CN111650565A - 一种复合地形特征的模拟方法、装置和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种复合地形特征的模拟方法、装置和电子设备,该方法包括:建立复合地形的地质特征数据库和数字高程信息数据库,对星载雷达所在的卫星进行轨道建模,并确定该卫星的各个坐标系的转换关系。确定星载预警雷达的雷达波束在地球表面的照射区域;根据杂波散射分辨率划分照射区域,得到散射单元。根据散射单元对应的目标经纬度,分别从地质特征数据库、数字高程信息数据库中获取散射单元的地质特征、高程信息,基于每个散射单元的地质特征、高程信息以及每个散射单元与雷达的相对位置关系,采用计算模型计算每个散射单元的后向散射系数,各散射单元的经纬度、地质特征、高程信息及后向散射系数作为照射区域下的复合地形特征。
Description
技术领域
本申请涉及雷达技术领域,具体而言,涉及一种复合地形特征的模拟方法、装置和电子设备。
背景技术
星载预警雷达,是一种星载雷达,已经成为近年来国防关注和研究的焦点。由于星载预警雷达所搭载的卫星平台的轨道高度远高于任何飞机能够达到的高度,因此星载预警雷达能够对非常广阔的地面范围进行观测,能够具备在上千公里范围内同时监测地面目标、海面目标的能力。
但是,由于星载雷达(包括星载预警雷达)是处于高空条件下进行远距离探测,搜索区域广阔,而且搭载的卫星在进行高速运动,导致雷达面临的地海杂波不仅强,而且面临的杂波地形复杂,可能同时包含陆地、海洋及水陆交界地理地貌。
如何对星载雷达所面临的杂波地形进行逼真模拟,对于星载雷达的杂波环境逼真模拟以及星载雷达的抗杂波算法研究有重要意义。
在目前的杂波模拟场景下必须通过一些地形特征才能进行仿真模拟,然而现有的用于杂波模拟的地形特征建模方法所构建的杂波地形场景较为单一。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种复合地形特征的模拟方法、装置和电子设备,用以改善现有技术中因缺乏杂波模拟所需的复合地形特征而造成杂波模拟的地形环境单一的问题。
第一方面,实施例提供一种复合地形特征的模拟方法,所述方法包括:
确定星载雷达的雷达波束在地球表面的照射区域;
根据设定的杂波散射分辨率将所述照射区域划分为多个散射单元;
对于所述多个散射单元中的每个散射单元,根据所述散射单元对应的目标经纬度,从预先建立的地质特征数据库中获取所述目标经纬度的地质特征,作为所述散射单元的地质特征,以及从预先建立的数字高程信息数据库中获取所述目标经纬度的高程信息,作为所述散射单元的高程信息;
基于每个所述散射单元与所述星载雷达的相对位置关系,以及每个所述散射单元的地质特征和高程信息,计算每个所述散射单元的后向散射系数,并将所述照射区域的各个散射单元的经纬度、地质特征、高程信息以及后向散射系数,作为所述星载雷达的雷达波束照射区域下的复合地形特征。
通过上述方法,可得到杂波模拟所需的复合地形特征,相较于单一地形环境的杂波模拟,通过上述方法得到的复合地形特征有助于对星载雷达的杂波环境进行逼真建模,有助于模拟出星载雷达所面临的复杂杂波场景,对星载雷达的抗杂波算法研究有重要参考价值。
在可选的实施方式中,在所述从预先建立的地质特征数据库中获取所述目标经纬度的地质特征,作为所述散射单元的地质特征之前,所述方法还包括:建立复合地形的所述地质特征数据库。
通过上述实现方式,有利于得到具有多种地貌特征的复合地形特征,从而有助于模拟出涵盖多种地貌特征的杂波地形环境。
在可选的实施方式中,在所述从预先建立的数字高程信息数据库中获取所述目标经纬度的高程信息,作为所述散射单元的高程信息之前,所述方法还包括:建立复合地形的所述数字高程信息数据库。
通过上述实现方式,有利于得到具备数字高程特性的复合地形特征,有助于使各散射单元的斜距计算和后向散射特性计算更加准确,从而使得复合地形特征所能模拟出的杂波环境更为逼真。
在可选的实施方式中,所述建立复合地形的所述数字高程信息数据库,包括:
获取复合地形的第一高程数据,所述第一高程数据的分辨率大于所述设定的杂波散射分辨率;
对所述第一高程数据进行分形插值处理并存储,得到复合地形的所述数字高程信息数据库。
通过上述实现方式,在第一高程数据经过分形插值处理后,既可以保持地形表面随机起伏的特征,又可以满足星载平台试验所需分辨率的需求。
在可选的实施方式中,在所述确定星载雷达的雷达波束在地球表面的照射区域之前,所述方法还包括:
对所述星载雷达所在的卫星进行轨道建模,得到所述卫星的当前位置;
所述确定星载雷达的雷达波束在地球表面的照射区域,包括:
根据星载雷达天线的安装角度信息,所述星载雷达天线波束的指向信息、方位向宽度和俯仰向宽度,以及所述卫星的姿态信息和所述卫星的当前位置,计算所述星载雷达的雷达波束在地球表面的照射区域。
