一种宽雷达波束下高山地测高方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及SAR雷达测高技术领域，尤其是一种宽雷达波束下高山地测高方法。
【背景技术】
[0002]SAR是一种全天时、全天候、高分辨力的成像雷达，可应用于弹载、机载的匹配导航，匹配导航采用几何较正后的SAR图像，而决定图像几何较正精度的关键参数是雷达高度参数。
[0003]当测高区域为平坦均匀区域时，测高算法采用重心偏离法(0C0G)来获得高精度测量值，其基本思想是将跟踪窗内回波幅度的时域分布值重新映射成一个等效矩形回波，原回波的重心即可认为是矩形回波的重心，矩形回波的前沿与原回波中总体呈上升趋势的前沿部分相对应，通过跟踪该矩形前沿位置的变化来实现测高。然而，在高山地地区，由于地形的起伏大，回波能量分布具有前沿变缓、分布展宽、回波能量分布与具体地形相关性大的特点，重心偏离法(0C0G)模型已无法适用，测高精度无法满足要求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种在高山地、雷达宽波束条件下，确保雷达高度值测量精度高的宽雷达波束下高山地测高方法。
[0005]为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:一种宽雷达波束下高山地测高方法，该方法包括下列顺序的步骤:
(1)假设在理想平坦条件下，初步求得回波能量PreEchoSum及回波有效范围中心位置PreEchoCenter ；
(2)计算检测回波分布的门限EchoSwitch；
(3)计算检测回波分布的范围；
(4)计算检测回波分布的开始中心位置DetectCenter；
(5)求回波分布的起始位置DetectStart；
(6)求回波分布的结束位置DetectEnd;
(7)计算高度值。
[0006]所述步骤(1)中回波能量PreEchoSum及回波有效范围中心位置PreEchoCenter的计算方法如下:
a)根据雷达惯导高度和波束宽度计算覆盖范围窗经采样量化后的点数WinLen: WinLen = 2X (ceil (0.5XHigh_insX (cos (beamwidth) -1) /Runit))
其中，High_ins为惯导输入的雷达高度，beamwidth为波束宽度，Runit为雷达采样率对应距离单元长度；
b)以WinLen为窗宽在整个距离线上滑动，计算窗内能量和，获得窗内能量和序列；
c)窗内能量和序列的最大值为初步求得的回波能量和PreEchoSum，窗内能量和序列最大值位置的索引为初步求得的回波有效范围中心位置PreEchoCenter。
[0007]所述步骤(2)中检测回波分布的门限EchoSwitch的计算公式如下:
检测回波分布的门限 EchoSwitch = (PreEchoSum/ffinLen) X 0.4 ；
其中，PreEchoSum为初步求得的回波能量和，WinLen为波束覆盖范围经采样量化后的点数。
[0008]所述步骤(3)中检测回波分布的范围的计算公式如下:
回波分布的范围=[PreEchoCenter-6XWinLen PreEchoCenter+6XWinLen]；
其中，PreEchoCenter为初步求得的回波有效范围中心位置，WinLen为波束覆盖范围经采样量化后的点数。
[0009]所述步骤(4)中检测回波分布的开始中心位置DetectCenter的计算方法如下:
a)以初步求得的回波有效范围中心位置PreEchoCenter为中心，在以波束覆盖范围经采样量化后的点数WinLen为宽度的小窗内求回波最大值；
b)回波最大值的索引位置为检测回波分布的开始中心位置DetectCenter。
[0010]所述步骤(5)中回波分布的起始位置DetectStart的计算方法为:以检测回波分布的开始中心位置DetectCenter为中心，向近距离移动，当回波出现连续8个未过门限信号后退出，并记录当前位置为回波分布的起始位置DetectStart。
[0011]所述步骤￠)回波分布的结束位置DetectEnd的计算方法为:以检测回波分布的开始中心位置DetectCenter为中心，向远距离移动，当回波出现连续8个未过门限信号后退出，并记录当前位置为回波分布的结束位置DetectEnd。
[0012]所述步骤(7)中高度值的计算方法如下:
a)计算高度值对应索引号Highlndex
Highlndex = (DetectStart+DetectEnd)/2.0-ffinLen/2 ；
其中，DetectStart为回波分布的起始位置，DetectEnd为回波分布的结束位置；
b)计算高度值
高度值=采样起始距离+HighIndexX距离采样单元大小；
其中，采样起始距离为开窗的起始距离，距离采样单元为雷达采样率对应的距离单元长度。
[0013]由上述技术方案可知，本发明的优点如下:第一，本发明解决了高山地、雷达宽波束条件下，引起的回波前沿变缓、分布展宽，能量分布与平坦模型的不同问题；第二，通过采用回波能量分布的范围代替回波幅度来估计矩形的前沿，进而得到雷达高度，雷达高度值测量精度高；第三，通过实际数据分析，本发明介绍的高度估计方法较常规的重心偏离法(0C0G)误差均值从10.6591米提高到-0.3012米，均方根误差从41.3402提高到14.9751，雷达高度值测量精度高明显提高。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的方法流程图。
图2为实际飞行效果示意图。
【具体实施方式】
[0015]如图1所示，一种宽雷达波束下高山地测高方法，该方法包括下列顺序的步骤: (1)假设在理想平坦条件下，初步求得回波能量PreEchoSum及回波有效范围中心位置PreEchoCenter ；
(2)计算检测回波分布的门限EchoSwitch；
(3)计算检测回波分布的范围；
(4)计算检测回波分布的开始中心位置DetectCenter；
(5)求回波分布的起始位置DetectStart；
(6)求回波分布的结束位置DetectEnd;
(7)计算高度值。
[0016]所述步骤(1)中回波能量PreEchoSum及回波有效范围中心位置PreEchoCenter的计算方法如下:
a)根据雷达惯导高度和波束宽度计算覆盖范围窗经采样量化后的点数WinLen:WinLen = 2X (ceil (0.5XHigh_insX (cos (beamwidth) -1) /Runit))
其中，High_ins为惯导输入的雷达高度，beamwidth为波束宽度，Runit为雷达采样率对应距离单元长度；
b)以WinLen为窗宽在整个距离线上滑动，计算窗内能量和，即求和，获得窗内能量和序列；雷达每收到一组回波就是一条距离线，收到的时间延时对应距离远近；
c)窗内能量和序列的最大值为初步求得的回波能量和PreEchoSum，窗内能量和序列最大值位置的索引为初步求得的回波有效范围中心位置PreEchoCenter。
[0017]所述步骤(2)中检测回波分布的门限EchoSwitch的计算公式如下:
检测回波分布的门限 EchoSwitch = (PreEchoSum/ffinLen) X 0.4 ；
其中，PreEcho