得一个分量数据，所述分量数据与所述分量数据之前的4个分量数据分为另一组，再处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，依照分组的顺序处理分量数据得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度并储存。
[0018] 采用上述进一步方案的有益效果是：数据处理模块通过5个分量数据按获取的时间顺序处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，按获得分量数据的时间顺序再获得一个分量数据，与所述分量数据之前的4个分量数据再处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，依照分组的顺序处理分量数据，得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度，多方面多角度探测、处理得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度，风廓线雷达大气湍流能量探测系统实时获得数据，数据准确，精确度高，真实还原大气湍流。
[0019] 进一步，所述分量数据包括u分量、v分量、w分量，所述u分量、v分量、w分量是三个相互的垂直方向上的径向速度分量。
[0020] 进一步，还包括系统控制模块，所述系统控制模块用于在开始探测前对所述信号处理模块进行加载参数处理，对所述数字中频接收机进行初始化和加载参数处理。
[0021] 采用上述进一步方案的有益效果是：系统控制模块分别对信号处理模块和数字中频接收机进行相应处理，提供了一种用于实现对大气湍流能量(TKE)和摩擦速度(FV)进行观察、探测和处理的风廓线雷达大气湍流能量探测系统。
[0022] 进一步，还包括显示模块，所述显示模块用于显示数据处理模块发送的大气湍流能量和摩擦速度。
[0023] 采用上述进一步方案的有益效果是：显示模块显示大气湍流能量和摩擦速度，提供了一种用于实现对大气湍流能量(TKE)和摩擦速度(FV)进行观察的风廓线雷达大气湍流能量探测系统。
[0024] 进一步，所述数字中频接收机、第一存储模块、信号处理模块和系统控制模块设置在工业控制计算机内；第二存储模块、数据处理模块和显示模块设置在数据终端计算机内；所述工业控制计算机内各个部分通过外设部件互连总线进行通讯，数据终端计算机内各个部分通过外设部件互连总线进行通讯，工业控制计算机和数据终端计算机通过以太网卡和网线进行通讯。
[0025] 采用上述进一步方案的有益效果是：数字中频接收机、第一存储模块、信号处理模块和系统控制模块设置在工业控制计算机内；第二存储模块、数据处理模块和显示模块设置在数据终端计算机内。各个部分实现通信，提供了一种用于实现对大气湍流能量(TKE)和摩擦速度(FV)进行观察、探测和处理的风廓线雷达大气湍流能量探测系统。
[0026] 本发明还提供一种风廓线雷达大气湍流能量探测方法，包括如下步骤：
[0027] S1,采集大气湍流雷达回波信号，将雷达回波信号进行数字化处理得到时域数据；
[0028] S2,存储时域数据；
[0029] S3,对时域数据进行信号处理，生成大气湍流回波功率谱数据；
[0030] S4,存储大气湍流回波功率谱数据；
[0031] S5,对大气湍流回波功率谱数据进行谱矩处理，得到多个大气风场的分量数据，将多个分量数据按获取的时间顺序进行有重叠分组，按分组的顺序处理分量数据，得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度并储存。
[0032] 本发明的有益效果：采集信号并处理得到时域数据，存储时域数据，方便查询原始记录，处理时域数据得到功率谱数据，存储功率谱数据，对功率谱数据进行谱矩处理，得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度，提供了一种用于实现对大气湍流能量(TKE)和摩擦速度(FV)进行探测和处理的风廓线雷达大气湍流能量探测方法，该方法实时获得数据，数据准确，精确度高，真实还原大气湍流，可应用于科研、大气观测和农业应用等多个领域。
[0033] 进一步，所述S5中将多个分量数据按获取的时间顺序进行有重叠分组，具体为，假设组内分量数据的个数为N，则分量数据重叠的个数为N-1，其中重叠部分为连续获取的分量数据，每得到一个分量数据，与所述分量数据之前的N-1个分量数据分为一组。
[0034] 采用上述进一步方案的有益效果是：通过将多个分量数据按获取的时间顺序进行有重叠分组，充分利用采集的信号，多方面多角度探测、处理得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度，风廓线雷达大气湍流能量探测方法实时获得数据，数据准确，精确度高，真实还原大气湍流。