通过上述实现方式,可以计算出星载雷达的雷达波束在地球表面的当前照射区域,有利于实现实时仿真。
在可选的实施方式中,所述根据星载雷达天线的安装角度信息,所述星载雷达天线波束的指向信息、方位向宽度和俯仰向宽度,以及所述卫星的姿态信息和所述卫星的当前位置,计算所述星载雷达的雷达波束在地球表面的照射区域,包括:
获取所述星载雷达天线的安装角度信息,所述星载雷达天线波束的指向信息、方位向宽度、俯仰向宽度,以及所述卫星的姿态信息;
根据所述方位向宽度和所述俯仰向宽度确定所述照射区域在天线测量坐标系下的椭圆特征点坐标;
基于所述卫星的当前位置,以及获取到的所述星载雷达天线的安装角度信息、所述星载雷达天线波束的指向信息、所述卫星的姿态信息,以及预先定义的所述卫星的各个坐标转换关系,将所述照射区域在天线测量坐标系下的椭圆特征点坐标转换为大地坐标系下的坐标,得到所述星载雷达的雷达波束在地球表面的照射区域所覆盖的经度范围、纬度范围。
通过上述实现方式,考虑到了星载雷达、卫星、地球之间的空间位置关系,且考虑到了地球的非平面形状(椭球状),以此计算出的照射区域更切合实际,有利于为星载雷达模拟出更为逼真的杂波环境。
在可选的实施方式中,所述基于每个所述散射单元与所述星载雷达的相对位置关系,以及每个所述散射单元的地质特征和高程信息,计算每个所述散射单元的后向散射系数,包括:
根据每个所述散射单元与所述星载雷达的相对位置关系,以及每个所述散射单元的地质特征、每个所述散射单元的高程信息,调用散射系数模型计算每个所述散射单元的后向散射系数。
通过上述实现方式,基于各散射单元的地质特征、高程信息调用散射系数模型计算后向散射系数,各个散射单元的特征可以具有差异化(非固定参数),计算出的后向散射系数具有较好的准确性。
在可选的实施方式中,所述方法还包括:基于所述复合地形特征的各个散射单元的特征,模拟所述星载雷达的杂波环境。
通过上述实现方式,基于复合地形特征模拟出的星载雷达的杂波环境将更为逼真,有利于模拟出同一照射区域下的复杂的杂波场景。
第二方面,实施例提供一种复合地形特征的模拟装置,所述装置包括:
处理模块,用于确定星载雷达的雷达波束在地球表面的照射区域;
划分模块,用于根据设定的杂波散射分辨率将所述照射区域划分为多个散射单元;
获取模块,用于对于所述多个散射单元中的每个散射单元,根据所述散射单元对应的目标经纬度,从预先建立的地质特征数据库中获取所述目标经纬度的地质特征,作为所述散射单元的地质特征,以及从预先建立的数字高程信息数据库中获取所述目标经纬度的高程信息,作为所述散射单元的高程信息;
所述处理模块,还用于基于每个所述散射单元与所述星载雷达的相对位置关系,以及每个所述散射单元的地质特征和高程信息,计算每个所述散射单元的后向散射系数,并将所述照射区域的各个散射单元的经纬度、地质特征、高程信息以及后向散射系数,作为所述星载雷达的雷达波束照射区域下的复合地形特征。
通过上述装置可以执行前述第一方面提供的方法,以此有利于对星载雷达所面临的复杂的杂波地形进行逼真模拟,输出的复合地形特征有助于对星载雷达的杂波环境进行逼真建模,对星载雷达的抗杂波算法研究有重要参考价值。
第三方面,实施例提供一种电子设备,包括:
存储器;
处理器;
所述存储器存储有所述处理器可执行的计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时执行前述第一方面所述的方法。
第四方面,本申请实施例提供一种存储介质,该存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时执行前述第一方面提供的方法。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本申请的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种电子设备的结构框图。
图2为本申请实施例提供的一种复合地形特征的模拟方法的流程示意图。
图3为本申请实施例提供的一个实例中的地形分片的划分示意图。
图4为本申请实施例提供的一个实例中的数字高程信息数据库的插值示意图。
图5为本申请实施例提供的一个实例中的卫星的各个坐标系的转换关系示意图。
图6为本申请实施例提供的一个实例中的照射区域的特征点的示意图。
图7为本申请实施例提供的一个实例中的散射单元的划分示意图。
图8为本申请实施例提供的一个实例中从数据库中获取散射单元的特征的示意图。
图9为本申请实施例提供的一种复合地形特征的模拟装置的功能模块框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行描述。
