數(shù)據(jù)處理過程通過對功率譜密度數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、噪聲電平估算、目標(biāo)回波識別、譜矩估算，將各波束得到的徑向速度進(jìn)行合成來得到大氣風(fēng)場數(shù)據(jù)。圖2為雷達(dá)數(shù)據(jù)處理過程流程圖，相關(guān)處理步驟如下：
圖2
?
MST雷達(dá)數(shù)據(jù)處理流程圖 （1）預(yù)處理
在處理功率譜密度數(shù)據(jù)之前，先進(jìn)行零頻去直流以及三點平滑處理。由于地雜波等影響，雷達(dá)功率譜密度圖中零頻處會出現(xiàn)異常高值，取零頻左右各兩點的功率譜密度均值代替零頻原有值，之后再對功率譜密度數(shù)據(jù)進(jìn)行三點平滑處理，可部分消除地雜波、脈沖噪聲的影響，提高信噪比與譜峰識別能力。圖3給出2012年1月4日01:40（世界時）北京MST雷達(dá)西波束探測12 km高度處原始及經(jīng)過預(yù)處理后的功率譜密度圖。
圖3
?
北京MST雷達(dá)一次探測原始及經(jīng)過預(yù)處理后的功率譜密度圖 （2）噪聲電平估算
采用分段平均法來快速估算噪聲電平值。該方法基于噪聲服從自由度為
\(2\mathrm{N}/\mathrm{k}\)的
\({\chi }^{2}\)分布的假設(shè)，將某個距離庫上FFT點數(shù)為N的功率譜密度數(shù)據(jù)分為k段，計算每一段的均值，將最小均值作為該距離庫的噪聲電平值，實際使用時通常選取k=8
[14]。圖3在功率譜密度圖中給出了應(yīng)用分段平均法（八段）處理得到的噪聲電平值，信號在該值之上。這種方法算法復(fù)雜度低，計算速度快，易于實現(xiàn)。
（3）目標(biāo)回波識別
MST雷達(dá)的探測目標(biāo)為大氣折射指數(shù)不規(guī)則體，也即大氣湍渦。其作為大氣風(fēng)場探測的示蹤物，由于大氣風(fēng)場具有時空連續(xù)性，使得MST雷達(dá)可以探測到這種時空連續(xù)性的特征。MST雷達(dá)的回波功率譜密度滿足高斯分布特征，目標(biāo)信號在功率譜密度圖中為功率最大、峰值最大、譜寬最大的峰區(qū)。
找出每一個距離庫功率譜密度數(shù)據(jù)中的所有信號，即高于噪聲電平的數(shù)據(jù)段。計算各信號段頻移點上的功率譜數(shù)據(jù)之和，該值最大者被認(rèn)為是準(zhǔn)目標(biāo)回波。再基于目標(biāo)信號的時空連續(xù)性（上下距離庫及相鄰時次，目標(biāo)回波對應(yīng)的中心頻移變化是連續(xù)的）以及對稱波束目標(biāo)回波中心頻移對稱性（南北波束、東西波束在假設(shè)大氣水平風(fēng)場均勻時，對稱波束在同高度距離庫上所測得的徑向速度具有對稱性）來確定目標(biāo)回波。圖4為2012年1月4日01:40（世界時）北京MST雷達(dá)東西、南北波束分別在4個距離庫高度的功率譜密度圖及目標(biāo)回波識別結(jié)果，可見通過以上方法可排除干擾信號，確定目標(biāo)回波。
圖4
?
北京MST雷達(dá)東西、南北波束功率譜密度圖及目標(biāo)回波識別結(jié)果（加粗曲線） （4）譜矩估算
對于每個波束、每個距離庫的功率譜數(shù)據(jù)，計算信號功率譜的0階矩、一階矩和二階矩，計算公式如下
[15]：
零階距，即目標(biāo)回波功率，對目標(biāo)回波部分的功率譜密度\({S}_{i}\)積分：
\({M}_{0}=\sum _{i=1}^{N}{S}_{i}\) （1）
其中，\({M}_{0}\)是目標(biāo)回波功率，N為目標(biāo)回波的總FFT點數(shù)，\({S}_{i}\)是第i個點的功率譜密度。
一階矩，即多普勒頻移:
\({M}_{1f}=\frac{1}{{M}_{0}}\sum _{\mathrm{i}=1}^{\mathrm{N}}\left({\mathrm{S}}_{\mathrm{i}}*{f}_{i}\right)\) （2）
其中\({f}_{i}\)為第i個點的頻率。
二階中心矩，即多普勒頻移譜寬:
\(M_{2f}=\frac{1}{M_{0}}\sum_{i=1}^{N}S_{i}\cdot \left ( f_{i}-M_{1f} \right )^{2}\) （3）
多普勒頻移\(f\)與多普勒速度\({v}_{r}\)存在以下關(guān)系：
\(f=±\frac{2{v}_{r}}{\lambda }\) （4）
其中\(\lambda \)為雷達(dá)波長。
因此可以將多普勒頻移與多普勒頻移譜寬換算成多普勒速度與速度譜寬。
某距離庫的最大多普勒速度為：
\({\nu }_{max}=\frac{1}{4M}\lambda ?{f}_{r}\) （5）
其中，M為相干積累數(shù)，\({f}_{r}\)為脈沖重復(fù)頻率。
（5）風(fēng)場合成
對于五波束探測的MST雷達(dá)，根據(jù)徑向速度計算出水平風(fēng)的經(jīng)向與緯向分量，再進(jìn)行合成，具體計算公式如下所示：
\(\left\{\begin{matrix}u_{E}=\frac{V_{rE}-\omega \cdot cos\theta }{sin\theta }\\ u_{W}=\frac{V_{rW}-\omega \cdot cos\theta }{sin\theta }\\ v_{N}= \frac{V_{rN}-\omega \cdot cos\theta }{sin\theta }\\ v_{S}=\frac{V_{rS}-\omega \cdot cos\theta }{sin\theta }\end{matrix}\right.\) （6）
\(\left\{\begin{matrix}u=\frac{u_{E}+u_{W}}{2}\\ v=\frac{u_{N}+u_{S}}{2}\\ \omega =V_{rz}\end{matrix}\right.\) （7）
其中，\({V}_{ri}\)是指第i波束的徑向速度，\(E/S/W/N/Z\)分別指東、南、西、北與垂直波束。\(\theta \)為斜波束的天頂角，\(u、v\mathrm{與}\omega \)分別是緯向風(fēng)、經(jīng)向風(fēng)與垂直速度。