[0035] 进一步，所述组内分量数据的个数为5，得到大气风场的第一组分量数据，处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，按获得分量数据的时间顺序再获得一个分量数据，所述分量数据与所述分量数据之前的4个分量数据分为另一组，再处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，依照分组的顺序处理分量数据得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度并储存。
[0036] 采用上述进一步方案的有益效果是：通过5个分量数据按获取的时间顺序处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，按获得分量数据的时间顺序再获得一个分量数据，与所述分量数据之前的4个分量数据再处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，依照分组的顺序处理分量数据，得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度，多方面多角度探测、处理得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度，风廓线雷达大气湍流能量探测方法实时获得数据，数据准确，精确度高，真实还原大气湍流。
附图说明
[0037] 图1为本发明实施例所述一种风廓线雷达大气湍流能量探测系统的结构示意图；
[0038] 图2为本发明实施例所述一种风廓线雷达大气湍流能量探测方法的流程示意图。
具体实施方式
[0039] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0040] 本发明实施例提供一种风廓线雷达大气湍流能量探测系统。
[0041] 如图1所示，一种风廓线雷达大气湍流能量探测系统，包括：
[0042] 数字中频接收机，用于采集大气湍流雷达回波信号，将雷达回波信号进行数字化处理得到时域数据并发送到第一存储模块中；
[0043] 具体地，所述数字中频接收机按照加载参数对雷达回波的中频信号进行模数转换和采集，将得到的时域数据存入本地先进先出存储器并发送到第一存储模块中。
[0044] 第一存储模块，用于存储数字中频接收机发送的时域数据；
[0045] 信号处理模块，用于对第一存储模块中的时域数据进行信号处理，生成大气湍流回波功率谱数据并发送到第二存储模块中；
[0046] 第二存储模块，用于存储信号处理模块发送的大气湍流回波功率谱数据；
[0047] 数据处理模块，用于对第二存储模块中的大气湍流回波功率谱数据进行谱矩处理，得到多个大气风场的分量数据，将多个分量数据按获取的时间顺序进行有重叠分组，按分组的顺序处理分量数据，得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度并储存。
[0048] 数字中频接收机采集信号并处理得到时域数据，第一存储模块存储时域数据，方便查询原始记录，信号处理模块处理时域数据得到功率谱数据，第二存储模块存储功率谱数据，数据处理模块对功率谱数据进行谱矩处理，得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度，提供了一种用于实现对大气湍流能量(TKE)和摩擦速度(FV)进行探测和处理的风廓线雷达大气湍流能量探测系统，该系统实时获得数据，数据准确，精确度高，真实还原大气湍流，可应用于科研、大气观测和农业应用等多个领域。
[0049] 所述数据处理模块将多个分量数据按获取的时间顺序进行有重叠分组，具体为，假设组内分量数据的个数为N，则分量数据重叠的个数为N-1，其中重叠部分为连续获取的分量数据，每得到一个分量数据，与所述分量数据之前的N-1个分量数据分为一组。
[0050] 数据处理模块通过将多个分量数据按获取的时间顺序进行有重叠分组，充分利用数字中频接收机采集的信号，多方面多角度探测、处理得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度，风廓线雷达大气湍流能量探测系统实时获得数据，数据准确，精确度高，真实还原大气湍流。
[0051] 所述组内分量数据的个数为5，得到大气风场的第一组分量数据，处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，按获得分量数据的时间顺序再获得一个分量数据，所述分量数据与所述分量数据之前的4个分量数据分为另一组，再处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，依照分组的顺序处理分量数据得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度并储存。