发明人经过研究发现,目前的一些杂波环境建模方法虽然解决了雷达抗杂波算法研究与验证过程中的一些问题,但是模拟的杂波场景有限,对于实际应用有较大限制。
例如,现有技术中的一种基于统计特性的杂波环境建模方法,是根据地基和机载平台下的实测数据,拟合出典型地貌特征下的杂波统计特性进行杂波环境建模,这种方式由于是根据地基和机载平台下的数据进行拟合建模,脱离了星载平台和实际地形环境,不适用于星载雷达的实际应用。
再例如,现有技术中的一种基于物理散射机理的杂波建模方法,是建立在单一地形环境下,且假定地面杂波和海面杂波都是平面无起伏条件,从而进行建模的。然而,星载情况下的雷达面临的地形非常复杂,因此,这种在单一地形上进行建模的方式对于星载雷达的杂波建模参考价值较低,对于跨地面、高山、海洋等地形的复合地形杂波建模过程的参考价值较低。
传统的处理方式在应用于机载雷达时也许会有良好表现,但是对于星载雷达的作用十分有限。因为在机载情况下,地面可近似认为是平面,而星载情况下,地球表面须视为球面。
实际应用中的星载雷达由于是处于高空条件下进行远距离探测,观测区域广,且雷达搭载的卫星在高速运动,这导致星载雷达所面临的杂波地形复杂,现有技术中能够应用于机载雷达的方法无法简单挪用至星载雷达。鉴于现有技术中能够为星载雷达模拟的杂波场景有限,难以对星载雷达所面临的杂波环境进行逼真模拟,对于星载雷达的实际杂波模拟应用有较大限制,因此发明人提出以下实施例,从而基于星载雷达的实际运行状态,提供包含多种地貌特征、具有高程特性,且能够适用于星载预警雷达的杂波环境模拟的处理方法。
本申请的各个实施例的方案可以模拟生成复合地形特征,这些复合地形特征是星载雷达在进行杂波环境模拟时所需要的特征,通过本申请实施例提供的方案得到的雷达波束照射区域下的复合地形特征能够对星载雷达的杂波环境进行逼真模拟,对于星载雷达的抗杂波测试研究有重要意义。
请参阅图1,图1为本申请实施例提供的一种电子设备的结构框图。
该电子设备具有运算处理能力,可以是服务器。
如图1所示,该电子设备可包括存储器101、处理器102、通信单元103。存储器101、处理器102、通信单元103相互之间直接或间接连接,以实现电子设备的各个组件之间的数据交互。
存储器101是一种存储介质,可以是但不限于高速RAM存储器,也可以是非易失性存储器(non-volatile memory),例如至少一个磁盘存储器。
处理器102具有运算处理能力,可以是但不限于网络处理器(Network Processor,简称NP)、数字信号处理器、专用集成电路或者其他分立组件搭建的处理器等。
存储器101用于存储本申请实施例提供的方法对应的各个软件功能模块及对应的计算机程序,处理器102可以执行存储器101中存储的软件功能模块、计算机程序,从而实现本申请实施例提供的方法、步骤及逻辑框图。
通信单元103可以包括通讯总线、通信卡口等介质,可用于实现电子设备的各内部组件之间的通信连接。
图1所示结构仅作为示意,具体应用时,电子设备还可以有更多组件,或具有不同于图1所示结构的其他配置方式,例如,电子设备还可以包括显示单元,用于显示本申请实施例提供的方法得到的中间数据或结果数据。
请参阅图2,图2为本申请实施例提供的一种复合地形特征的模拟方法的示意图。该方法是一种能够应用于星载预警雷达杂波模拟的复合地形建模方法。
该方法可包括准备阶段、计算阶段。其中,准备阶段的步骤包括S11-S14,计算阶段的步骤可包括S21-S24。
S11:建立复合地形的地质特征数据库。
S12:建立复合地形的数字高程信息数据库。
S13:对星载雷达所在的卫星进行轨道建模。
S14:定义星载雷达所在的卫星的各个坐标系的转换关系。
S21:确定星载雷达的雷达波束在地球表面的照射区域。
S22:根据设定的杂波散射分辨率将照射区域划分为多个散射单元。
S23:对于多个散射单元中的每个散射单元,根据散射单元对应的目标经纬度,从预先建立的地质特征数据库中获取目标经纬度的地质特征,作为散射单元的地质特征,以及从预先建立的数字高程信息数据库中获取目标经纬度的高程信息,作为散射单元的高程信息。
S24:基于每个散射单元与所述星载雷达的相对位置关系,以及每个散射单元的地质特征和高程信息,计算每个散射单元的后向散射系数,并将照射区域的各个散射单元的经纬度、地质特征、高程信息以及后向散射系数,作为星载雷达的雷达波束照射区域下的复合地形特征。
其中,复合地形特征用于模拟星载雷达的杂波环境。
下面将对准备阶段的各个处理步骤(S11-S14)分别进行介绍,而计算阶段的介绍将在下文描述。
