(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110489466.2 (22)申请日 2021.05.06 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113177360 A (43)申请公布日 2021.07.27 (73)专利权人 中国人民解 放军国防科技大 学 地址 410073 湖南省长 沙市开福区德雅路 109号 (72)发明人 刘西川　蒲康　高太长　姬文明　 (74)专利代理 机构 北京东方盛凡知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11562 代理人 张雪 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06K 9/62(2022.01)(56)对比文件 US 20173 31670 A1,2017.1 1.16 CN 111666656 A,2020.09.15 CN 106650784 A,2017.0 5.10 CN 109697323 A,2019.04.3 0 CN 106547037 A,2017.0 3.29 Kang Pu 等.Mac hine Learn ing Classificati on of Rai nfall Types Based o n the Differential A ttenuation of Multiple Frequency Micro wave Links. 《IEEE TRANSACTIONS ON GEOSCIENC E AND RE MOTE SENSING》 .2020, Kun Song 等.Rai nfall estimati on using a microwave link based o n an improved rain-induced at tenuation model. 《Remote Sensing Letters》 .2019, 审查员 肖亦然 (54)发明名称 一种基于聚类雨衰关系的雨强自适应估计 系统及方法 (57)摘要 本发明公开一种基于聚类雨衰关系的雨强 自适应估计系统及方法， 所述系统包括依次连接 的： 微波通信网、 数据采集处理终端、 聚类单元、 雨强反演单元； 数据采集处理终端基于微波通信 网中各链路发射端和接收端的电平信号， 获取待 测区域以及若干组历史降雨时段中的雨致衰减 率， 并将历史雨致衰减率构建为降雨样本集； 聚 类单元采用聚类方法将降雨样本划分为k类， 并 根据距离最小原则对待测区域的雨致衰减率进 行自动归类； 雨强反演单元利用最小二乘法对各 类降雨样 本分别建立雨衰关系， 并对待测区域进 行降雨强度反演。 本发明能够适用于各类降雨样 本的雨衰关系， 进而实现降雨的精细化定量估 计， 可广泛应用于降水信息监测等气象信息遥感 领域。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 113177360 B 2022.04.29 CN 113177360 B 1.一种基于聚类雨衰关系的雨强自适应估计系统， 其特征在于， 包括依次连接的： 微波 通信网、 数据采集处 理终端、 聚类单 元、 雨强反演单 元； 其中， 所述 微波通信网包括若干条链路， 每条 所述链路包括接收端和发射端； 所述数据采集处理终端基于微波通信网中各链路发射端和接收端的电平信号， 分别获 取待测区域的雨致衰减率以及 若干组历史降雨时段中的雨致衰减率， 并将若干组历史降雨 时段中的雨 致衰减率构建为降雨样本集， 具体包括如下步骤： S1.1、 在区域内的微波通信网中选择n条链路， n条链路所发射的微波频率分别为 ， 单位GHz， 极化方式分别为 ， ，…， ； 同一时刻， n条链路的发射电平 分 别 为 ， ，…， ，单 位 d B ，经 过 降 雨 空 间 后 ，接 收 电 平 分 别 为 ， 单位dB； S1.2、 基于各链路的发射电平和接收电平， 计算各链路的总衰减  ,单位dB， 如下式所 示： ； 其中， ； S1.3、 基于各链路的总衰减， 提取 各链路的平均雨 致衰减率 ， 如下式所示： 其中， 表示第i条链路的参 考衰减值， 单位dB， 表示第i条链路的长度， ； 所述聚类单元将各链路的所述雨致衰减率作为特征量， 采用聚类方法将所述降雨样本 集中的降雨样本划分为k类； 所述聚类单元还基于各类的聚类中心， 根据 距离最小原则对待 测区域的雨 致衰减率进行自动归类； 所述雨强反演单元利用最小二乘法对降雨样本集中的各类降雨样本分别建立雨衰关 系， 具体方法如下 所示： 其中， α和β 为雨衰系数， 和 分别为某类降雨样本中第t个降雨样本的雨强估 计值和真值， s为某类降雨样本的数量， 其中 和 的单位为： ； 所述雨强反演单元还基于待测区域雨致衰减率的自动归类结果， 采用相应的雨衰关系 对待测区域进行降雨强度反演。 2.根据权利要求1所述的基于聚类雨衰关系的雨强自适应估计系统， 其特征在于， 所述 数据采集处理终端包括依 次连接的数据获取单元、 链路衰减获取单元、 雨致衰减率获取单 元； 所述数据获取单元分别与所述微波通信网中各链路的接 收端和发射端连接， 所述雨致 衰减率获取 单元与所述聚类单 元连接； 其中， 所述数据获取 单元用于获取微波通信网中各链路的微波频发射电平、 接收电平； 所述链路衰减获取 单元基于各链路的发射电平和接收电平， 计算各链路的总衰减； 所述雨致衰减率获取 单元基于各链路的总衰减， 提取 各链路的平均雨 致衰减率。 3.根据权利要求1所述的基于聚类雨衰关系的雨强自适应估计系统， 其特征在于， 微波权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113177360 B 2通信网中链路的条 数包括但不限于1条。 4.一种基于聚类雨衰关系的雨强自适应估计方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1、 利用数据采集处理终端获取若干组历史降雨 时段内微波通信网的链路接收端和发 射端电平信号， 基于微波通信网的链路接 收端和发射端电平信号提取雨致衰减率， 具体包 括如下步骤： S1.1、 在区域内的微波通信网中选择n条链路， n条链路所发射的微波频率分别为 ， 单位GHz， 极化方式分别为 , ,…， ； 同一时刻， n条链路的发射电平 分别为 , ,…， ， 单位dB， 经过降雨空间后， 接收电平分别为 ， 单位dB； S1.2、 基于各链路的发射电平和接收电平， 计算各链路的总衰减  ,单位dB， 如下式所 示： 其中， ； S1.3、 基于各链路的总衰减， 提取 各链路的平均雨 致衰减率 ， 如下式所示： 其中， 表示第i条链路的参考衰减值， 单位dB， 表示第i条链路的长度， 其中， ； S2、 将各链路的雨致衰减率作为特征量， 采用聚类方法将降雨样本集中的降雨样本划 分为k类； S3、 利用最小二乘法， 对降雨样本集中的各类降雨样本分别建立雨衰关系； 其中， 对降 雨样本集中的各类降雨样本分别建立 雨衰关系的方法如下式所示： 其中， α和β 为雨衰系数， 和 分别为某类降雨样本中第t个降雨样本的雨强估 计值和真值， s为某类降雨样本的数量， 其中 和 的单位为： ； S4、 获取待测区域的雨致衰减率， 基于步骤S2中各类的聚类 中心， 根据距离最小原则对 待测区域的雨致衰减率进行自动归类， 基于归类结果， 采用相应的雨衰关系对待测区域进 行降雨强度反演。 5.根据权利要求4所述的基于聚类雨衰关系的雨强自适应估计方法， 其特征在于， 所述 极化方式包括水平极化、 垂直极化。 6.根据权利要求4所述的基于聚类雨衰关系的雨强自适应估计方法， 其特征在于， 所述 步骤S2,所述聚类方法包括但不限于模糊C ‑均值聚类方法。 7.根据权利要求4所述的基于聚类雨衰关系的雨强自适应估计方法， 其特征在于， 所述 步骤S3,所述 雨衰关系包括但不限于单链路幂律关系。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113177360 B 3