一种基于卫星高程数据的雷达地物回波产生算法的制作方法

本发明涉及一种雷达地物回波产生算法，具体是一种基于卫生高程数据的雷达地物回波算法，属于雷达模拟训练器技术领域。

背景技术：

雷达模拟训练器领域对应雷达地物回波的模拟基本还处于比较基础的阶段。一般而言，有两种方式比较常见：第一种是存储数据回放方式，使用这种方式产生的地物回波能真实的反映地物情况，但是数据样例太少，要存储长时间的回波数据需要的存储空间会非常大，也不能响应雷达部署位置的变化，具有局限性；第二种是纯粹的数据模拟，使用这种方式产生的地物回波，相对第一种有了变化性，但是没有现实依据，出现的变化也是基于原理的，不能真实反映雷达作战环境，对应作战训练没有指导意义

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于卫生高程数据的雷达地物回波算法，该算法使用卫星高程图数据，解决没有现实依据的问题，采用基于地理位置的高程数据栅格化处理、线性填值，使用雷达回波原理对数据进行方位和距离上数据进行扩展，最终通过相位叠加方式融合进雷达回波数据，并进行显示，得到与雷达装备保存一致的雷达地物回波现象。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种基于卫生高程数据的雷达地物回波算法，所述雷达底物回波算法包括如下步骤：

1)确定雷达部署位置的中心经纬度；

2)读取以中心经纬度为中心的卫星高程图的高度数据；

3)确定雷达的距离分辨率；

4)计算高程图数据到雷达距离分辨率的转换系数；

5)通过所述转换系统计算扩展的高程数据；

6)将所述扩展的高程数据数组转换层极坐标下的高程数据组；

7)计算距离、方位上的仰角数据；

8)计算距离、方位上的地物回波强度；

9)对方位上的地物回波强度进行波束展宽；

10)对距离上的地物回波强度进行脉压扩展；

11)通过相位叠加方式，融合空情信息，发送到终端显示。

进一步，所述步骤1)中，所述雷达部署位置的中心为雷达站点的中心位置。

进一步，所述步骤3)中，确定雷达的距离分辨率通过雷达方程确，

所述距离分辨率方程为：

其中：c为光速3*10⁸m/s，b为雷达信号有效带宽。

进一步，所述步骤7)中，需要计算雷达与地球的相切角以及相切距离，并考虑不同高度相互遮挡问题，算出某一方位、距离上的高度目标被雷达波束照射的仰角范围。

进一步，所述步骤11)中，相位叠加时，需要将地物回波数据给定随机相位，转换成复数形式，与空情数据进行复数相加。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1)使用卫星高程地图数据作为地物回波产生的依据，使回波产生与现实地理情况保持一致；2)使用雷达系统实际参数和雷达原理公式对卫星高程数据进行处理，使回波产生与雷达实装现像保持一致；3)使用栅格化处理方式，通过设定处理中心经纬度，确定处理范围，减少处理消耗，并能通过改变中心经纬度，实时改变地物回波现象，为不同雷达站的地物回波模拟提供基础。

附图说明

图1是本发明中地物回波数据产生算法的流程图；

图2是本发明中卫星高程地图显示图；

图3是本发明中某雷达部署在某雷达站1的地物回波现象示意图；

图4是本发明中某雷达部署在某雷达站2的地物回波现象示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

如图1和图2所示：一种基于卫生高程数据的雷达地物回波算法，所述雷达底物回波算法包括如下步骤：

1)确定雷达部署位置的中心经纬度。需要注意的是，中心位置一般为雷达站点的中心位置，可以任意指定。

2)读取以中心经纬度为中心的卫星高程图的高度数据。读取以中心经纬度为中心的正方形区域的卫星高程图的高度数据，当前使用的高程图数据精度为90m。

3)确定雷达的距离分辨率。通过雷达方程或者相关雷达技术资料确定雷达的距离分辨率，一般雷达都采用脉冲压缩体制。所述距离分辨率方程为：其中：c为光速3*10⁸m/s，b为雷达信号有效带宽。

4)计算高程图数据到雷达距离分辨率的转换系数。由于高程图为全球数据精度与雷达距离分辨率不一致，所以需要通过计算地图数据与地物精度的关系，获取高程图数据到雷达距离分辨率的转换系数。