关于S11,可以基于地球的经纬度进行区域划分。依据经纬度轴,将整个地球映射得到的超大地形块区域,划分为若干个尺寸较小的地形分片。并按照地球实际地理环境对划分得到的每个地形分片进行赋值,以赋予每个地形分片对应的地质特征。地质特征可以包括但不限于海面、海岛、临海陆地、高原、丘陵、平原、城镇、沙漠等。不同地形分片的地质特征可以相同,也可以不同。
其中,本领域技术人员可以根据实际需要对地形分片的尺寸进行设置,以满足杂波散射分辨率要求。杂波散射分辨率与实际的杂波模拟需求有关。
如图3所示,在一个实例中,在构建数字特征数据库时,分别对地球的360°经度、180°纬度进行了细分,先将对整个地球映射得到的地形块分割为4个地形分片,再将4个地形分片分割为16个地形分片,然后继续对16个地形分片进行细分,直至最终的地形分片的尺寸符合杂波散射分辨率的需求。对于得到的每个地形分片设置地质特征属性。
在其他实施例中,也可以按照经纬度对带有地质特征属性的地质分布地图进行分割,从而得到若干个带有地质特征属性的地形分片。
可以理解的是,在进行地形块分割时,也可以按照其他规则进行分割,例如可以先对经度进行划分,再对纬度进行划分,从而得到若干个地形分片。
关于S12,作为S12的一种实现方式,S12可以包括子步骤S121-S122。
S121:获取复合地形的第一高程数据。
其中,第一高程数据的分辨率大于设定的杂波散射分辨率。
S122:对第一高程数据进行分形插值处理并存储,得到复合地形的数字高程信息数据库。
在一个实例中,可以通过Google Earth工具下载所涉及区域的高程数据,从而获得第一高程数据。其中,当下载时选中的区域足够大时,得到的高程数据是复合地形的第一高程数据。在实际应用中,Google Earth技术得到的数字高程数据通常是按照一定空间采样间隔进行勘测而获得的,其空间采样间隔(即,第一高程数据的分辨率)大于星载预警雷达的杂波环境模拟所需的分辨率(即,设定的杂波散射分辨率),因此直接下载得到的高程数据的空间分辨率可能无法满足杂波仿真需求,需要对第一高程数据进行分形插值处理,以得到数据精度满足杂波仿真需求的复合地形的高程信息。
如图4所示,第一高程数据中包括多个点的高程值,对于需要进行插值的点,可以利用待插值位置的周边的多个点的数据计算得到待插值点的高程值。在图4中的箭头起始端所指示的坐标点的高程值视为已知,箭头末端所指示的中间坐标点的高程值可通过周边的四个点进行插值计算得到。
作为一种实现方式,可以通过内插迭代表达式进行插值计算。
其中,f(i,j)是所求的待插值点坐标对应的高程值,f(i-1,j-1)、f(i+1,j-1)、f(i-1,j+1)、f(i+1,j+1)分别表示待插值点周边的四个点中的左下角、左上角、右下角、右上角的坐标点对应的高程值,Gauss表示服从正态分布N(0,1)的随机变量,σ和H表示自然场景统计自相似性(随机分布性质)的分维特征量,可以通过场景的DEM数据提取得到,||ΔX||表示样本间隔。
通过上述实现方式,当第一高程数据经过分形插值处理后,既可以保持地形表面随机起伏的特征,又可以满足星载平台试验所需分辨率的精细DEM(Digital ElevationModel,数字高程模型)数据需求。
关于S13,通过对作为星载雷达的载体平台的卫星进行轨道建模,可以随时确定出卫星的当前位置,从而有利于在步骤S21中基于卫星的当前位置快速计算出星载雷达的雷达波束的当前照射区域。
其中,可以在多普勒三大定律和二体力学模型的基础上,通过轨道半长轴、椭圆轨道偏心率、轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角、过近地点时刻等轨道参数确定卫星轨道的大小、形状及空间位置,从而模拟出星载雷达所搭载的卫星的运行状况。当对星载雷达所在的卫星进行轨道建模后,可以基于用户输入的时间或者导入的时间间隔计算出对应时刻的卫星位置,以此可以获知任意时刻下的该卫星的位置。
关于S14,星载雷达所搭载的卫星涉及的坐标系包括:大地坐标系ED(h,L,B)、地心惯性坐标系E1(X1,Y1,Z1)、卫星轨道坐标系Eo(ξ,η,ζ)、卫星本体坐标系Eb(Xb,Yb,Zb)、天线阵面坐标系Ea(Xa,Ya,Za)、天线测量坐标系Ez(Xz,Yz,Zz)。其中,大地坐标系ED(h,L,B)、地心惯性坐标系E1(X1,Y1,Z1)、卫星轨道坐标系Eo(ξ,η,ζ)、卫星本体坐标系Eb(Xb,Yb,Zb)这四个坐标系的定义以及转换公式满足《GJB1028-90卫星坐标系》内容,这四个坐标系可以快捷地将卫星本体坐标系下的坐标转换为大地坐标系下的坐标,通过这四个坐标系之间的转换能够快速转换得到卫星所在的位置。
