[发明专利]一种基于地形高程数据的机载气象雷达地杂波剔除方法

说明书

技术领域

本发明属于机载雷达地杂波抑制技术领域，特别是涉及一种基于地形高程数据的机载气象雷达地杂波剔除方法。

背景技术

由于机载气象雷达安置于飞机上，工作时一般处于下视工作模式，因此面临着比地基气象雷达更严重的地(海)面杂波，而且杂波分布范围广、强度大。另外，载机运动引起主瓣杂波的频移和扫描方位角增大也使得杂波频带展宽。这种杂波多普勒展宽使得常规的频域滤波方法失效，无法将其从频域分离。但此时地杂波和气象目标在空间上通常是可分离的。

目前，机载气象雷达地杂波抑制技术都是在时域处理的。现有的发明专利有的是通过控制天线俯角以减少地面的回波信号的技术，在时域体现了地杂波和气象目标的可分离，但是都没有考虑实际地形，因此飞行人员的工作负担重，误识率高；也有的专利是利用多俯仰角、多扫描方法抑制地杂波，但是需要旋转和平移存储的图像，以保证分析时正确对准，因此计算复杂；还有的通过三维地形计算地杂波回波，从而在雷达回波中分离目标和地杂波达到抑制，但是需要在三维地形中进行坐标转换得到波束的触地位置。地杂波是由于雷达波束碰到地面引起的，即该点对雷达是可见的。根据这一特点，吴仁彪等人于2011年4月公开的专利说明书中提到了一种基于DEM的机载气象雷达地杂波剔除方法，该方法是利用波束传播方向上地形高度和视线高度的比较判断可视性，计算雷达触地的位置，进而在时域剔除回波中的地杂波，达到抑制机载气象雷达地杂波的目的。其中波束的俯角范围确定是至关重要的，俯角一旦出现误差，将会给后面的杂波位置计算带来非常大的影响。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于地形高程数据的机载气象雷达地杂波剔除方法。

为了达到上述目的，本发明提供的基于地形高程数据的机载气象雷达地杂波剔除方法包括按顺序进行下列步骤：

1)读取飞机位置和雷达参数的S1阶段：从机载雷达电子设备读取飞机地理位置和雷达参数：飞机的经纬度(α_M，β_M)和高度h_M，航向角ζ_M，雷达扫描的俯角和方位角θ_M；然后进入下一步S2阶段；

2)建立本地直角坐标系的S2阶段：取飞机到地面的投影为原点，东西为X轴，北向为Y轴，飞机投影点到飞行的方向为Z轴；将飞机航向角和天线方位角投影到地面，计算波束投影和X轴的夹角γ；然后进入下一步S3阶段；

3)计算波束指向上地面采样点的经纬度，读DEM(Digital Elevation Model：数字高程模型)数据的S3阶段：波束投影采样间隔根据机载气象雷达的距离分辨率到地面投影设置；之后，根据地理位置信息从GE(Google Earth：谷歌地球)中提取地面采样点的地形高程数据，地形高度记为{h_t1，h_t2，...，h_tk，...，h_tn}，然后进入下一步S4阶段；

4)计算采样点相对于飞机的下视角序列的S4阶段：下视角为载机到地面点的连线与雷达水平线的夹角，此阶段根据本地直接坐标计算所有采样点的下视角，由此然后形成下视角序列Ψ＝(ψ₁，ψ₂，...，ψ_n)；然后进入下一步S5阶段；

5)下视角序列趋势分析的S5阶段：在下视角序列中对各个值的大小关系进行判断，然后进入下一步S6阶段；

6)判断是否为单调递减序列的S6阶段：判断Ψ是否满足ψ₁＜ψ₂＜ψ₃...＜ψ_n这样的单调递减趋势，如果判断结果为“是”，则跳过S7阶段，直接进入S8阶段，否则进入下一步S7阶段；

7)将非单减下视角值剔除的S7阶段：对下视角的大小值进行搜索，将不符合单调递减特点的下视角去除，以形成新的单调递减下视角向量，然后进入下一步S8阶段；

8)搜索属于雷达波束俯角范围的值，即确定波束触地范围的S8阶段：在此阶段中，通过在下视角向量中进一步搜索得到雷达波束俯角范围的值，然后进入下一步S9阶段；

9)将回波信号剪辑，并用背景替代的S9阶段：根据标记的杂波在距离维的位置，在时域直接去除该距离单元的回波，在雷达屏幕显示时将杂波带对应距离范围内的回波剪辑掉，以背景替代，然后进入下一步S10阶段；