一種適用于多平臺(tái)雷達(dá)的地物回波快速生成算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種適用于多平臺(tái)雷達(dá)的地物回波快速生成算 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地物回波是雷達(dá)顯示的重要數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的雷達(dá)實(shí)裝或模擬訓(xùn)練設(shè)備地物產(chǎn)生方法 生成的地物回波存在不能隨雷達(dá)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)而變化，回波強(qiáng)度逼真度不高，產(chǎn)生回波的地域 受限等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了雷達(dá)操作人員能力的提升，也使雷達(dá)實(shí)裝或模擬訓(xùn)練設(shè)備的適用 性大打折扣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 現(xiàn)有技術(shù)難以滿足人們的生產(chǎn)生活需要，針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種適 用于多平臺(tái)雷達(dá)的地物回波快速生成算法，基于地理高程數(shù)據(jù)，當(dāng)迎著雷達(dá)波束的照射有 坡面時(shí)，就會(huì)有回波，坡度越大、坡的面積越大，回波越強(qiáng)。由于地理信息系統(tǒng)給出的是地理 方格坐標(biāo)，坡度信息是相對(duì)于雷達(dá)波束照射方向的，因此，首先需要將地理方格上的高度信 息及坐標(biāo)變換，變換成相對(duì)于雷達(dá)的極坐標(biāo)，然后再在相對(duì)于雷達(dá)的射線上計(jì)算波度，根據(jù) 坡度再計(jì)算雷達(dá)反射面積，進(jìn)而計(jì)算出回波強(qiáng)度。最后，從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出基礎(chǔ)地物回波真實(shí) 數(shù)據(jù)，用計(jì)算的強(qiáng)度調(diào)制該數(shù)據(jù)并拼接成最終區(qū)域地物回波，送給雷達(dá)進(jìn)行顯示。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)該技術(shù)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種適用于多平臺(tái)雷達(dá)的地物回 波快速生成算法：包括步驟一，高程信息的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；步驟二，相對(duì)雷達(dá)波束的坡度計(jì)算； 步驟三，地物雜波強(qiáng)度計(jì)算步驟；步驟四，地物顯示步驟；
[0005] S1.在步驟一中：將電子地圖高程數(shù)據(jù)由直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到極坐標(biāo)系：將電子地 圖高程數(shù)據(jù)以平臺(tái)當(dāng)前位置為中心，取aXa個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)參與坐標(biāo)變換，變換成極坐標(biāo)的方位 角共計(jì)a/4個(gè)，距離單元為a/2個(gè)，坐標(biāo)變換按照下式計(jì)算：
[0006]
[0007]
[0008] 其中ΛX和Λy為待變換的地理方格點(diǎn)相對(duì)于平臺(tái)當(dāng)前位置的坐標(biāo)差；
[0009] S2.在步驟二中，計(jì)算極坐標(biāo)系下的高程數(shù)據(jù)相對(duì)雷達(dá)波束的坡度：將每個(gè)距離 位置處的高程數(shù)據(jù)變換成坡度數(shù)據(jù)，每個(gè)距離位置的坡度即是該距離處地面相對(duì)于水平面 的夾角，對(duì)每個(gè)方位上的所有距離單元都需要計(jì)算其坡度值；其中，對(duì)一個(gè)方位的計(jì)算為： 高程小于等于0的坡度為0 ;在視距外的地物坡度為0 ;被前面的地物遮擋的地物坡度為0， 坡度計(jì)算公式為：