在本申请实施例中,如图5所示,除了前述四个常见的坐标系,还在卫星本体坐标系Eb(Xb,Yb,Zb)的基础上,通过坐标系转换,增加了天线阵面坐标系Ea(Xa,Ya,Za)及天线测量坐标系Ez(Xz,Yz,Zz)。天线阵面坐标系Ea(Xa,Ya,Za)可以在卫星本体坐标系Eb(Xb,Yb,Zb)的基础上,通过转换天线安装角(横滚角、俯仰角及偏航角)得到,天线安装角的转换顺序可以是先转偏航角,再转俯仰角,然后转横滚角,在三种安装角均为0时,天线阵面坐标系Ea(Xa,Ya,Za)可视为与卫星本体坐标系Eb(Xb,Yb,Zb)重合。
而天线测量坐标系Ez(Xz,Yz,Zz)与天线阵面坐标系Ea(Xa,Ya,Za)之间的坐标转换关系表示为下列两组表达式。
由天线阵面坐标系转换到天线测量坐标系的表达式是:
由天线测量坐标系转换到天线阵面坐标系的表达式是:
其中,星载雷达的天线波束指向(方位指向俯仰指向θEl)是表示在天线阵面坐标系下,而星载雷达的天线阵列是安装在卫星本体上的。在将天线测量坐标系下的坐标转换为天线阵面坐标系下的坐标后,再将天线阵面坐标系下的坐标转换为卫星本体坐标系中的坐标,再通过卫星本体坐标系-卫星轨道坐标系-地心惯性坐标系-大地坐标系之间的转换关系,则可以将高空的星载雷达的照射情况反映在大地坐标系中,以此得到星载雷达的雷达波束在地球表面的照射范围。
下面将对计算阶段中的各个步骤(S21-S24)进行介绍。
关于S21,作为上述S21的一种实现方式,S21可以包括子步骤S211。
S211:根据星载雷达天线的安装角度信息,星载雷达天线波束的指向信息、方位向宽度和俯仰向宽度,以及卫星的姿态信息和卫星的当前位置,计算星载雷达的雷达波束在地球表面的照射区域。
其中,星载雷达天线的安装角信息,星载雷达的天线波束的指向角、方位向宽度和俯仰向宽度,以及卫星的姿态信息是预设的参数,可视为固定值。在已经对星载雷达所在的卫星进行轨道建模的情况下,仅需根据杂波仿真所需的时间限制即可快速确定卫星的位置,基于当前的时间条件即可得知卫星的当前位置。
作为S211的一种实现方式,S211包括子步骤S2111-S2113。
S2111:获取星载雷达天线的安装角度信息,星载雷达天线波束的指向信息、方位向宽度、俯仰向宽度,以及卫星的姿态信息。
S2112:根据方位向宽度和俯仰向宽度确定照射区域在天线测量坐标系下的椭圆特征点坐标。
S2113:基于所述卫星的当前位置,以及S211获取到的星载雷达天线的安装角度信息、星载雷达天线波束的指向信息、卫星的姿态信息,以及预先定义的卫星的各个坐标转换关系,将照射区域在天线测量坐标系下的椭圆特征点坐标转换为大地坐标系下的坐标,得到星载雷达的雷达波束在地球表面的照射区域所覆盖的经度范围、纬度范围。
通过雷达天线的安装角度信息,雷达天线波束的指向信息,以及卫星的姿态信息和卫星的当前位置,按照前述坐标转换关系中描述的坐标转换顺序(天线测量坐标系-天线阵面坐标系-卫星本体坐标系-卫星轨道坐标系-地心惯性坐标系-大地坐标系的相互转换关系),可以计算出雷达波束在地球经纬度面上形成的波束脚印(即,星载预警雷达的雷达波束在地球表面的投影作为所求的雷达波束的照射区域范围)。
如图6所示,在一个实例中,获取的星载雷达的方位向波束宽度(简称方位向宽度)和俯仰向波束宽度(简称俯仰向宽度)分别记为θbw,雷达波束照射的椭圆形区域的五个特征点分别记为A1、A2、A3、A4、O。5个椭圆特征点坐标在天线测量坐标系下的单位向量分别为:
在经过前述从天线测量坐标系至大地坐标系之间的各个坐标系的坐标转换后,考虑到地球的形状,地球表面为曲面,因此结合地球的椭球方程(5个特征点都在地球表面),得到5个特征点在大地坐标系下的实际坐标,即经度、纬度、高度。
以此可以根据当前雷达的坐标位置(通过卫星的位置体现)、雷达天线方位向的波束宽度、雷达天线俯仰向的波束宽度、计算得到雷达波束的椭圆形照射区域所覆盖的经度范围[经度min,经度max],以及纬度范围[纬度min,纬度max]。
通过S21确定雷达波束在地球表面的照射区域后,执行S22。
作为S22的一种实现方式,可以根据计算出的照射区域的位置及大小,按照设定的杂波散射分辨率,将照射区域分割为多个散射单元。
在一个实例中,如图7所示,根据S21计算出的照射区域的经度范围[经度min,经度max],以及纬度范围[纬度min,纬度max],可以按照星载预警雷达的杂波环境模拟所需要的经纬度分辨率[Δ经度,Δ纬度],将椭圆区域按照地球经纬度划分成若干散射单元,各散射单元(i,j)的经纬度坐标为(经度i,纬度j)。
在通过S22分割得到若干个散射单元后,针对得到的每个散射单元执行S23。
