CN105353354A - 着陆引导雷达的双b式显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种着陆引导雷达的双B式显示方法，主要解决现有雷达显示方法无法在一个显示画面同时显示目标距离、下滑角度、航向角度的问题。其技术方案是：1.根据接收的雷达回波构建雷达视频矩阵；2.在雷达显示器上确定由下滑显示区和航向显示区组成的双B显示区；3.在下滑显示区绘制下滑距离标识线、下滑角度标识线、等高线和标准下滑航迹线；4.在航向显示区绘制航向距离标识线、航向角度标识线和标准航向航迹线；5.根据雷达视频矩阵在下滑显示区显示目标的下滑角，在航向显示区显示目标的航向角。本发明通过双B显示区能显示完整的雷达回波信息，同时设定了多条辅助线，便于用户使用，可用于着陆引导雷达的显示终端。

Description

着陆引导雷达的双B式显示方法

技术领域

本发明属于雷达技术领域，特别涉及一种双B式显示方法，可用于着陆雷达显示系统中显示目标的三维坐标参数。

背景技术

显示器是雷达的显示终端，显示器按照其显示方法的不同，可分为P型显示、B型显示和E型显示等。

P型显示，其采用径向扫描极坐标显示方式，以雷达站作为圆心，以正北作为方位角基准，径向扫描线方向为目标方位，沿顺时针方向度量，光电大小对应目标尺寸，亮度对应目标强度。这种显示扫描范围大，能提供360°范围内平面上的全部信息。该显示方式的不足是：无法显示目标高度，显示信息不全面；

B型显示，其用直角坐标方式来显示距离和方位，用横坐标表示方位，纵坐标表示距离，通常横坐标不取全方位，而是通过雷达监视一个较小的方位范围。该显示方式的不足是：无法同时显示目标的高度和方位，且画面不直观，不利于引导雷达对目标的有效引导。

E型显示，其用平面上光点的横坐标表示距离，纵坐标表示目标仰角或高度，该显示方虽说可以显示目标的三维坐标参数，但画面不直观，不利于观测。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种着陆引导雷达的双B式显示方法，以在画面上直观的显示目标的距离、方位、仰角三维坐标参数，便于用户使用。

为实现上述目的，本发明的技术方包括如下步骤：

(1)雷达显示设备接收连续的m个距离维的单元数据及天线当前的n个方位维的角度数据；用这些数据组成m×n维的雷达视频矩阵；

(2)在雷达显示器上确定1000×1000显示区域，并将其上半部分作为下滑显示区，将下半部分作为航向显示区，形成双B显示区界面；

(3)在双B显示区中绘制辅助线：

(3a)在下滑显示区分别绘制本区的点与跑道末端的距离标识线、下滑角度标识线、标准下滑航迹线和等高线，并在相应标识线上标明距离值、下滑角度值及高度值；

(3b)在航向显示区分别绘制本区的点与跑道末端的距离标识线、航向角度标识线和标准航向航迹线，并在相应标识线上标明距离值、航向角度值；

(4)根据雷达视频数据在双B显示区显示完整的雷达回波信息，即在下滑显示区显示下滑角信息，在航向显示区显示航向角信息。

本发明由于采用着陆引导雷达的双B式显示模式，解决了现有的显示器无法在一个雷达显示器中将目标的距离、方位、仰角同时显示出来的问题；本发明通过上下两个显示区，将距离、方位和仰角等目标三维信息同时显示出来，给雷达的操作人员提供充分目标信息，便于用户的使用。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明的实现流程图；

图2为本发明中的双B显示画面示意图；

图3为本发明中标准下滑航迹线在空间上的第一折线与雷达天线关系；

图4为本发明中标准下滑航迹线在空间上的第二折线与雷达天线的关系；

图5为本发明中标准航向航迹线与雷达天线的关系。

具体实施方式

参照图1，本发明的实现步骤如下：

步骤1构建雷达视频矩阵

(1a)雷达显示器接收雷达天线的指向角度，该指向角度包括下滑指向角度和航向指向角度，在雷达一个扫描周期内共接收n个雷达天线的指向角度，构成n个方位维的角度数据，0＜n≤1000；