[0010]
[0011] 其中，Λh為相鄰的兩個(gè)距離單元的高程差，Λr為相鄰的兩個(gè)距離單元的距離；
[0012] S3.在步驟三中，根據(jù)所述坡度計(jì)算地物回坡強(qiáng)度；'其中巧=匕尸4< ' Gp為坡度位置回波信號(hào)經(jīng)過(guò)前端的各級(jí)功率放大增益，Ls為發(fā)射支路和接收支路的損耗，
〃Pt為雷達(dá)發(fā)射的脈沖峰值功率，G為天線最大增益，λ為雷達(dá)中心工作波 長(zhǎng)，。為坡度雷達(dá)截面積，R為坡度相對(duì)于雷達(dá)的距離，? = 〇〇Α，Α=^·即,Δ/?R為坡度位 2 置與雷達(dá)間的距離，θa為雷達(dá)波束的水平寬度角，Λh為該坡度位置處兩個(gè)距離單元的高 程差；F為傳播因子，La為大氣衰減因子。
[0013]S4.在步驟四中，采用極坐標(biāo)方式計(jì)算不同坡度位置的回波強(qiáng)度，將極坐標(biāo)下不同 位置的回波強(qiáng)度映射成顯示屏幕直角坐標(biāo)下對(duì)應(yīng)位置的灰度值，不同灰度值再進(jìn)一步量化 成對(duì)應(yīng)的顏色，以此來(lái)顯示地物回波。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：該適用于多平臺(tái)雷達(dá)的地物回波快速生 成算法，利用地理高程信息，通過(guò)相關(guān)算法快速計(jì)算出所需的雷達(dá)地物回波用于地物顯示， 能夠適用于艦載、岸基等多平臺(tái)雷達(dá)，可用于雷達(dá)實(shí)裝或模擬訓(xùn)練設(shè)備中，使雷達(dá)實(shí)裝訓(xùn)練 裝置快速產(chǎn)生逼真的并能被實(shí)裝識(shí)別的地物回波，同時(shí)也可使雷達(dá)模擬訓(xùn)練設(shè)備自身生成 出與實(shí)際一致的地物回波。在顯示區(qū)域范圍、顯示逼真度、顯示快速度等方面與傳統(tǒng)方法相 比有明顯的提升。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為本發(fā)明的高程信息由直角坐標(biāo)變換到極坐標(biāo)示意圖；
[0016] 圖2為本發(fā)明的高程信息坐標(biāo)變換流程圖；
[0017] 圖3為本發(fā)明的高程變成程坡度的示意圖；
[0018] 圖4為本發(fā)明的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0020] 請(qǐng)參閱說(shuō)明書附圖1~4,本發(fā)明實(shí)施例中，一種適用于多平臺(tái)雷達(dá)的地物回波快 速生成算法：包括步驟一，高程信息的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；步驟二，相對(duì)雷達(dá)波束的坡度計(jì)算；步驟 三，地物雜波強(qiáng)度計(jì)算步驟；步驟四，地物顯示步驟；
[0021] (一）高程信息的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
[0022] 為了減少運(yùn)算量，考慮到地物雜波不需要很高的分辨率，這里首先將電子地圖高 程數(shù)據(jù)的分辨率降低一倍，以平臺(tái)當(dāng)前位置為中心，經(jīng)煒度各變換a/2個(gè)點(diǎn)，也就是說(shuō)參與 坐標(biāo)變換的點(diǎn)為aXa。變換成極坐標(biāo)的方位角共計(jì)a/4個(gè)，距離單元確定為a/2個(gè)。坐標(biāo) 變換按照下式計(jì)算：
[0023]
[0024]