5)通过所述转换系统计算扩展的高程数据。通过转换系数，将高程数据扩展成对应于雷达精度的高程图数据，以一个距离单元为间隔存储，由于转换后的范围大于实际地图数据范围，有些距离单元上没有数值，需要使用栅格化方式(将数据分割成边长为2r的正方形栅格)，以每一个实际数值所在位置为中心，对半径为r的圆形区域进行线性插值。

6)将所述扩展的高程数据数组转换层极坐标下的高程数据组；

7)计算距离、方位上的仰角数据。计算雷达发射电磁波束照射到地物目标高度上的仰角范围，由于地球曲线的问题，雷达中心位置地理高度上会与地球边缘存在相切点，地物目标在相切点以外，会存在地球遮挡问题，所以需要计算雷达与地球的相切角以及相切距离，并考虑不同高度相互遮挡问题，算出某一方位、距离上的高度目标被雷达波束照射的仰角范围。

8)计算距离、方位上的地物回波强度。通过雷达波束仰角与7)计算出的仰角范围重合部分，进行地物回波强度计算。不同仰角上的回波能量叠加，并且考虑距离上的电磁能量衰减。

9)考虑到雷达波束宽度对雷达回波的影响，需要对方位上的地物回波强度进行波束展宽。

10)考虑到雷达接收机脉冲压缩对回波的影响，对距离上的地物回波强度进行脉压扩展；

11)由于地物回波相位不固定，与空情目标存在相位上的叠加问题，导致能量有增强和衰减，所以将地物回波数据给定随机相位，转换成复数形式，与空情数据进行复数相加，得到最终的雷达视频信息，发送到终端进行显示。

本发明为通用地面探测雷达模拟训练器，雷达地物回波数据模拟算法，可以产生不同型号的地面探测雷达的地物回波数据。使用卫星高程数据作为雷达地物回波数据产生的原始依据，解决了基于原理产生雷达地物回波没有现实依据的问题。卫星高程数据有精度限制，该精度远低于雷达回波精度，本发明使用栅格化算法获取雷达探测范围内的高程数据，根据数据方格对原始数据进行线性化扩展，使数据精度提高，并且根据雷达本身的系统参数对高精度数据进行探测回波数据模拟，对方位上的数据进行波束展宽、对距离上的数据进行脉压展宽，以此获取与雷达实装基本一致的地物回波数据。由于可以根据中心经纬度产生不同环境的地物回波数据，所以本发明也适应雷达部署位置的变化。

实施例：

本发明的适用条件：1、地面上架设的雷达；2、非全向探测雷达。

下面以空军某搜索警戒雷达为例，进行说明：

步骤一：确定雷达部署位置的纬度flai＝25°30'23”和经度经度flon＝119°47'37”，

步骤二：读取以中心经纬度为中心的卫星高程图的高度数据：elevation[i,i]。

步骤三：确定雷达的距离分辨率：unit_len＝75m。

步骤四：计算高程图数据到雷达距离分辨率的转换系数：由高程图精度facc＝927.6852m，计算换算系数fcov＝facc/unit_len。

步骤五：通过转换系数计算扩展的高程数据：通过换算系数扩展高度数据组expande[j,j]，j＝i*fcov；对扩展的高度数据组进行圆形范围的线性插值，半径为fr，插值范围：k为j-fr到j+fr，与中心点距离：插值数据：fe＝expande[j,j]-dis。

步骤六：将扩展的高程数据数组转换成极坐标下的高程数据组：polare[a,r]＝expande[r-r*sin(a),r+r*cos(a)]。

步骤七：计算距离、方位上的仰角数据，地球半径fearth＝6371000m，雷达阵地高度frh＝300m，

雷达波束仰角为:fwa＝0，

计算仰角公式为：

雷达与地球的相切角计算公式为：

相切距离计算公式为：xqdis＝sqrt((fearth+frh)²-fearth²)/unit_len，

在相切距离以内的仰角范围为：

相切距离以外的仰角范围为：

步骤八：计算距离、方位上的地物回波强度，常量系数：fk＝1，不同特征地物的回波系数：fs＝10000，

地物回波强度计算公式为：

步骤九：对方位上的地物回波强度进行波束展宽，使用50阶高斯分布函数对地物回波进行方位波束展宽

步骤十：对距离上的地物回波强度进行脉压展宽，使用10阶高斯分布函数对地物回波进行方位波束展宽：

步骤十一：地物回波相位存在随机性，给定随机相位为：franda，地物回波的复数量为：

最后得到的地物回波效果如图3所示，图4为相同情况下的另一经纬度位置的地物回波效果。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。