CN115453521A

CN115453521A - 一种二维相扫雷达地形探测方法

Info

Publication number: CN115453521A
Application number: CN202211077743.XA
Authority: CN
Inventors: 王勇; 雷刚; 张开生
Original assignee: Xian Electronic Engineering Research Institute
Current assignee: Xian Electronic Engineering Research Institute
Priority date: 2022-09-05
Filing date: 2022-09-05
Publication date: 2022-12-09
Anticipated expiration: 2042-09-05
Also published as: CN115453521B

Abstract

本发明涉及一种二维相扫雷达地形探测方法，用于直升机载雷达低空飞行时地形测绘。本发明方法通过二维密扫实现场景精细探测，通过二维单脉冲成像实现地面强反射点的精确定位，通过俯仰维山脊检测找到地形前沿，能够实现飞行前方地形精确测绘，解决了复杂地形测绘问题。

Description

一种二维相扫雷达地形探测方法

技术领域

本发明属于雷达技术领域，提出了一种二维相扫雷达地形探测技术，该技术用于直升机载雷达低空飞行时地形测绘，辅助飞行员飞行。

背景技术

武装直升机进行低空突防时，飞行前方的高山、烟囱、水塔等障碍物会严重影响飞行安全。直升机载雷达作为重要的探测设备，需要具备对飞行前方地形进行精确测绘，在目视条件不具备时辅助飞行员安全飞行。

目前，传统的地形探测方法只利用了地形的距离起伏趋势，采用距离维前沿检测，受杂波和噪声的幅度随机起伏影响较大，较难稳健准确地获取地形前沿的位置信息。

发明内容

要解决的技术问题

针对传统地形探测方法地形前沿位置估计不准确不稳健的缺点，本发明提供一种二维相扫雷达地形探测方法，通过二维密扫+二维单脉冲成像+俯仰维山脊检测能够精确找到地形前沿，实现地形精确测绘。

技术方案

一种二维相扫雷达地形探测方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：距离脉压和距离徙动补偿；

1a)对和通道、方位差通道、俯仰差通道回波分别进行脉冲压缩处理；

1b)对脉压后回波进行距离徙动补偿处理；

步骤2：二维单脉冲成像：

2a)对徙动补偿后回波进行匿影以及方位和俯仰单脉冲测角并计算角度坐标；

2b)基于角度坐标对不同脉冲、相同距离单元的和通道回波幅度进行累加；

2c)重复2a)～2b)处理直到所有距离单元处理完；

步骤3：山脊检测：

3a)提取方位波位对应的俯仰单脉冲成像结果进行俯仰维平滑处理；

3b)对平滑后的俯仰单脉冲像进行俯仰维取最大；

3c)通过噪声门限去除非山脊的检测点；

步骤4：地形前沿提取：

4a)对同一个俯仰波位被检测距离单元进行距离维从小到大排序；

4b)进行距离差分处理；

4c)根据距离差分提取地形前沿；

4d)重复4a)～4c)直到所有俯仰波位处理完；

步骤5：重复步骤3～步骤4直到所有方位波位处理完。

一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现上述的方法。

一种计算机可读存储介质，其特征在于存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现上述的方法。

有益效果

本发明提供的一种二维相扫雷达地形探测方法，解决了复杂地形测绘问题：通过二维密扫实现场景精细探测，通过二维单脉冲成像实现地面强反射点的精确定位，通过俯仰维山脊检测找到地形前沿，能够实现飞行前方地形精确测绘。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1是本发明的实现方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实现本发明的技术思路是：二维相扫雷达通过二维密扫对地形进行精细照射，提取地形前沿进行测绘。测绘时首先进行距离脉压和距离徙动补偿，然后进行方位和俯仰二维单脉冲成像，提高地形中的强散射点的测角精度，其次提取每一个方位波位的俯仰单脉冲成像结果，进行俯仰维平滑和山脊检测，最后提取每个俯仰波位的地形前沿。具体实现步骤包括如下：

