一种气象雷达地杂波抑制方法

摘要

本发明属于机载气象雷达领域，涉及一种基于回波聚类点群空间结构特征的气象雷达地杂波抑制方法。地杂波抑制的步骤如下：信号发射与接收；采样处理；预处理；恒虚警检测；聚类处理；识别分类；融合判决。本发明提高了地杂波抑制效果，降低了虚警率。

主权项

一种气象雷达地杂波抑制方法，其特征在于，地杂波抑制的步骤如下：1.1、信号发射与接收：将探测空域分为n个俯仰单元，n＝4～64，第i个俯仰单元记为N_i，i＝1，2，…，n，每个俯仰单元分为m个方位单元，m＝128～2048，第j个方位单元记为M_j，j＝1，2，…，m；天线依次对第N_i，i＝1，2，…，n个俯仰单元做方位维扫描，扫描过程中，发射机通过天线对探测空域依次发射m个脉冲信号，每个方位单元对应一个脉冲信号；同时，天线依次接收m个脉冲回波s_1k(t)，k＝1，2，…，m；1.2、采样处理：接收机对接收到的m个脉冲回波s_1k(t)做采样处理，形成离散回波向量s_1k＝(s_1k(T)，s_1k(2×T)，…，s_1k(L×T))，其中，L为采样总数，T为采样周期；对m个脉冲回波采样处理后，形成一帧m行L列的方位‑距离二维离散回波数据矩阵S₁，S₁＝(s₁₁，…，s_1k，…，s_1m)；1.3、重复步骤1.1～1.2，依次对第二个俯仰单元N₂至第n个俯仰单元N_n进行方位扫描、采样处理，获得n个方位‑距离二维离散回波数据矩阵S₁，S₂，……，S_n，上述n个方位‑距离二维离散回波数据矩阵S₁，S₂，……，S_n合成一个俯仰‑方位‑距离三维回波数据矩阵S＝(S₁，S₂，……，S_n)；1.4、预处理：对俯仰‑方位‑距离三维回波数据矩阵S中的每帧数据做匹配滤波和MTI预处理，得到预处理后俯仰‑方位‑距离三维数据矩阵B＝(B₁，B₂，……，B_n)；1.5、恒虚警检测：对预处理后俯仰‑方位‑距离三维数据矩阵B中的每帧数据做恒虚警检测，获得过门限点集C＝(C₁，C₂，…，C_i，…，C_n)；记第i帧过门限点集C_i为：$C_i=\left(\begin{array}{c}{c}_{i1}\\ c_{i2}\\ ·\\ ·\\ ·\\ c_{iq}\\ ·\\ ·\\ ·\\ c_{iQ}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{a}_{i1}& r_{i1}& P_{i1}\\ a_{i2}& r_{i2}& P_{i2}\\ ·& ·& ·\\ ·& ·& ·\\ ·& ·& ·\\ a_{iq}& r_{iq}& P_{iq}\\ ·& ·& ·\\ ·& ·& ·\\ ·& ·& ·\\ a_{iQ}& r_{iQ}& P_{iQ}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{a}_i& r_i& P_i\end{array}\right)$c_iq＝(a_iq，r_iq，P_iq)表示第i帧中第q个过门限点信息，其中a_iq为第i帧中第q个过门限点的方位；r_iq为第i帧中第q个过门限点的距离；P_iq为第i帧中第q个过门限点的功率强度；Q为C_i中过门限点的总数；1.6、聚类处理：对每一帧过门限点集C_i做聚类处理，聚类处理的步骤如pb pnum="1" />下：第一帧过门限点集C₁＝(c₁₁，c₁₂，…，c_1q，…，c_1Q)，q＝1，2，……Q，其中Q为第一帧过门限点的总数；以任意过门限点c_1q为初始点，搜索与其相邻单元中是否存在过门限点，如果有，则将该过门限点并入c_1q所在的聚类点群，同时，以新并入的过门限点为新初始点，继续搜索，直到搜索不到过门限点为止；如果初始点的相邻单元中没有过门限点，则将该初始点舍弃；遍历所有过门限点，得到第一帧的聚类点群D₁；依次对n帧进行聚类处理，得到n个聚类点群D₁，D₂，……，D_n，合并为聚类点群集合D＝(D₁，D₂，…，D_i，…，D_n)；1.7、识别分类：对点群聚类矩阵D＝(D₁，D₂，…，D_i，…，D_n)进行识别分类，分类识别的步骤如下：1.7.1对聚类点群进行俯仰维扩展特征识别，采用的方法如下：设某聚类点群在俯仰维上跨越的帧数为k，如果k大于等于门限k₀，则认为该聚类点群具有气象目标的俯仰维扩展特征，k₀＝2～5；如果k小于门限k₀，则认为该聚类点群不具有气象目标的俯仰维扩展特征；1.7.2对聚类点群进行几何分布特征识别，采用的方法如下：先计算雷达波束与地表相切时的斜距R₀、俯仰角θ₀，如果聚类点群平均斜距小于R₀或俯仰角大于θ₀，则认为该聚类点群具有气象目标的几何分布特征；如果聚类点群平均斜距大于等于R₀或俯仰角小于等于θ₀，则认为该聚类点群不具有气象目标的几何分布特征；1.7.3对聚类点群进行俯仰角度变化敏感性识别，采用的方法如下：观察聚类点群功率P_i随俯仰角变小时的变化规律，若相邻两帧内，聚类点群功率增大50％以上，则该目标点群具有气象目标的俯仰角度变化敏感性特征；若俯仰角变小时，聚类点群功率未增大50％以上，则该目标点群不具有气象目标的俯仰角度变化敏感性特征；1.8、融合判决：对各特征下的识别结果做融合判决，融合判决采用2/3原则，进行二进制积累融合判决，如果待识别聚类点群具有两个或以上气象目标特征，则判断该聚类点群为气象目标。pb pnum="2" />