[0025] 其中ΛX和Λy為待變換的地理方格點(diǎn)相對(duì)于平臺(tái)當(dāng)前位置的坐標(biāo)差。在變換 時(shí)，為了避免頻繁計(jì)算（1)和（2)式，須采用查表法進(jìn)行計(jì)算。即事先計(jì)算好所有a個(gè)ΛX 和a個(gè)Λy對(duì)應(yīng)的距離和方位結(jié)果，并將此結(jié)果量化成a/2個(gè)距離單元和a/4個(gè)方位單元。 當(dāng)對(duì)某一地理方格進(jìn)行坐標(biāo)變換時(shí)，首先計(jì)算該點(diǎn)相對(duì)于平臺(tái)的ΛX和Λy，然后由ΛX和 Λy的值直接查表，即可得到對(duì)應(yīng)的方位和距離值，將該點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)放入此方位、距離單 元，就完成了坐標(biāo)變換。直角坐標(biāo)到極坐標(biāo)的變換如圖1所示。
[0026] 編程時(shí)，可以先建立一個(gè)文件，存放的是aXa個(gè)由（1)、（2)計(jì)算的結(jié)果，對(duì)應(yīng)的經(jīng) 度和煒度分辨率是高程數(shù)據(jù)分辨率的兩倍。程序初始化時(shí)，先將該文件數(shù)據(jù)調(diào)入一個(gè)全局 變量二維數(shù)組，該數(shù)組稱為坐標(biāo)變換表，行代表ΛX，列代表Λy，此二維數(shù)據(jù)留作查表進(jìn)行 坐標(biāo)變換。
[0027] 在具體進(jìn)行坐標(biāo)變換時(shí)，流程如圖2所示：
[0028]根據(jù)平臺(tái)的坐標(biāo)（Xr，yr)，調(diào)取對(duì)應(yīng)位置范圍的高程圖數(shù)據(jù)文件，并以便平臺(tái)位置 為中心，每隔一個(gè)點(diǎn)抽取一個(gè)高程數(shù)據(jù)，存放在一個(gè)aXa數(shù)組內(nèi)，然后開(kāi)辟一個(gè)a/4Xa/2 的極坐標(biāo)高程數(shù)組，a/4代表方位，a/2代表距離；
[0029] 取出高程數(shù)據(jù)內(nèi)的每個(gè)高程數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)在數(shù)組中的位置，計(jì)算Λχ= (i-(a/2_l))X分辨距離，Λy= (j-(a/2_l))X分辨距離，其中i，j:〇-(a-l)。根據(jù)計(jì)算 出的ΛX和Λy，查坐標(biāo)變換表，得到對(duì)應(yīng)的方位和距離，并將高程數(shù)據(jù)放入極坐標(biāo)高程數(shù) 組中的對(duì)應(yīng)單元。
[0030](二）相對(duì)雷達(dá)波束的坡度計(jì)算
[0031]需要開(kāi)辟一個(gè)與極坐標(biāo)高程數(shù)組相同的數(shù)組，作為極坐標(biāo)坡度數(shù)組。坡度數(shù)組內(nèi) 的數(shù)據(jù)全部置0。參見(jiàn)圖3所示的雷達(dá)波束照射某一方位上的地物情況，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，認(rèn)為 雷達(dá)波束是水平的。此時(shí)，所有海平面的坡度為0,雷達(dá)處向遠(yuǎn)距離搜索，凡是負(fù)斜率的地 方，由于波束照射不到，可以認(rèn)為坡度為0。凡是被前一個(gè)高峰（高度小于前一個(gè)極大值的） 遮擋的地方，由于波束照射不到，可以認(rèn)為坡度為0。另外，對(duì)每個(gè)高程數(shù)據(jù)還要計(jì)算其是否 會(huì)由于地球曲率已經(jīng)處于地平線以下了，如果在視距外，坡度也為0。變換后的坡度圖如圖 3所示。坡度計(jì)算的流程如下：
[0032] 高程數(shù)組與坡度數(shù)組完全對(duì)應(yīng)，坡度計(jì)算是將每個(gè)距離處的高程數(shù)據(jù)變換成坡度 數(shù)據(jù)，某個(gè)距離位置的坡度即是該距離處地面相對(duì)于水平面的夾角。對(duì)每個(gè)方位上的所有 距離單元都需要計(jì)算其坡度值。以下流程是針對(duì)一個(gè)方位進(jìn)行計(jì)算的。基本原則是：高程 小于等于〇的即海平面的坡度為〇 ;在視距外的地物坡度為〇 ;被前面的地物遮擋的地物坡 度為〇(這一步實(shí)際上是隨距離變化的高程曲線的極大值，距離由近變遠(yuǎn)的過(guò)程中，找出每 一個(gè)波峰值）。坡度計(jì)算公式如（3)式所示。
[0033]
(3)
[0034] 其中，Λh為相鄰的兩個(gè)距離單元的高程差，Λr相鄰距離單元代表的距離。
[