(1b)用一个天线指向角度上共有的m个回波点，构成维度为m的单元数据，0＜m≤1000；

(1c)将每个回波点的回波强度用8bit二进制数表示；

(1d)用单元数据作为行，角度数据作为列，回波强度作为元素，构建m×n维的雷达视频矩阵N：

式中a_ij表示距离为i，角度为j处的回波强度，

其中1≤i≤m，1≤j≤n。

步骤2确定双B显示区界面

(2a)在雷达显示器上确定1000×1000个像素点组成显示区域；

(2b)在显示区域建立一个显示坐标系，该坐标系原点为(1，1)，单位为像素值，横轴为区域内的任意点与机场跑道末端0～40km内的距离，纵轴为天线指向角度，横轴和纵轴的范围均为[1,1000]；用纵轴上的[1,455]表示雷达天线在-1°～+9°内的下滑指向角度，用纵轴上的[545,1000]表示雷达天线在-10°～+10°内的航向指向角度；

(2b)将显示区划分为上下两个大小为1000×455个像素的矩形区域，并将上矩形区域作为下滑显示区，下矩形区域作为航向显示区；

(2c)将下滑显示区四个顶点的坐标设为(1，1)，(1000，1)，(1，455)，(1000，455)；

(2d)将航向显示区四个顶点的坐标设为(1，545)，(1000，545)，(1，1000)，(1000，1000)。

步骤3在下滑显示区绘制距离标识线

(3a)将下滑显示区从坐标(1，1)到坐标(1000，1)内的每隔125个像素确定一个上距离标识点，共生成9个上距离标识点a₀(1，1)，a₁(125，1)，a₂(250，1)，...,a₈(1000，1)；

(3b)将下滑显示区从坐标(1，455)到坐标(1000，455)内的每隔125个像素确定一个下距离标识点，共生成9个下距离标识点b₀(1，455)，b₁(125，455)，b₂(250，455)，...,b₈(1000，455)；

(3c)将相同横坐标的上下距离标识点连接起来生成直线a₀b₀，a₁b₁，...，a₈b₈，即下滑显示区的距离标识线；

(3d)在每个下距离标识点的下方标明该点所在距离标识线代表的距离值，即在坐标(1，500)处标“0”表示直线a₀b₀为0km的距离标识线，在坐标(125，500)处标“5”表示直线a₁b₁为5km的距离标识线，以此类推，在坐标(1000，500)处标“40”表示直线a₈b₈为40km的距离标识线。

步骤4在下滑显示区绘制下滑角度标识线

(4a)将下滑显示区从坐标(1，1)到坐标(1，455)内确定5个左下滑角度标识点，分别为c₀(1，1)，c₁(1，136)，c₂(1，273)，c₃₍1，410)，c₄(1，455)；

(4b)将下滑显示区从坐标(1000，1)到坐标(1000，455)确定5个右下滑角度标识点，分别为d₀(1000，1)，d₁(1000，136)，d₂(1000，273)，d₃₍1000，410)，d₄(1000，455)；

(4c)将相同纵坐标的点连接起来生成直线c₀d₀，c₁d₁，...，c₄d_4，即下滑显示区的下滑角度标识线；

(4d)在下滑角度标识线左端标明该点所代表的下滑角度值，即在坐标(3，136)处标“6°”表示直线c₁d₁为6°下滑角度标识线，在坐标(3，273)处标“3°”表示直线c₂d₂为3°下滑角度标识线，在坐标(3，410)处标“0°”表示直线c₃d₃为0°下滑角度标识线，9°角度标识线c₀d₀和-1°角度标识线c₄d₄不标下滑角度值。