关于S23,如图8所示,由于在通过前述S21-S22划分散射单元时,是通过经纬度分辨率划分的,因此每个散射单元都具有各自的目标经纬度。而前述的地质特征数据库和数字高程信息数据库都是沿地球的经纬度轴,按照不同的分辨率划分成了多个地形分片,地质特征数据库中存储的各个地形分片以及数字高程信息数据库中的各个高程坐标点,都可以通过散射单元的目标经纬度进行数据查询。依据每个散射单元各自的目标经纬度可以从前述的地质特征数据库、数字高程信息数据库中分别查询到目标经纬度在数据库中的位置,从而获取到目标经纬度的地质特征和目标经纬度的数字高程信息,以此可以得到每个散射单元的地质特征和每个散射单元的数字高程信息。
在得到照射区域中各个散射单元的地质特征、高程信息后,可执行S24。
关于S24,作为S24的一种实现方式,可以根据每个散射单元与星载雷达的相对位置关系,以及每个散射单元的地质特征、每个散射单元的高程信息,调用散射系数模型计算每个散射单元的后向散射系数。
其中,可以通过Morchin、修正γ的模型、Currie模型、Ulaby模型等散射系数模型计算每个散射单元的后向散射系数。以Morchin模型为例,可以将各散射单元与星载雷达的之间的距离值、散射单元的地质特征、散射单元的高程信息以及雷达工作参数(例如波长、下视角等)作为输入参数,输入到Morchin模型,以计算出相应散射单元的后向散射系数。
同一照射区域中的所有散射单元的经纬度、地质特征、高程信息以及后向散射系数,共同组成星载雷达的当前雷达波束照射区域下的复合地形特征。
以此得到的复合地形特征由于包含了同一照射区域下的多个散射单元各自的多种特性(多种地貌特征、具有数字高程特性),在采用基于这样的处理方式得到的复合地形特征构建杂波环境进行杂波仿真时,对星载雷达所面临的实际工作环境针对性更强。
作为一种应用场景,可以根据雷达的“走-停”理论,基于雷达发射信号和接收信号的周期(周期可能是毫秒级别),循环执行前述S21-S24,在每个仿真节拍输出一次雷达波束在当前照射区域内的复合地形特征(包括每个散射单元的经纬度、地质特征、高程信息和后向散射系数),以此可以在每个周期进行一次仿真处理,有利于实现实时仿真计算。
上述方法由于采用了数据库与经典模型(散射系数模型)相结合的方式,按照雷达的信号输出仿真节拍,通过几乎即时计算、实时计算的方式得到当前雷达波束照射区域内各个散射单元的后向散射系数,可以减少需要缓存的数据量。
可以理解的是,本领域技术人员可以根据实际需要设置进行杂波环境模拟的时机,从而对复合地形特征的输出条件进行设置,例如可以更改设置输出复合地形特征的频率,也可以设置输出复合地形特征的触发条件。
可选地,在通过上述方法得到星载雷达的雷达波束照射区域下的复合地形特征后,可以执行S25。
基于复合地形特征的各个散射单元的特征,模拟星载雷达的杂波环境。
其中,通过建模生成的雷达波束照射区域内各个散射单元的地形特性,是杂波模拟所必须进行的步骤。根据上述S21-S24的方法得到各个散射单元的特征后,可以计算出各个散射点调制参数。根据各散射点的调制参数对雷达发射信号进行调制处理,可以得到每个散射单元的回波信号,各个散射点的回波信号的叠加即为仿真的杂波信号,以此实现对于星载雷达的杂波环境的逼真模拟。
当上述方法应用在星载预警雷达的杂波环境模拟过程时,将具有以下几方面益处:
(1)可以对实际场景进行逼真模拟,针对性更强:由于是按照地球的实际地理环境所建立的地质特征数据库和数字高程信息数据库,且计算雷达波束的照射区域时充分考虑到了卫星、雷达、地球之间的空间位置关系,考虑到了地球的形状,而不是假设基于单一地形或假设地球表面为平面,对于星载预警雷达所面临的实际工作针对性更强。
(2)可以模拟出涵盖多种地貌特征的杂波环境:由于是按照地球的实际地理环境为每个地形分片赋予了独立的地质特征,对于观测区域十分广阔的星载预警雷达而言,在雷达波束照射区域内可以同时仿真出多种地貌特征(例如海面、临海陆地、平原等同时存在)。
(3)具有数字高程特征:由于各个散射单元都映射了数字高程信息,使得各个散射单元的斜距计算和后向散射特性计算能够更加准确,从而使得模拟出的杂波环境更加逼真。
(4)符合GJB要求:由于在计算过程中遵循了《GJB1028-90卫星坐标系》以确定卫星各坐标系定义及转换关系,基于这样的原理执行的方法具有较好的准确性、通用性,以此得到的复合地形特征更为可靠、实用。
(5)可扩展性强:地质特征数据库、数字高程信息数据库可以通过虚拟模拟方法产生,在不脱离实际的情况下增加了一定的可适用应用范围,对于一些杂波相关的测试研究具有较好的参考意义。
基于同一发明构思,请参阅图9,本申请实施例还提供一种复合地形特征的模拟装置300。
该装置包括:处理模块301、划分模块302、获取模块303。
处理模块301,用于确定星载雷达的雷达波束在地球表面的照射区域;
划分模块302,用于根据设定的杂波散射分辨率将照射区域划分为多个散射单元。