1)距离脉压和距离徙动补偿；

1b)对脉压后回波进行距离徙动补偿处理；

2)二维单脉冲成像：

2c)重复2a)～2b)处理直到所有距离单元处理完。

3)山脊检测：

3b)对平滑后的俯仰单脉冲像进行俯仰维取最大；

3c)通过噪声门限去除非山脊的检测点。

4)地形前沿提取：

4b)进行距离差分处理；

4c)根据距离差分提取地形前沿；

4d)重复4)直到所有俯仰波位处理完。

5)重复3)～4)直到所有方位波位处理完。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

参照图1，本发明的实现步骤如下：

步骤1，距离脉压和距离徙动补偿

1b)对脉压后回波进行距离徙动补偿处理，

1b1)计算脉压回波的距离FFT，

X_∑(f,m)＝FFT{x_∑(n,m)}，

X_AΔ(f,m)＝FFT{x_AΔ(n,m)}，

X_EΔ(f,m)＝FFT{x_EΔ(n,m)}，

其中x_∑(n,m)、x_AΔ(n,m)和x_EΔ(n,m)分别表示第m个脉冲的和通道、方位差通道以及俯仰差通道的第n个距离单元的回波，X_∑(f,m)、X_AΔ(f,m)和X_EΔ(f,m)分别表示第m个脉冲的和通道、方位差通道以及俯仰差通道频谱，符号FFT{·}表示求FFT运算。

1b2)距离徙动补偿处理，

Y_∑(f,m)＝X_∑(f,m)P(f,m)，

Y_AΔ(f,m)＝X_AΔ(f,m)P(f,m)，

Y_EΔ(f,m)＝X_EΔ(f,m)P(f,m)，

其中Y_∑(f,m)、Y_AΔ(f,m)和Y_EΔ(f,m)分别表示第m个脉冲的和通道、方位差通道以及俯仰差通道距离徙动补偿后回波。

表示第m个脉冲的距离徙动补偿因子，f_c表示载频，c表示光速，f_r表示脉冲重复频率，

表示载机速度在波束方向的投影分量。v_n、v_e和v_u分别表示载机北速、东速和天速，θ和φ分别表示大地坐标系下的波束方位角和俯仰角。

1b3)计算徙动补偿后回波的距离IFFT，

y_∑(n,m)＝IFFT{Y_∑(f,m)}，

y_AΔ(n,m)＝IFFT{Y_AΔ(f,m)}，

y_EΔ(n,m)＝IFFT{Y_EΔ(f,m)}，

其中y_∑(n,m)、y_AΔ(n,m)和y_EΔ(n,m)分别表示第m个脉冲的和通道、方位差通道以及俯仰差通道距离徙动补偿后时域回波，符号IFFT{·}表示求IFFT运算。

步骤2，二维单脉冲成像

2a)对徙动补偿后回波进行匿影以及方位和俯仰单脉冲测角并计算角度坐标，

2a1)对徙动补偿后回波进行匿影判定，若距离单元n的回波幅度同时满足以下两个条件：

①方位差与和通道的回波幅度比小于等于方位匿影门限thr_a，

②俯仰差与和通道的回波幅度比小于等于俯仰匿影门限thr_e，

则认为距离单元n的回波为波束主瓣回波，将其保留用于单脉冲测角，否则认为其是主瓣外回波，舍弃，

2a2)对满足匿影条件的距离单元回波进行方位和俯仰单脉冲测角，

其中

和

分别表示方位和俯仰的单脉冲测角结果，

表示天线坐标系下方位波束指向θ₀时的鉴角斜率，其中K_a(0)表示方位波束指向法线时的鉴角斜率，

表示天线坐标系下俯仰波束指向φ₀时的鉴角斜率，其中K_e(0)表示俯仰波束指向法线时的鉴角斜率，符号|·|表示求绝对值运算，atan(·)表示求反正切运算。

2a3)计算角度坐标，

其中N_A(n,m)和N_E(n,m)分别表示第m个脉冲第n个距离单元的角度坐标，θ_a,s和φ_e,s分别表示大地坐标系下方位和俯仰的波束扫描起始角，Δθ和Δφ分别表示方位和俯仰的角度量化，通常其取值为对应波束宽度的1/10，符号round{·}表示求四舍五入运算。

