一种雷达三维扫描与成像方法与流程

本发明涉及雷达技术领域，具体涉及一种雷达三维扫描与成像方法。

背景技术：

大气气溶胶是指悬浮于大气中的固体和/或液体微粒与气体载体共同组成的多相体系，气溶胶粒子通过吸收和散射太阳辐射以及地球长波辐射影响天气和气候的变化。由于自然因素和人为因素,气溶胶分为自然气溶胶和人为气溶胶，人为气溶胶主要来源于人类工农业生产活动，随着经济的高速发展，人类向大气中排放了大量的污染物，这些污染物在大气中转化，形成二次气溶胶，二次气溶胶污染团以一定空间形态分布于大气中，且随着时间和空间的变化气溶胶团发生位置移动和形态的改变。

为了对城市和区域环境的气溶胶进行更深入的研究，对气溶胶，特别是二次气溶胶的形成、发展和核清除等的变化过程进行跟踪及气溶胶粒子的特性及特性之间的相互关系的分析研究提供稳定的数据基础，通过采集二次气溶胶污染团的每个切面数据，并将上述数据通过可视化三维图像呈现成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供一种雷达三维扫描测定区域气溶胶浓的方法，并将上述方法测得的数据通过直角坐标网格的可视化形式呈现。

本发明提供的一种雷达三维扫描与成像方法，包括以下步骤：

s1.建立球坐标系，以雷达位置为原点；

s2.雷达沿地表水平扫描，其方位角φ∈(0，360°)；

雷达沿地表水平至垂直地表向上方扫描，其天顶角θ∈(0，90°)；雷达扫描转动步长为δθ，δφ；

s3.雷达扫描后的结果在球坐标系下的离散数据点ρ(θi，φj，rk)；

s4.将球坐标系下的离散数据点以直角坐标系的方式建立三维可视化网络，则三维直角网格格点的数据点为ρ(x，y，z)；

s5.在三维直角坐标网格做插值处理。

可选地，在步骤s5做插值处理前，将三维直角坐标系转化为球坐标在球坐标系下进行插值。

可选地，沿r方向插值：

沿φ方向插值：

沿θ方向插值：

可选地，按天顶角或方位角划分每台雷达的扫描范围，若设有n台雷达，第i台雷达的扫描范围为φ∈(0，360°)或θ∈(0，90°)，

可选地，还包括在三维直角坐标系网络做插值处理后将直角网格格点数据与像素颜色建立索引关系，形成三维可视化伪彩网格的步骤。

可选地，包括根据上述方法建立大气气溶胶浓度的三维直角坐标可视化网格。

可选地，还包括将直角网格的xy平面和/或xz平面和/或yz平面按地理坐标相对位置叠加地图，直观显示气溶胶浓度在实际空间中的分布。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供的大气气溶胶三维扫描与成像方法，通过一个或多个激光雷达对某空间区域进行三维扫描探测，将气溶胶浓度的相关数据以直角坐标可视化网格显示。雷达三维扫描时是以雷达所处位置为原点构建坐标系，直接测得数据建立的是球坐标网格，由于球坐标网格的非均匀性，随着径向距离r的增加，球坐标系的网格体积随之增大，气溶胶浓度成像网格的可视化显示图像不利于气溶胶的观测与分析，因此，需要转化为直角坐标网格的可视化显示，直观显示气溶胶浓度变化。

通过多台气溶胶激光雷达同步探测的扫描方式，很大程度上提高了三维扫描速度，将扫描后的结果进行整合，即可得到整个气溶胶团的三维扫描结果，提高了效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1为本发明的雷达三维扫描示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供了一种雷达三维扫描与成像方法，以气溶胶激光雷达位置为原点建立球坐标系，设定地理北向为方位角0度，垂直地表向上为天顶角0度，雷达均具有可以实现水平和垂直向转动的光学传感仓，若使用单台雷达，则雷达的扫描范围为天顶角θ∈(0，90°)，方位角为φ∈(0，360°)，角度转动步长为δθ，δφ；为了提高三维扫描速度，可以设置多台雷达，从不同的方向进行三维扫描，若设有n台雷达，第i台雷达的扫描范围为φ∈(0，360°)，则扫描后将所有扫描结果整合，球坐标系下的气溶胶浓度离散数据点ρ(θi，φj，rk)，将离散数据点转换为直角坐标的三维网格的离散数据点ρ(x，y，z)，转换后直角坐标三维网格的离散数据点网格盲点需要在球坐标系下进行插值处理，具体为，首先将三维直角坐标系转化为球坐标在球坐标系下进行插值，获得格点位置的气溶胶浓度。首先沿r方向插值

沿φ方向插值

沿θ方向插值

三维直角坐标系建立后，更优地，可以将直角网格的格点数据与像素建立索引关系，形成三维可视化伪彩网格。

为了更加直观的得到某区域空间的大气气溶胶的分布，可以将直角网格的xy平面和/或xz平面和/或yz平面按地理坐标相对位置叠加地图。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。