步骤5在下滑显示区绘制等高线

(5a)得出等高线上点任意一点G的下滑指向角α₁：

${\mathrm{\α}}_1=arctan\left(\frac{H-h}{r+R}\right)$

式中：H为等高线表示的高度；

h为架设高度，即雷达天线与跑道所在水平面的垂直高度；

r为等高线上的点至跑道末端的水平距离；

R为后撤距离，即雷达至跑道末端的距离；

(5b)将G在空间上的距离r映射到显示坐标系

$x=r\×\frac{1000}{40000}$

(5c)将G在空间上的下滑角α₁映射到显示坐标系

$\mathrm{\θ}=(9-{\mathrm{\α}}_1)\×\frac{455}{10}$

(5d)确定G点在显示坐标系的坐标(x，θ)；

(5e)按照(5a)～(5d)的步骤将空间上高度为H的所有的点映射到显示坐标系，将这些点连接起来就是下滑显示区高度为H的一条等高线，最多可绘制6条等高线；

(5f)在等高线一端标明其所表示的高度。

步骤6在下滑显示区绘制标准下滑航迹线

标准下滑航迹线是设定飞机着陆时下滑飞行的参考轨迹，标准下滑航迹线按照用户需求确认起始点Q₀和6个折点Q_i，1≤i≤6，其包含距离信息和高度信息，距离信息为该点与机场跑道末端的水平距离，高度信息为该点与机场跑道所在水平面的垂直距离。起始点和6个折点将标准下滑航迹线分为7根折线，第一折线是标准下滑航迹线起始点Q₀与第一折点Q₁之间的直线Q₀Q₁，其它第i+1折线是每相邻两个折点的连线Q_iQ_i+1，每条折线的绘制不同。

(6a)绘制标准下滑航迹线的第一折线

参照图3，本步骤的具体实现如下：

(6a1)确定标准下滑航迹线在空间上的第一折线位置：

确定起始点Q₀在空间上相对于机场跑道的距离和高度，取Q₀的距离为0，高度为用户设定的目标飞过跑道末端时与跑道所在水平面的垂直高度A_H；

根据用户需求，确定第一折点Q₁在空间上相对于机场跑道的距离和高度；

连接起始点Q₀与第一折点Q₁，生成标准下滑航迹线在空间上的第一折线Q₀Q₁；

(6a2)计算雷达天线水平线与空间上第一折线Q₀Q₁上任意一点B的夹角，即B点的下滑角α₁：

${\mathrm{\α}}_1=arctan\frac{H_b}{R+r}=arctan\frac{r\×\frac{h_1-A_H}{r_1}+A_H-h}{R+r}$

式中：H_b为空间上第一折线上某点至雷达天线的垂直距离；

r为空间上第一折线上某点至机场跑道末端的水平距离；

h₁为空间上第一折点Q₁至机场跑道平面的垂直高度；

r₁为空间上第一折点Q₁至机场跑道末端的水平距离；

A_H为目标飞过跑道末端时与跑道所在水平面的垂直高度；

h为雷达天线与机场跑道所在水平面的垂直高度；

R为雷达至机场跑道末端的距离；

(6a3)将空间上的第一折线的任意点B映射到下滑显示区界面

将B点在空间上的距离r变为显示坐标系的横坐标x₁：

$x_1=r\×\frac{1000}{40000};$

将B点的在空间上的下滑角α₁变为显示坐标系的纵坐标θ₁：

${\mathrm{\θ}}_1=(9-{\mathrm{\α}}_1)\×\frac{455}{10}$

得到B点在下滑显示界面的位置(x₁，θ₁)；

(6a4)重复步骤(6a2)计算空间上第一折线所有点的下滑角，再按照步骤(6a3)的方法将这些点的距离和下滑角映射到下滑显示区界面并连接,形成下滑显示区标准下滑航迹线的第一折线；