获取模块303,用于对于多个散射单元中的每个散射单元,根据散射单元对应的目标经纬度,从预先建立的地质特征数据库中获取目标经纬度的地质特征,作为散射单元的地质特征,以及从预先建立的数字高程信息数据库中获取目标经纬度的高程信息,作为散射单元的高程信息。
处理模块301,还用于基于每个散射单元与星载雷达的相对位置关系,以及每个散射单元的地质特征和高程信息,计算每个散射单元的后向散射系数,并将照射区域的各个散射单元的经纬度、地质特征、高程信息以及后向散射系数,作为星载雷达的雷达波束照射区域下的复合地形特征。
其中,得到的复合地形特征用于模拟星载雷达的杂波环境。
通过上述装置可以执行前述的复合地形特征的模拟方法,以此有利于对星载雷达所面临的复杂的杂波地形进行逼真模拟,输出的复合地形特征有助于对星载雷达的杂波环境进行逼真建模,对星载雷达的抗杂波算法研究有重要参考价值。
可选地,该处理模块301还可用于建立复合地形的所述地质特征数据库。
可选地,该处理模块301还可用于建立复合地形的所述数字高程信息数据库。
可选地,该获取模块303还可用于获取复合地形的第一高程数据,该处理模块301还可用于对所述第一高程数据进行分形插值处理并存储,得到复合地形的所述数字高程信息数据库。
可选地,该处理模块301还可用于对所述星载雷达所在的卫星进行轨道建模,得到所述卫星的当前位置,还用于根据星载雷达天线的安装角度信息,所述星载雷达天线波束的指向信息、方位向宽度和俯仰向宽度,以及所述卫星的姿态信息和所述卫星的当前位置,计算所述星载雷达的雷达波束在地球表面的照射区域。
可选地,该获取模块303还可用于获取所述星载雷达天线的安装角度信息,所述星载雷达天线波束的指向信息、方位向宽度、俯仰向宽度,以及所述卫星的姿态信息,该处理模块301还可用于根据所述方位向宽度和所述俯仰向宽度确定所述照射区域在天线测量坐标系下的椭圆特征点坐标;基于所述卫星的当前位置,以及获取到的所述星载雷达天线的安装角度信息、所述星载雷达天线波束的指向信息、所述卫星的姿态信息,以及预先定义的所述卫星的各个坐标转换关系,将所述照射区域在天线测量坐标系下的椭圆特征点坐标转换为大地坐标系下的坐标,得到所述星载雷达的雷达波束在地球表面的照射区域所覆盖的经度范围、纬度范围。
可选地,该处理模块301还可用于根据每个所述散射单元与所述星载雷达的相对位置关系,以及每个所述散射单元的地质特征、每个所述散射单元的高程信息,调用散射系数模型计算每个所述散射单元的后向散射系数。
可选地,该处理模块301还可用于基于所述复合地形特征的各个散射单元的特征,模拟所述星载雷达的杂波环境。
关于该复合地形特征的模拟装置300的其他细节,请参考前述复合地形特征的模拟方法中的相关描述,在此不再赘述。
除了上述实施例外,本申请实施例还提供一种存储介质,该存储介质上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时执行前述的复合地形特征的模拟方法。存储介质可包括:U盘、移动硬盘、存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本申请所提供的实施例中,应该理解到,所揭露装置和方法,可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,又例如,多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所讨论的相互之间的连接可以是通过一些通信接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
另外,作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者,在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分,也可以是各个模块单独存在,也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上仅为本申请的实施例而已,并不用于限制本申请的保护范围,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种复合地形特征的模拟方法,其特征在于,所述方法包括:
确定星载雷达的雷达波束在地球表面的照射区域;
根据设定的杂波散射分辨率将所述照射区域划分为多个散射单元;
对于所述多个散射单元中的每个散射单元,根据所述散射单元对应的目标经纬度,从预先建立的地质特征数据库中获取所述目标经纬度的地质特征,作为所述散射单元的地质特征,以及从预先建立的数字高程信息数据库中获取所述目标经纬度的高程信息,作为所述散射单元的高程信息;
