本發(fā)明屬于雷達技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種抑制地雜波的方法，可用于機載氣象雷達。

背景技術(shù)：

機載氣象雷達是各種飛機上必不可少的飛行安全保障設(shè)備，它能在載機飛行過程中實時探測載機前方航路上一定空域范圍內(nèi)的氣象目標和其他目標，如云、雨、雷暴區(qū)等的分布狀況，并將探測到的目標的輪廓、雷雨區(qū)的降雨量、方位和距離等信息顯示在顯示器上，為飛行員提供危險氣象條件預(yù)警等功能，可廣泛應(yīng)用于航空領(lǐng)域。

機載氣象雷達天線通常安裝在載機機頭雷達天線罩內(nèi)，在進行氣象目標探測時，天線驅(qū)動器會進行周期性機械掃描，在掃描過程中雷達天線波束的主瓣或旁瓣不可避免的會接觸地面，使氣象目標回波湮沒在地雜波中，造成地雜波和氣象目標回波一起被雷達天線接收并經(jīng)處理后顯示在顯示器上，造成大量地物目標被誤判為氣象目標。

現(xiàn)有的機載氣象雷達對地雜波抑制主要采用基于地形數(shù)據(jù)庫的抑制方法和利用地物回波與氣象回波頻譜特性的不同在頻域進行區(qū)分，其中：

基于地形數(shù)據(jù)庫的抑制方法，需要在雷達信號處理機中配置地形數(shù)據(jù)庫，這種方法存在的兩方面的缺點：一是完備的地形數(shù)據(jù)庫通常需要占用較大的存儲空間，在進行地形適配時檢索不便；二是在地形數(shù)據(jù)發(fā)生變化后需及時更新地形數(shù)據(jù)庫，給機載設(shè)備維護人員造成不便。

利用地物回波與氣象回波頻譜特性的不同在頻域進行區(qū)分，這種方法在抑制的地雜波的同時也會抑制部分氣象目標的回波，容易造成飛行員對氣象條件的誤判，危及飛安全。

大多數(shù)的機載氣象雷達沒有對地雜波抑制的功能，需要飛行員采取將天線俯仰調(diào)節(jié)設(shè)置為手動模式，人為的將天線俯仰角度調(diào)高，使雷達天線波束不接觸地面，此時觀察顯示器顯示畫面，并將此畫面與之前顯示畫面進行對比，憑借飛行員的個人經(jīng)驗，人為判斷之前顯示畫面中哪些回波為氣象目標回波，哪些為地雜波，從而規(guī)劃飛行路線，規(guī)避危險氣象區(qū)域，保障飛行安全。但這種方法操作復(fù)雜，過分依賴于飛行員的個人經(jīng)驗，且非常容易出現(xiàn)誤判情況，威脅飛行安全。因此如何解決機載氣象雷達探測過程中地雜波抑制問題是機載氣象雷達使用過程中急需解決的一個重要問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于多層掃描對比的地雜波抑制方法，以減小對氣象條件的誤判，提高對地雜波抑制的效果，保證目標飛行的安全性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下：

1)獲取一組機載氣象雷達掃描波束的原始指向角θ、原始回波信號W和掃描波束寬度θ_b、載機的飛行高度H及飛行速度V，并進行保存；

2)根據(jù)地球半徑R和載機的飛行高度H計算掃描波束與地面相切的角度α₀：

3)將天線俯仰角度調(diào)整為α₀，得到天線俯仰角度初始調(diào)整后的氣象雷達回波信號W₀，并保存，此時雷達掃描波束不接觸地面，且W₀中不含地雜波，僅含有云層相對載機的位置信息；根據(jù)W₀計算得到云層與飛機的水平距離L；

4)根據(jù)含雨云層距離地面的最低高度l、含雨云層常規(guī)分布高度h、云層與飛機的水平距離L、地球半徑R和載機的飛行高度H，計算出能夠區(qū)分地雜波和氣象回波的天線俯仰角度范圍為[α₁,α₂]，其中：

5)將俯仰角度范圍[α₁,α₂]均分為n份，得到角度單元Δα：

6)將天線的俯仰角度初始化為：α＝α₁，初始化計數(shù)器的計數(shù)值i＝1，初始化原始回波信號W中每一個回波數(shù)據(jù)的置信值累加結(jié)果為τ_m＝0；

7)保持載機的飛行高度H和飛行速度V不變，將天線俯仰角度調(diào)整為α，得到天線俯仰角度再次調(diào)整后的機載氣象雷達掃描波束的指向θ_i和回波信號W_i，并保存；根據(jù)H、V和θ_i這三個參數(shù)對W_i進行位置補償，得到補償后的回波信號W_ii，該補償后的回波信號W_ii中每個回波數(shù)據(jù)與步驟1)中回波信號W中的每一個回波數(shù)據(jù)位置一一對應(yīng)；