(6b)绘制标准下滑航迹线第二折线

参照图4，本步骤的具体实现如下：

(6b1)确定标准下滑航迹线在空间上的第二折线位置：

根据用户需求，确定第二折点Q₂在空间上相对于机场跑道的距离和高度；

连接第一折点Q₁与第二折点Q₂，生成标准下滑航迹线在空间上的第二折线Q₁Q₂；

(6b2)计算雷达天线水平线与空间上第二折线Q₁Q₂上任意一点C的夹角，即C点的下滑角α₂：

${\mathrm{\α}}_2=arctan\frac{(r-r_1)\×\frac{h_2-h_1}{r_2-r_1}+h_1-h}{R+r}$

式中：r为空间上第二折线C点至机场跑道末端的水平距离；

h₁为空间上第一折点Q₁至机场跑道平面的垂直高度；

r₁为空间上第一折点Q₁至机场跑道末端的水平距离；

h₂为空间上第二折点Q₂至机场跑道平面的垂直高度；

r₂为空间上第二折点Q₂至机场跑道末端的水平距离；

h为雷达天线与跑道所在水平面的垂直高度；

R为雷达天线至机场跑道末端的距离；

(6b3)将空间上的第二折线任意点C映射到下滑显示区界面：

将C点在空间上的距离r变为显示坐标系的横坐标x₂：

$x_2=r\×\frac{1000}{40000};$

将C点的在空间上的下滑角α₁变为显示坐标系的纵坐标θ₂：

${\mathrm{\θ}}_2=(9-{\mathrm{\α}}_2)\×\frac{455}{10}$

得到C点在下滑显示界面的位置(x₂，θ₂)；

(6b4)重复步骤(6b2)计算空间上第二折线所有点的下滑角，再按照的步骤(6b3)方法将这些点的距离和下滑角映射到下滑显示区界面并连接,形成下滑显示区标准下滑航迹线的第二折线；

(6c)按照步骤(6b)的方法绘制下滑显示区标准下滑航迹线的第三折线到第七折线。

步骤7在航向显示区绘制距离标识线。

(7a)在航向显示区中将坐标(1，545)到坐标(1000，545)内的每隔125个像素确定一个上距离标识点，共生成9个上距离标识点e₀(1，545)，e₁(125，545)，e₂(250，545)，...,e₈(1000，545)；

(7b)在航向显示区中将坐标(1，1000)到坐标(1000，1000)内的每隔125个像素确定一个下距离标识点，共生成9个下距离标识点f₀(1，1000)，f₁(125，1000)，f₂(250，1000)，...,f₈(1000，1000)；

(7c)将相同横坐标的上下距离标识点连接起来生成直线e₀f₀，e₁f₁，...，e₈f₈，即航向显示区的距离标识线。

步骤8在航向显示区绘制航向角度标识线。

(8a)在航向显示区的坐标(1，545)到坐标(1，1000)内确定5个左航向角度标识点，分别为g₀(1，545)，g₁(1，659)，g₂(1，773)，g₃(1，887)，g₄(1，1000)；

(8b)在航向显示区的坐标(1000，545)到坐标(1000，1000)内确定5个右航向角度标识点，分别为k₀(1000，545)，k₁(1000，659)，k₂(1000，773)，k₃₍1000，887)，k₄(1000，1000)；

(8c)将相同纵坐标的点连接起来生成直线g₀k₀，g₁k₁，...，g₄k_4，即航向显示区的航向角度标识线；

(8d)在航向角度标识线左端标明该点所代表的航向角度值，即在坐标(3，659)处标“左5°”表示直线g₁k₁为左5°航向角度标识线，在坐标(3，773)处标“0°”表示直线g₂k₂为0°航向角度标识线，在坐标(3，887)处标“右5°”表示直线g₃k₃为右5°航向角度标识线，左10°角度标识线g₀k₀和右10°角度标识线g₄k₄不标航向角度值。

步骤9在航向显示区绘制标准航向航迹线。

标准航向航迹线是飞机着陆时航向飞行的参考轨迹，将以机场跑道末端为起点的机场跑道延长线作为标准航向航迹线。

参照图5，本步骤的具体实现如下：

(9a)在空间机场跑道所在水平面上建立一条起始点是机场跑道末端，终点是与机场跑道末端距离为40km的机场跑道延长线，即标准航向航迹线；

(9b)计算雷达天线水平线与标准航向航迹线上任意一点P的夹角，即P点的航向角λ：

$\mathrm{\λ}=arctan\frac{D}{(R+r)}$

式中：r为空间上P点至机场跑道末端的水平距离；

R为雷达至跑道末端的距离；

D为雷达至跑道的水平距离；

(9c)将空间上的标准航向航迹线映射到航向显示区界面：

将P点空间上的距离r变成显示坐标系的横坐标x₃：

$x_3=r\×\frac{1000}{40000}$

将P点空间上的航向角λ变成显示坐标系的纵坐标θ₃：

${\mathrm{\θ}}_3=545+|10-\mathrm{\λ}|\×\frac{455}{10}$

得到P点在航向显示区界面的位置(x₃，θ₃)；

(9d)重复步骤(9b)计算标准航向航迹线在空间上所有点的航向角，再按照的步骤(9c)方法将这些点的距离和航向角映射到航向显示区界面并连接，形成航向显示区标准航向航迹线。

