天氣雷達(dá)回波數(shù)據(jù)的并行自適應(yīng)編碼

研究基于小波的并行自適應(yīng)天氣雷達(dá)回波數(shù)據(jù)有損壓縮算法。根據(jù)回波數(shù)據(jù)的特點，提出了回波數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法、矢量場保持算法及標(biāo)量場濾波算法等有效的預(yù)處理算法；利用并行自適應(yīng)壓縮算法對預(yù)處理后的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮實驗。實驗結(jié)果表明，該算法具有較好的并行性和自適應(yīng)性，在低比特率情況下，能獲得較高的功率信噪比值和滿意的主觀效果。
關(guān) 鍵 詞 圖像壓縮; 并行自適應(yīng)編碼; 小波變換; 天氣雷達(dá)回波

天氣雷達(dá)探測回波數(shù)據(jù)是災(zāi)害性天氣監(jiān)測和臨近預(yù)報的重要信息。隨著計算機(jī)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外都開展了天氣雷達(dá)組網(wǎng)拼圖業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)，促進(jìn)資源共享和在更大范圍內(nèi)監(jiān)測天氣系統(tǒng)的變化。目前，天氣雷達(dá)組網(wǎng)拼圖已由一般等高平面位置顯示回波的拼圖，逐步向獲取區(qū)域三維立體回波拼圖發(fā)展。建立天氣雷達(dá)三維立體拼圖系統(tǒng)的一個關(guān)鍵問題是如何近實時地高效傳輸各組網(wǎng)測站的大量雷達(dá)立體掃描的回波數(shù)據(jù)。雷達(dá)數(shù)據(jù)壓縮成為解決這一問題的有效途徑。由于天氣雷達(dá)回波數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前的壓縮方案[1]大多通過線性預(yù)測、游程映射和熵編碼[2]等步驟進(jìn)行無損壓縮，雖可使數(shù)據(jù)信息不丟失，但其壓縮率不高，需要一種新的有效的雷達(dá)立體掃描回波數(shù)據(jù)壓縮方案來解決這個矛盾。
本文針對天氣雷達(dá)回波數(shù)據(jù)的特點，提出了預(yù)處理算法，并結(jié)合小波變換、并行工具和自適應(yīng)算法，給出了一種新的適用于雷達(dá)回波數(shù)據(jù)壓縮的并行自適應(yīng)編碼方案。
1 雷達(dá)回波數(shù)據(jù)壓縮
1.1 雷達(dá)回波數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
雷達(dá)回波數(shù)據(jù)通常以極坐標(biāo)形式編排和存儲，不利于小波變換的實施和雷達(dá)回波數(shù)據(jù)相關(guān)性的利用，因此本文采取如圖1所示的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)處理方案。從雷達(dá)數(shù)據(jù)的頭信息中獲取立體掃描層數(shù)、每層方位角間隔和庫長等信息，然后根據(jù)這些信息對回波數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。設(shè)雷達(dá)掃描一周的徑線數(shù)為，庫數(shù)為，則體掃一周的數(shù)據(jù)可構(gòu)成mnmn×的圖像數(shù)據(jù)，圖1為編排后的單層雷達(dá)掃描數(shù)據(jù)圖像。坐標(biāo)轉(zhuǎn)化保持雷達(dá)回波原有的相關(guān)特性，同時便于小波變換的實施。