一種基于相關系數(shù)分析法計算測月雷達探測深度的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及雷達探測，尤其涉及一種基于相關系數(shù)分析法計算測月雷達探測深度 的方法。
【背景技術】
[0002] 嫦娥三號衛(wèi)星于2013年12月2日在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，12月14日著 陸月球雨海北部地區(qū)，巡視器月球車與著陸器成功分離，各自開展探測工作。測月雷達作為 嫦娥三號"玉兔號"月球車的上的重要科學載荷，在月面探測期間，總共探測的有效里程大 于100m，兩個通道總計探測得到了 566MB的原始數(shù)據(jù)，其科學目標是探測月球車行進線路 上月壤厚度分布及次表層機構。月球厚度分布及次表層結構研究，可提供豐富的科學信息， 一方面可了解月球地質歷史的關鍵，同時有利于月球局部或全熱史研究及地球-月球起源 關系的研究。月壤物質主要是由下伏基巖演化而成，通過對月壤的系統(tǒng)研究，可以了解月殼 組成及其分布特征、演化歷史等。
[0003] 測月雷達在月面的工作分為三個階段，第一階段為第一個月晝時間內的探測工 作，月球車從導航點N0101行進到導航點N0108點，該階段主要是在軌測試階段，對測月雷 達兩個通道的幾個重要參數(shù)如時窗、累加次數(shù)、脈沖發(fā)射的重復頻率、接收機信號增益方式 和衰減設置，進行測試，最終確定了雷達工作較好狀態(tài)的參數(shù)。第二個階段為第二個月晝時 間內的探測工作，月球車從導航點N0201行進到導航點N209點，該階段雷達基本工作在一 固定的參數(shù)下展開探測。第三個階段為第三個月晝及以后的工作階段，測月雷達在導航點 N0209展開的定點探測。
[0004] 在測月雷達的實測數(shù)據(jù)中，為了保證足夠的探測深度，第一通道時延為 10240ns (4096個采樣點），第二通道時延設置為640ns (2048個采樣點），在實測的回波圖 中，信號結構復雜，從時延開始到時延結束的區(qū)域都存在大大小小的信號，其中包含了噪聲 和有用信號。對測月雷達探測能力的分析，有利于我們在深度時延方向上區(qū)分有用信號和 噪聲，將探測能力以下區(qū)域的數(shù)據(jù)作為噪聲信號，有利于我們在月面數(shù)據(jù)中提取反射層、特 征結構體等有用信息，最終有利于數(shù)據(jù)解譯。
[0005] 目前現(xiàn)有的分析方法多基于雷達傳輸方程，通過對月球月下結構特征及介電特性 的先驗性假定，實現(xiàn)對雷達探測深度的估計。但是，該類方法計算出的探測深度存在兩個問 題，第一，先驗性的假定存在主觀人為因素，會對深度計算結果帶來誤差；第二，該類方法計 算出的探測深度為單一深度值，無法表示測月雷達在整個行進線路上的探測深度分布。所 以，期望有一種利用月面實測數(shù)據(jù)獲得測月雷達在行進線路上探測深度的計算方法。

【發(fā)明內容】

[0006] (一）要解決的技術問題
[0007] 為了克服現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種基于相關系數(shù)分析法計算測月 雷達探測深度的方法，該方法基于噪聲和隨機信號所體現(xiàn)出的不同相關性，結合雷達實測 數(shù)據(jù)，對設備可達到的探測深度進行計算。
[0008] (二）技術方案
[0009] 本發(fā)明提供的一種基于相關系數(shù)分析法計算測月雷達探測深度的方法，該方法包 括步驟：步驟1，對測月雷達原始數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預處理，得到雷達數(shù)據(jù)矩陣；步驟2,對雷達 數(shù)據(jù)矩陣進行相關計算，得到相關系數(shù)矩陣；步驟3,在相關系數(shù)矩陣中，以列為處理單位， 遍歷所有列，分析相關系數(shù)矩陣中的相關性，確定由高相關信號到對隨機相關信號的過渡 點作為該列的探測深度。
[0010] 優(yōu)選地，步驟1對原始數(shù)據(jù)進行的數(shù)據(jù)預處理包括兩個處理步驟：數(shù)據(jù)編輯處理 步驟和背景去除處理步驟；其中，數(shù)據(jù)編輯處理步驟是指對雷達原始數(shù)據(jù)依據(jù)月面位置進 行數(shù)據(jù)編輯，得到距離間隔相同的雷達數(shù)據(jù)矩陣，背景去除處理步驟是指在雷達信號回波 中，去除各道間水平恒定的信息。