步骤10根据雷达视频矩阵显示雷达回波信息

(10a)将(1d)构建的雷达视频矩阵N中的行表示的距离i变成显示坐标系的横坐标x₄：

$x_4=i\×\frac{1000}{40000}$

(10b)将(1d)构建的雷达视频矩阵N中的列所表示的角度j分为下滑角度j₁和航向角度j₂两种；

将下滑角度j₁变成在显示坐标系的纵坐标：得到雷达视频矩阵映射在下滑显示区界面的位置(x₄，θ₄)；

将航向角度j₂变成在显示坐标系的纵坐标：得到雷达视频矩阵映射在航向显示区界面的位置(x₄，θ₅)。

按照上述步骤实现的双B显示区如图2所示。

本发明使用在着陆引导雷达的显示终端，主要作用是将雷达接收到的目标回波信息，即目标的距离、下滑角度、航向角度，在一个显示区同时显示，并且为了便于用户的使用，本发明绘制多条辅助线，包括下滑距离标识线、下滑角度标识线、等高线、标准下滑航迹线、航向距离标识线、航向角度标识线、标准航向航迹线等，用户利用这些辅助线可以直观的观测目标的距离、角度以及与标准航迹线的偏差。

上述描述仅是本发明的优选实例，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种着陆引导雷达的双B式显示方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)雷达显示设备接收连续的m个距离维的单元数据及天线当前的n个方位维的角度数据；用这些数据组成m×n维的雷达视频矩阵；

(2)在雷达显示器上确定1000×1000显示区域，并将其上半部分作为下滑显示区，将下半部分作为航向显示区，形成双B显示区界面；

(3)在双B显示区中绘制辅助线：

(3a)在下滑显示区分别绘制本区的点与跑道末端的距离标识线、下滑角度标识线、标准下滑航迹线和等高线，并在相应标识线上标明距离值、下滑角度值及高度值；

(3b)在航向显示区分别绘制本区的点与跑道末端的距离标识线、航向角度标识线和标准航向航迹线，并在相应标识线上标明距离值、航向角度值；

(4)根据雷达视频矩阵在双B显示区显示完整的雷达回波信息，即在下滑显示区显示下滑角信息，在航向显示区显示航向角信息。

2.根据权利要求1所述的着陆引导雷达的双B式显示方法，所述步骤(2)中下滑显示区和航向显示区大小均为1000×455个像素，横轴均表示本区任意一点与跑道末端在0～40km内的距离；下滑显示区的纵轴为雷达天线在-1°～+9°内的下滑角度，航向显示区的纵轴为雷达天线在-10°～+10°内的航向角度。

3.根据权利要求1所述的着陆引导雷达的双B式显示方法，所述步骤(3a)中在下滑显示区绘制距离标识线、下滑角度标识线、标准下滑航迹线和等高线，按如下规则绘制：

将下滑显示区的横轴分成若干等分，在每个等分处绘制与下滑显示区等高的竖线，即距离标识线；

将下滑显示区的纵轴分成若干等分，在每个等分处绘制与下滑显示区等宽的横线，即下滑角度标识线；

根据用户需求确定6个折点的距离—高度信息，用直线将相邻两个折点连接起来形成标准下滑航迹线；

根据用户需求确定等高线表示的高度，将下滑显示区所有相同高度的点连接起来形成等高线。

4.根据权利要求1所述的着陆引导雷达的双B式显示方法，所述步骤(3b)中在航向显示区绘制距离标识线、航向角度标识线和标准航向航迹线，按如下规则绘制：

将航向显示区的横轴分成若干等分，在每个等分处绘制与航向显示区等高的竖线，即距离标识线；

将航向显示区的纵轴分成若干等分，在每个等分处绘制与航向显示区等宽的横线，即航向角度标识线；

以跑道末端为起点绘制跑道延长线，作为标准航向航迹线。