[0052] 具体地，所述数据处理模块对大气湍流回波功率谱数据进行谱矩处理，处理出探测波束所指方向上各高度层的径向风速度，再由径向风速度和探测波束的方向角、俯仰角计算出水平风速在两个正交水平方向上的分量，其中东方向上为u分量，北方向上为v分量，在垂直天顶方向上的径向速度是直接测量得到的，为w分量。5个分量数据为一组，5个分量数据为不同高度的分量数据，高度分辨率最小为50米，一个分量数据包括u分量、v分量、w分量。按获得分量数据的时间顺序依次得到5个分量数据，时间分辨率最小为3分钟，每个分量数据分别包括u分量、v分量、w分量，为大气风场的第一组分量数据，处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值。一组分量数据，即5个分量数据得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值。按获得分量数据的时间顺序再获得一个分量数据R，所述分量数据R与所述分量数据R之前相邻的4个分量数据为第二组分量数据，第二组分量数据处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，按获得分量数据的时间顺序又获得一个分量数据Y，分量数据Y与分量数据R、分量数据R之前相邻的三个分量数据为第三组分量数据，第三组分量数据处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，依照分组的顺序处理分量数据得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度。
[0053] u、v、w的计算公式，单位米/秒(m/s)
[0054]
[0055]
[0056] w(h)＝VRZ(h) (3)
[0057] 其中，θ为倾斜探测波束的天顶角，即倾斜波束与天顶垂直方向的夹角。
[0058] VRZ(h)、VRE(h)、VRN(h)为风廓线雷达在天顶方向、偏东方向、偏北方向的带有高度值的测得的径向速度，u(h)和v(h)分别为水平风在东和北方向的分量，w(h)为大气垂直运动速度。
[0059] 风廓线雷达测得的径向速度均以朝向雷达方向为正速度。
[0060] 大气湍流能量TKE的计算公式如下，单位平方米/平方秒(m2/s2)
[0061] TKE＝(u'2+v'2+w'2)/2 (4)
[0062] 其中，u'、v'、w'是分别由u、v、w计算得到的，计算公式如下，[0063]
[0064]
[0065]
[0066]
[0067]
[0068]
[0069] 其中：N＝5，ui、vi、wi分别表示每组中的每个u、v、w， 分别表示每组u、v、w的平均值。每个u、v、w是同一个高度上的径向风速度分量，每个组中的每个分量数据可以是不同高度的分量数据，但是一定是按照获取分量数据的时间顺序获得的。
[0070] 摩擦速度FV的计算公式，单位米/秒(m/s)
[0071]
[0072]
[0073] FV2＝[(duw)2+(dvw)2]1/2 (13)
[0074] FV＝[FV2]1/2 (14)
[0075] 其中：N＝5，ui、vi、wi分别表示每组中的每个u、v、w， 分别表示每组u、v、w的平均值，计算公式同(8)、(9)、(10)。
[0076] 风廓线雷达(Wind Profiling Radar,WPR)是一种多普勒脉冲雷达，是通过探测大气湍流对电磁波的反射和散射来连续探测大气风场等物理量的一种全天候大气遥感探测设备，具有很高的探测实时性和精度，是中小尺度大气探测的关键设备之一，在我国得到了快速发展和应用。
[0077] 本发明根据大气湍流能量(TKE)和摩擦速度(FV)参量的计算公式，对风廓线雷达探测获取到的丰富的大气湍流风场数据，作进一步的处理和计算，实时得到高时空分辨力和高精度的两个参量数据产品，用于航空气象保障和气候变化等领域的研究。
[0078] 数据处理模块通过5个分量数据按获取的时间顺序处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，按获得分量数据的时间顺序再获得一个分量数据，与所述分量数据之前的4个分量数据再处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，依照分组的顺序处理分量数据得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度，多方面多角度探测、处理得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度，风廓线雷达大气湍流能量探测系统实时获得数据，数据准确，精确度高，真实还原大气湍流。
[0079] 所述分量数据包括u分量、v分量、w分量，所述u分量、v分量、w分量是三个相互的垂直方向上的径向速度分量。