[0011] 優(yōu)選地，所述的月面位置為包含于每道雷達數(shù)據(jù)道頭中的24字節(jié)位置信息，其中 導航點位置和月球車的位置各占12個字節(jié)。
[0012] 優(yōu)選地，背景去除處理步驟采用原始道減去臨近的η道數(shù)據(jù)的平均值，采用的具 體公式如下：
[0016] 其中：YwS背景去除后的雷達道數(shù)據(jù)，原始的雷達道數(shù)據(jù)，η為第η道數(shù)據(jù)， N為用于平均的雷達道數(shù)，Nall為總雷達道數(shù)。
[0017] 優(yōu)選地，步驟2進一步包括：
[0018] 步驟201，采用如下公式，確定每個采樣點的處理區(qū)間大小為η ;
[0020] 其中，i為采樣點，j為雷達道數(shù)，η為每段區(qū)間大小，data(l:n，j)表示選取雷達 數(shù)據(jù)第j道，從采樣點1到采樣點n，all為數(shù)據(jù)長度；
[0021] 步驟202,計算Xiij區(qū)間各點的均值X
[0023] 步驟203,計算一道道數(shù)據(jù)各點位置處與相鄰通道的相關系數(shù)，采用如下公式：
[0025] 步驟204,遍歷整個雷達道數(shù)，重復步驟201到203,得到雷達相關系數(shù)矩陣 c(i，j) 〇
[0026] 優(yōu)選地，一通道的數(shù)據(jù)長度為4096,二通道的數(shù)據(jù)長度為2048。
[0027] 優(yōu)選地，步驟3進一步包括：步驟301，在相關系數(shù)矩陣中，以道為單位，確定高相 關性區(qū)域和隨機相關性區(qū)域，將由高相關區(qū)域到隨機相關性區(qū)域過零點的位置作為該道探 測深度位置。
[0028] 優(yōu)選地，步驟3進一步包括：步驟302,遍歷所有列，得到探測深度位置yj，每道數(shù) 據(jù)對應了不同的探測深度位置 y]，由此得到測月雷達一通道和二通道在行進線路上探測深 度的分布。
[0029] 優(yōu)選地，測月雷達兩個通道中心頻率分別為60MHz，500MHz，對應帶寬分別為 40MHz-80MHz，250MHz-750MHz。
[0030] 優(yōu)選地，所述測月雷達為嫦娥三號測月雷達。
[0031] (三）有益效果
[0032] 應用本發(fā)明的基于相關系數(shù)分析法計算測月雷達探測深度的方法，基于有用信號 和噪聲在相鄰道之間所體現(xiàn)出的不同相關性，確定了有用信號與噪聲的分界線，給出了測 月雷達在行進線路上兩個通道探測深度的分布情況。探測深度的獲知有利于我們區(qū)分噪聲 和有用，進一步在噪聲抑制和層位識別中都有重要的意義。
【附圖說明】
[0033] 圖1是本發(fā)明的基于相關系數(shù)分析法計算測月雷達探測深度的方法的流程圖；
[0034] 圖2是預處理前后測月雷達二通道數(shù)據(jù)剖面的對比圖；
[0035] 圖3是測月雷達二通道單道數(shù)據(jù)波形及對應的相關系數(shù)波形；
[0036] 圖4是測月雷達二通道整個行進線路上探測深度分布。
【具體實施方式】
[0037] 為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清晰易懂，下面結合附圖對本發(fā)明具體 實施方式進行說明。在此本發(fā)明的示意性實例用于解釋本發(fā)明，但不作為對本發(fā)明的限定。
[0038] 以二通道的處理過程給出示意性示例。圖1是本發(fā)明的基于相關系數(shù)分析法計算 測月雷達探測深度的方法的流程圖。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明的基于相關系數(shù)分析法計算測月雷達探測深度的方法，包括以下步 驟：步驟1，對測月雷達原始數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預處理，得到雷達數(shù)據(jù)矩陣；步驟2,對雷達數(shù)據(jù) 矩陣進行相關計算，得到相關系數(shù)矩陣；步驟3,在相關系數(shù)矩陣中，以列為處理單位，遍歷 所有列，分析相關系數(shù)矩陣中的相關性，確定由高相關信號到對隨機相關信號的過渡點