基于多线程的雷达数据实时处理的研究与应用

摘要

多普勒天气雷达是探测降水系统的主要手段，是对强对流天气进行监测和预警的主要工具之一。随着中国气象局对气象监测手段的投入力度的不断加大，以及人力、物力、财力的相应配备，多普勒天气雷达站在全国得以全面建设，尤其在东部地区已经形成较为稠密的雷达监测网。在江苏省政府的支持下，江苏省气象部门在布网工作中走在了全国前列，截止目前已有六部多普勒天气雷达投入业务运行，另有一部雷达在建，一部雷达正在选址，覆盖江苏全省的雷达监测网已经形成。为了充分利用这些雷达资源，优化现有多普勒雷达系统本身存储的雷达产品算法，更好地服务于短时临近天气预警预测、预报工作，气象科研人员围绕雷达基数据，并借助其他常规气象观测软件，研发了多种适于实际业务应用的雷达产品算法。将这些雷达产品生成算法集成到一个统一的平台中，构建易于扩展雷达站点和雷达产品的多普勒雷达数据实时处理系统，提高研究成果的业务转化能力，对于增强气象部门日常的预警预报能力，具有非常现实的意义。构建多普勒雷达数据实时处理系统，必须同时监控多路数据、实时地将这些数据处理成预先设定的目标雷达产品，保证系统与操作人员的交互性以及雷达产品生成过程的可靠性，并使系统运行时形成的负载较为适中，另外，系统还应能够较容易地扩展新增加的雷达站点和后续研发的雷达产品。
　　 本文首先介绍了国内外对多普勒雷达软件的开发与使用的现状，指出与国外雷达软件相比，国内的雷达软件开发虽然丰富，但是存在业务转化缓慢的问题；并指出对不断更新的雷达产品科研成果集成应用时面，临的主要任务；随后，对实时系统和多线程技术分别进行了概述，提出了应用多线程技术构建多普勒雷达数据实时处理系统的可行性与技术路线；然后，介绍了多普勒雷达系统本身的组成与结构、雷达基数据的获取以及所生成的各种气象产品，并说明了如何在多普勒雷达系统的基础上构建新的业务应用系统，初步分析了构建新的系统需要处理的问题及解决方案；在此基础上，详细描述了多普勒雷达数据实时处理系统的设计与实现过程，包括人机界面的设计，系统怎样通过多线程控制结构来控制雷达产品的生成，以及怎样扩展系统的功能等；最后，详细描述了系统的部署以及各项雷达产品的参数设置与运行情况；在具体的业务应用中，系统表现出较好的性能，解决了目前雷达产品集成所面临的主要问题，并具备良好的扩展性。

目录

文摘

英文文摘

图目录

第1章 引 言

1.1 多普勒雷达软件研发现状

1.2 雷达产品的业务化应用

1.3 雷达产品算法集成的主要任务

1.4 本文研究的目的与意义

1.5 小结

第2章 实时系统与多线程

2.1 实时系统概述

2.1.1 实时系统的定义与特征

2.1.2 实时系统的分类

2.1.3 实时任务的分类

2.2 多线程概述

2.2.1 线程的基本概念

2.2.2 多线程编程的优点

2.2.3 Windows下的多线程技术

2.3 多线程在实时系统中的应用

2.4 小结

第3章 多普勒天气雷达系统

3.1 多普勒天气雷达系统介绍

3.1.1 系统的组成

3.1.2 气象产品

3.2 构建多普勒雷达数据实时系统分析

3.3 研发中的问题与解决方案

3.4 小结

第4章 系统的设计与实现

4.1 系统的设计

4.1.1 两种设计方案的比较

4.1.2 系统的组成结构

4.1.3 人机界面设计

4.1.4 可编程逻辑阵列与多线程控制结构

4.2 雷达产品处理过程

4.2.1 多线程控制结构与产品处理过程

4.2.2 系统监控与数据处理的流程

4.3 系统扩展性与雷达拼图

4.4 小结

第5章 系统应用

5.1 系统的参数设置

5.2 在其他业务平台上的应用

5.3 系统应用分析

5.4 小结

第6章 结束语

6.1 本文的主要工作

6.2 存在的问题

6.3 进一步的研究

参考文献

致谢