[0080] 一种风廓线雷达大气湍流能量探测系统还包括系统控制模块，所述系统控制模块用于在开始探测前对所述信号处理模块进行加载参数处理，对所述数字中频接收机进行初始化和加载参数处理。
[0081] 系统控制模块分别对信号处理模块和数字中频接收机进行相应处理，提供了一种用于实现对大气湍流能量(TKE)和摩擦速度(FV)进行观察、探测和处理的风廓线雷达大气湍流能量探测系统。
[0082] 一种风廓线雷达大气湍流能量探测系统还包括显示模块，所述显示模块用于显示数据处理模块发送的大气湍流能量和摩擦速度。
[0083] 显示模块显示大气湍流能量和摩擦速度，提供了一种用于实现对大气湍流能量(TKE)和摩擦速度(FV)进行观察的风廓线雷达大气湍流能量探测系统。
[0084] 所述数字中频接收机、第一存储模块、信号处理模块和系统控制模块设置在工业控制计算机内；第二存储模块、数据处理模块和显示模块设置在数据终端计算机内；所述工业控制计算机内各个部分通过外设部件互连总线进行通讯，数据终端计算机内各个部分通过外设部件互连总线进行通讯，工业控制计算机和数据终端计算机通过以太网卡和网线进行通讯。
[0085] 数字中频接收机、第一存储模块、信号处理模块和系统控制模块设置在工业控制计算机内；第二存储模块、数据处理模块和显示模块设置在数据终端计算机内。各个部分实现通信，提供了一种用于实现对大气湍流能量(TKE)和摩擦速度(FV)进行观察、探测和处理的风廓线雷达大气湍流能量探测系统。
[0086] 本发明实施例还提供一种风廓线雷达大气湍流能量探测方法。
[0087] 如图2所示，一种风廓线雷达大气湍流能量探测方法，包括如下步骤：
[0088] S1,采集大气湍流雷达回波信号，将雷达回波信号进行数字化处理得到时域数据；
[0089] S2,存储时域数据；
[0090] S3,对时域数据进行信号处理，生成大气湍流回波功率谱数据；
[0091] S4,存储大气湍流回波功率谱数据；
[0092] S5,对大气湍流回波功率谱数据进行谱矩处理，得到多个大气风场的分量数据，将多个分量数据按获取的时间顺序进行有重叠分组，按分组的顺序处理分量数据，得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度并储存。
[0093] 采集信号并处理得到时域数据，存储时域数据，方便查询原始记录，处理时域数据得到功率谱数据，存储功率谱数据，对功率谱数据进行谱矩处理，得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度，提供了一种用于实现对大气湍流能量(TKE)和摩擦速度(FV)进行探测和处理的风廓线雷达大气湍流能量探测方法，该方法实时获得数据，数据准确，精确度高，真实还原大气湍流，可应用于科研、大气观测和农业应用等多个领域。
[0094] 所述S5中将多个分量数据按获取的时间顺序进行有重叠分组，具体为，假设组内分量数据的个数为N，则分量数据重叠的个数为N-1，其中重叠部分为连续获取的分量数据，每得到一个分量数据，与所述分量数据之前的N-1个分量数据分为一组。
[0095] 通过将多个分量数据按获取的时间顺序进行有重叠分组，充分利用采集的信号，多方面多角度探测、处理得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度，风廓线雷达大气湍流能量探测方法实时获得数据，数据准确，精确度高，真实还原大气湍流。
[0096] 所述组内分量数据的个数为5，得到大气风场的第一组分量数据，处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，按获得分量数据的时间顺序再获得一个分量数据，所述分量数据与所述分量数据之前的4个分量数据分为另一组，再处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，依照分组的顺序处理分量数据得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度并储存。
[0097] 通过5个分量数据按获取的时间顺序处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，按获得分量数据的时间顺序再获得一个分量数据，与所述分量数据之前的4个分量数据再处理得到一个大气湍流能量和摩擦速度的数值，依照分组的顺序处理分量数据，得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度，多方面多角度探测、处理得到按时间顺序排列的大气湍流能量和摩擦速度，风廓线雷达大气湍流能量探测方法实时获得数据，数据准确，精确度高，真实还原大气湍流。
[0098] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