基于每个所述散射单元与所述星载雷达的相对位置关系,以及每个所述散射单元的地质特征和高程信息,计算每个所述散射单元的后向散射系数,并将所述照射区域的各个散射单元的经纬度、地质特征、高程信息以及后向散射系数,作为所述星载雷达的雷达波束照射区域下的复合地形特征。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述从预先建立的地质特征数据库中获取所述目标经纬度的地质特征,作为所述散射单元的地质特征之前,所述方法还包括:
建立复合地形的所述地质特征数据库。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述从预先建立的数字高程信息数据库中获取所述目标经纬度的高程信息,作为所述散射单元的高程信息之前,所述方法还包括:
建立复合地形的所述数字高程信息数据库。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述建立复合地形的所述数字高程信息数据库,包括:
获取复合地形的第一高程数据,所述第一高程数据的分辨率大于所述设定的杂波散射分辨率;
对所述第一高程数据进行分形插值处理并存储,得到复合地形的所述数字高程信息数据库。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述确定星载雷达的雷达波束在地球表面的照射区域之前,所述方法还包括:
对所述星载雷达所在的卫星进行轨道建模,得到所述卫星的当前位置;
所述确定星载雷达的雷达波束在地球表面的照射区域,包括:
根据星载雷达天线的安装角度信息,所述星载雷达天线波束的指向信息、方位向宽度和俯仰向宽度,以及所述卫星的姿态信息和所述卫星的当前位置,计算所述星载雷达的雷达波束在地球表面的照射区域。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述星载雷达天线的安装角度信息,所述星载雷达天线波束的指向信息、方位向宽度和俯仰向宽度,以及所述卫星的姿态信息和所述卫星的当前位置,计算所述星载雷达的雷达波束在地球表面的照射区域,包括:
获取所述星载雷达天线的安装角度信息,所述星载雷达天线波束的指向信息、方位向宽度、俯仰向宽度,以及所述卫星的姿态信息;
根据所述方位向宽度和所述俯仰向宽度确定所述照射区域在天线测量坐标系下的椭圆特征点坐标;
基于所述卫星的当前位置,以及获取到的所述星载雷达天线的安装角度信息、所述星载雷达天线波束的指向信息、所述卫星的姿态信息,以及预先定义的所述卫星的各个坐标转换关系,将所述照射区域在天线测量坐标系下的椭圆特征点坐标转换为大地坐标系下的坐标,得到所述星载雷达的雷达波束在地球表面的照射区域所覆盖的经度范围、纬度范围。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于每个所述散射单元与所述星载雷达的相对位置关系,以及每个所述散射单元的地质特征和高程信息,计算每个所述散射单元的后向散射系数,包括:
根据每个所述散射单元与所述星载雷达的相对位置关系,以及每个所述散射单元的地质特征、每个所述散射单元的高程信息,调用散射系数模型计算每个所述散射单元的后向散射系数。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
基于所述复合地形特征的各个散射单元的特征,模拟所述星载雷达的杂波环境。
9.一种复合地形特征的模拟装置,其特征在于,所述装置包括:
处理模块,用于确定星载雷达的雷达波束在地球表面的照射区域;
划分模块,用于根据设定的杂波散射分辨率将所述照射区域划分为多个散射单元;
获取模块,用于对于所述多个散射单元中的每个散射单元,根据所述散射单元对应的目标经纬度,从预先建立的地质特征数据库中获取所述目标经纬度的地质特征,作为所述散射单元的地质特征,以及从预先建立的数字高程信息数据库中获取所述目标经纬度的高程信息,作为所述散射单元的高程信息;
所述处理模块,还用于基于每个所述散射单元与所述星载雷达的相对位置关系,以及每个所述散射单元的地质特征和高程信息,计算每个所述散射单元的后向散射系数,并将所述照射区域的各个散射单元的经纬度、地质特征、高程信息以及后向散射系数,作为所述星载雷达的雷达波束照射区域下的复合地形特征。
10.一种电子设备,其特征在于,包括:
存储器;
处理器;
所述存储器存储有所述处理器可执行的计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时执行权利要求1-8任一项所述的方法。
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