一种基于地形高程数据的机载气象雷达地杂波剔除方法

摘要

一种基于地形高程数据的机载气象雷达地杂波剔除方法。其包括读取飞机位置和雷达参数、建立本地直角坐标系、计算波束指向上地面采样点经纬度，读DEM数据、计算采样点相对飞机下视角序列、下视角序列趋势分析、单减序列判断、剔除非单减下视角值、确定波束触地范围、剪辑回波信号并用背景替代、更新飞机位置和天线方位角、判断扫描是否完成和雷达显示屏显示完整扫描回波信号等阶段。本发明方法利用了机载气象雷达回波中地杂波和气象目标分别位于不同距离单元，在距离上可分离特点，采用下视角的规律特点来分析雷达波束触地位置，利用地形高程数据去除地杂波，具有方法简单，计算准确，抑制效果好，能在时域有效地剔除机载气象雷达地杂波等优点。

主权项

1.一种基于地形高程数据的机载气象雷达地杂波剔除方法，其特征在于：所述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，雷达扫描的俯角和天线方位角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，读数字高程模型DEM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谷歌地球Google Earth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)计算地面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采样点的连线与雷达水平线的夹角，此阶段根据本地直角坐标计算所有地面采样点的下视角，由此形成下视角序列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序列，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，对下视角序列进行进一步搜索，搜索属于雷达波束俯角主波束范围内的下视角的值，其中为雷达天线的3dB波束宽度，并计算这些下视角下雷达到地面的距离，就是雷达天线触地的位置，标记为杂波在距离维的位置，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，即杂波所在距离单元，在时域直接去除这些距离单元的回波，并在雷达显示屏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；10)更新飞机位置和天线方位角的S10阶段：更新参数，为下一个方位的地杂波剔除做准备，然后进入下一步S11阶段；11)判断扫描是否完成的S11阶段：比较更新的方位角和雷达扫描的最大方位角，判断是否已经达到了最大扫描方位角，如果判断结果为“是”，则进入下一步S12阶段，否则跳转到S3阶段的入口处，继续重复S3到S10阶段的工作；12)雷达显示屏显示完整扫描的回波信号的S12阶段：实现一个完整扫描的机载气象雷达的地杂波剔除，在雷达显示屏上显示回波数据，至此本次过程扫描结束。