一种测月雷达探测深度计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种测月雷达探测深度计算方法，用于实现结合雷达探测数据对设备 可达到的探测深度进行计算。
【背景技术】
[0002] 嫦娥三号卫星于2013年12月2日在西昌卫星发射中心成功发射，12月14日着 陆月球雨海北部地区，巡视器月球车与着陆器成功分离，各自开展探测工作。测月雷达作为 嫦娥三号"玉兔号"月球车的上的重要科学载荷，在月面探测期间，总共探测的有效里程大 于100m，两个通道总计探测得到了 566MB的原始数据，其科学目标是探测月球车行进线路 上月壤厚度分布及次表层机构。月球厚度分布及次表层结构研究，可提供丰富的科学信息， 一方面可了解月球地质历史的关键，同时有利于月球局部或全热史研究及地球-月球起源 关系的研究。月壤物质主要是由下伏基岩演化而成，通过对月壤的系统研究，可以了解月壳 组成及其分布特征、演化历史等。
[0003] 测月雷达在月面的工作分为三个阶段，第一阶段为第一个月昼时间内的探测工 作，月球车从导航点N0101行进到导航点N0108点，该阶段主要是在轨测试阶段，对测月雷 达两个通道的几个重要参数如时窗、累加次数、脉冲发射的重复频率、接收机信号增益方式 和衰减设置，进行测试，最终确定了雷达工作较好状态的参数。第二个阶段为第二个月昼时 间内的探测工作，月球车从导航点N0201行进到导航点N209点，该阶段雷达基本工作在一 固定的参数下展开探测。第三个阶段为第三个月昼及以后的工作阶段，测月雷达在导航点 N0209展开的定点探测。其中，在N0209定点位置测试的数据中，包含了雷达高压关闭的数 据。
[0004] 在测月雷达的实测数据中，为了保证足够的探测深度，第一通道时延为 10240ns (4096个采样点），第二通道时延设置为640ns (2048个采样点），在实测的回波图 中，信号结构复杂，从时延开始到时延结束的区域都存在大大小小的信号，其中包含了噪声 和有用信号。对测月雷达探测能力的分析，有利于我们在深度时延方向上区分有用信号和 噪声，将探测能力以下区域的数据作为噪声信号，有利于我们在月面数据中提取反射层、特 征结构体等有用信息，最终有利于数据解译。
[0005] 目前现有的分析方法多集中采用地面验证试验数据对雷达系统进行标定，然后折 算到月球上去，进而计算出雷达在月球上的探测深度，这些方法的缺点在于不具有准确性、 全面性。所以期望有一种利用在月面上实测数据对测月雷达探测深度的计算方法。
【发明内容】
[0006] (一）要解决的技术问题
[0007] 为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种结合雷达高压关闭数据计算测 月雷达探测深度的方法。
[0008] (二）技术方案
[0009] 本发明提供的一种测月雷达探测深度计算方法包括步骤：步骤1，对测月雷达原 始数据进行数据预处理；步骤2,利用测月雷达中高压关闭的数据进行统计分析得到噪声 大小；步骤3,将噪声折算成最小可检测功率，结合雷达传输方程计算测月雷达探测深度。
[0010] 优选地，步骤1对测月雷达原始数据进行的数据预处理包括三步操作：物理量转 换、去累加次数和去直流。
[0011] 优选地，所述的测月雷达原始数据以二进制存储，以道为单位，每道数据包含了道 头和道科学数据，道头中包括了设备累加次数，一通道数据点数为4096点，二通道数据点 数为2048点。
[0012] 优选地，物理量转换采用公式X = S-128X (A+1)，其中S为物理量转换前的单道数 据，X为物理量转换后的单道数据，A为累加次数。
[0013] 优选地，去累加次数采用公式Y = ΧΛΑ+1)，其中，Y为去累加次数后的单道数据， X为去累加次数前的单道数据，A为累加次数。
[0014] 优选地，去直流采用平滑去直流，采用公式如下：
[0016] 其中，Y(n)代表去直流后的数据，y (n)代表去直流前的数据，N为平滑点数，Ne为总 有效点数。