2b)基于角度坐标对不同脉冲、相同距离单元的和通道回波幅度进行累加，

其中z(n,l,k)表示第n个距离单元第l个方位角度坐标第k个俯仰角度坐标的单脉冲成像输出，其中l＝1,2,…,N_A,T和k＝1,2,…,N_E,T分别表示方位和俯仰角度坐标，

和

分别表示方位和俯仰角度坐标的数目，其中θ_a,e和φ_e,e分别表示大地坐标系下方位和俯仰的波束扫描结束角，符号

表示满足条件x∈s的所有f(x)相加运算。

2c)对所有脉冲的所有距离单元回波进行2a)和2b)处理，即可得到二维单脉冲成像输出z(n,l,k),n＝1,2,…,N；l＝1,2,…,N_A,T；k＝1,2,…,N_E,T，其中N表示总的距离单元。

步骤3，山脊检测

3a)提取方位波位L对应的俯仰单脉冲成像结果z_L(n,k)，

z_L(n,k)＝reshape(z(n,L,k),N,N_E,T)，

其中符号reshape(·)表示矩阵变形运算。

3b)对z_L(n,k)进行俯仰维5点平滑处理，

其中

表示平滑后的单脉冲结果。

3c)对平滑后的俯仰单脉冲像进行俯仰维取最大，

其中

表示第n个距离单元检测的山脊所在的俯仰波位，符号

表示求满足函数f(k)的自变量，符号max{·}表示求最大值运算。

3d)通过噪声门限去除非山脊的检测点，

3d1)计算噪声门限，

3d2)剔除未过噪声门限的检测点，

其中

表示过噪声门限的第

个距离单元检测的山脊所在的俯仰波位，噪声门限因子

表示虚警率。

步骤4，地形前沿提取

4a)对同一个俯仰波位被检测距离单元进行距离维从小到大排序，

4a1)提取俯仰波位K的过检测距离单元，

其中n_K表示俯仰波位K的过检测距离单元，i＝1,2,…,N_K表示检测单元序号，N_K表示俯仰波位K过检测距离单元总数。

4a2)将n_K从小到大排序，

其中符号sort(·)表示从小到大排序运算。

4b)对

进行距离差分处理，

4c)根据d_K(i)提取地形前沿，

4c1)若d_K(i)≤T_r，地形前沿

其中T_r表示距离门限，由两座山的间距决定，通常取值200m；

4c2)若d_K(i)＞T_r，则地形前沿具体估计如下：

1)对d_K(i)进行二值化处理，

2)计算地形前沿的个数，

3)找出Id_K(i)＝1的距离单元序号，

4)地形前沿估计

步骤5，重复步骤4直到所有俯仰波位处理完；

步骤6，重复步骤3直到所有方位波位处理完。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种二维相扫雷达地形探测方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：距离脉压和距离徙动补偿；

1b)对脉压后回波进行距离徙动补偿处理；

步骤2：二维单脉冲成像：

2c)重复2a)～2b)处理直到所有距离单元处理完；

步骤3：山脊检测：

3b)对平滑后的俯仰单脉冲像进行俯仰维取最大；

3c)通过噪声门限去除非山脊的检测点；

步骤4：地形前沿提取：

4b)进行距离差分处理；

4c)根据距离差分提取地形前沿；

4d)重复4a)～4c)直到所有俯仰波位处理完；

步骤5：重复步骤3～步骤4直到所有方位波位处理完。

2.一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现权利要求1所述的方法。

3.一种计算机可读存储介质，其特征在于存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现权利要求1所述的方法。