[0017] 优选地，步骤2还包括：步骤201，选取测月雷达高压关闭的雷达数据，雷达高压 关闭时，接收天线接收到的数据以系统噪声为主，但也包含内容链路耦合进去的信号；步骤 202,设置不同大小的区间范围，具体区间范围设置如下，一通道区间起点分别为从1开始 每隔500点，终点取4000 ;二通道区间起点分别为从1开始每隔500点，终点取2000,计算 每个区间内信号强度的均值和标准差；步骤203,统计两个通道每个区间内均值和标准差 的偏差情况，选取偏差小于1 %的区间；步骤204,对上一步选取处的区间内的均值和标准 差取平均得到系统噪声的均值和标准差。
[0018] 优选地，步骤3还包括：步骤301，取步骤204中计算出的均值和标准差，3倍的标 准差加上均值得到噪声的大小，转换成功率形式，作为最小可检测功率；步骤302,结合雷 达传输方程
^十算测月雷达探测深度，其中匕为接收机最小可接收 功率，Pt为发射机输出功率，G1^为接收天线的增益，Gt为发射天线的增益，ζ ^ (,分别代表 两次通过地表的透射系数，λ代表电磁波在介质中的波长，〇表示目标物体的雷达散射截 面，R表示目标物体的距离，e 4aR表示雷达波在有耗媒质中的衰减；当P 1^取最小可检测功率 时，R的取值代表测月雷达的最大探测深度。
[0019] 优选地，所述的目标物体的雷达散射截面取粗糙表面，计算公式为σ = Γ I2JT AR/2, Γ为反射系数。
[0020] 优选地，测月雷达一通道中心频率为60MHz，对应带宽为40MHz-80MHz，测月雷达 二通道中心频率为500MHz，对应带宽为250MHz-750MHz。
[0021] (三）有益效果
[0022] 应用本发明的测月雷达探测深度计算方法，结合了测月雷达在高压关闭时的雷达 数据，并结合雷达传输方程计算出雷达可达到的探测深度，有利于雷达数据中噪声抑制和 层位识别。
【附图说明】
[0023] 图1是本发明的测月雷达探测深度计算方法的流程图；
[0024] 图2是测月雷达一通道数据预处理后的单道波形图；
[0025] 图3是测月雷达一通道的探测深度曲线。
【具体实施方式】
[0026] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰易懂，下面结合附图对本发明具体 实施方式进行说明。在此本发明的示意性实例用于解释本发明，但不作为对本发明的限定。
[0027] 图1是本发明结合雷达高压关闭数据和雷达传输方程计算探测深度的流程图。 优选地，本发明的测月雷达探测深度计算方法包括以下步骤：步骤1，对测月雷达原始数据 (0B级）进行数据预处理；步骤2,利用测月雷达中高压关闭的数据进行统计分析得到噪声 大小；步骤3,将噪声折算成最小可检测功率，结合雷达传输方程计算测月雷达探测深度。
[0028] 在本发明中，步骤1中的数据预处理包含了三步操作：物理量转换、去累加次数和 去直流。
[0029] 优选地，测月雷达原始数据以二进制存储，以道为单位，每道数据包含了道头和 道科学数据，道头中包括了设备累加次数，一通道数据点数为4096点，二通道数据点数为 2048 点。
[0030] 物理量转换采用公式X = S-128X (A+1)，其中S为物理量转换前的单道数据，X为 物理量转换后的单道数据，A为累加次数。
[0031] 去累加次数采用公式Y = ΧΛΑ+1)，其中，Y为去累加次数后的单道数据，X为去累 加次数前的单道数据，A为累加次数。
[0032] 去直流采用平滑去直流，采用公式如下：
[0034] 其中，YwR表去直流后的数据，y ^代表去直流前的数据，N为平滑点数，Ne为总 有效点数。优选地，N取7, 一通道Ne为4096,二通道Ne为2048。
[0035] 图2为继续数据预处理后得到测月雷达第一通道的单道数据。图中，信号前端出 现较大信号的原因是即使雷达高压关闭，内部链路同样会有信号进入接收机，进而会在单 道回波信号中体现。
[0036] 在本发明中，步骤2,利用测月雷达中高压关闭的数据进行统计分析得到噪声大 小。优选地，步骤2还包括：步骤201，选取测月雷达高压关闭的雷