8)將補償后的回波信號W_ii與原始回波信號W的每一個回波數(shù)據(jù)的強度值進行相減，根據(jù)相減結(jié)果計算原始回波信號W中每一個回波數(shù)據(jù)的置信值τ_im：

其中，m為回波信號W中每一個回波數(shù)據(jù)的編號，ξ為根據(jù)實際試驗測試確定的常數(shù)；

9)令τ_m＝τ_m+τ_im；

10)保持載機的飛行高度H和飛行速度V不變，將天線的當前俯仰角度α與步驟4)中計算的最大俯仰角度α₂進行比較：

若α＜α₂，則將當前俯仰調(diào)節(jié)為α＝α₁+Δα，將計數(shù)器計為：i＝i+1，返回步驟7)；

若α＝α₂，則執(zhí)行步驟11)；

11)根據(jù)實際試驗測試數(shù)據(jù)設(shè)置置信度閥值φ,將原始回波信號中W的每一個回波數(shù)據(jù)的置信值累加結(jié)果τ_m與φ進行對比：若τ_m＞φ，則判定為地雜波，否則，為氣象回波；

12)將地雜波從原始回波信號W中濾除，得到一組沒有地雜波的回波信號W′，并進行顯示；

13)重復(fù)步驟1)～步驟12)，實現(xiàn)地雜波的自動抑制。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：

本發(fā)明由于采用多層掃描對比進行回波數(shù)據(jù)中的地雜波的抑制，相對于現(xiàn)有基于地形數(shù)據(jù)庫的地雜波抑制方法，不需要存儲和定期更新地形數(shù)據(jù)庫，減小了數(shù)據(jù)量，提高了對數(shù)據(jù)處理的實時性。

相比大多數(shù)沒有對地雜波抑制的功能的機載氣象雷達，不需要操作人員人為判定，減輕操作負擔(dān)，減小了對氣象條件的誤判，提高了飛行的安全性。

試驗表明，本發(fā)明具有良好的地雜波抑制效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的使用場景圖；

圖2為多層掃描示意圖；

圖3為本發(fā)明的實現(xiàn)流程圖。

具體實施方式

參照圖3，本發(fā)明的實現(xiàn)步驟如下：

步驟1，獲取一組機載氣象雷達原始數(shù)據(jù)并計算掃描波束與地面相切的角度。

如圖1所示，飛機在飛行的過程中相對地面有飛行高度和飛行速度，雷達工作過程中，發(fā)射機產(chǎn)生大功率電磁脈沖經(jīng)天線向載機前方輻射出去，在電磁脈沖接觸到障礙物后被反射回去，經(jīng)天線接收并經(jīng)數(shù)字化量化處理后，將回波數(shù)據(jù)顯示在顯示器上。

本步驟的具體實現(xiàn)如下：

1.1)根據(jù)飛機航姿系統(tǒng)獲取機載氣象雷達掃描波束的原始指向角θ，根據(jù)機載氣象雷達接收機接收的數(shù)據(jù)獲取原始回波信息W，根據(jù)雷達天線參數(shù)獲取掃描波束寬度θ_b，通過綜顯任務(wù)機獲取載機的飛行高度H及飛行速度V，并將這些參數(shù)保存在數(shù)組中；

1.2)根據(jù)1.1)獲取的參數(shù)值和地球半徑R，計算雷達掃描波束與地面相切的角度α₀：

步驟2，調(diào)整天線俯仰角度并計算云層與飛機的水平距離。

將天線俯仰角度調(diào)整為α₀，得到天線俯仰角度初始調(diào)整后機載氣象雷達接收機接收數(shù)據(jù)獲取氣象雷達回波信號W₀，并保存，此時雷達掃描波束不接觸地面，且W₀中不含有地雜波，僅含有云層相對載機的位置信息；

根據(jù)W₀中每一個回波數(shù)據(jù)的編號、電磁波傳播速度c以及雷達采樣時序，計算每一個回波數(shù)據(jù)距離載機平臺的實際距離；

將所有回波數(shù)據(jù)距離載機平臺的實際距離相加再取平均值，得到云層與飛機的水平距離L。

步驟3，計算天線俯仰角度范圍。

為了能夠通過多次掃描將步驟1中的原始回波信息W中的地雜波抑制，需要確定一個合適的角度范圍，使天線俯仰角度在該角度范圍內(nèi)進行調(diào)整，完成多次掃描。

獲得含雨云層距離地面的最低高度l和含雨云層常規(guī)分布的高度h，本實例取l＝1000米，h＝10000米；

根據(jù)步驟1得到的載機的飛行高度H和步驟2得到的云層與飛機的水平距離L，結(jié)合含雨云層距離地面的最低高度l、含雨云層常規(guī)分布高度h、地球半徑R，參照圖2計算出能夠區(qū)分地雜波和氣象回波的天線俯仰角度范圍為[α₁,α₂]：

步驟4，均分天線俯仰角度范圍，得到角度單元。

為了使天線俯仰角度能在步驟3的角度范圍內(nèi)多次變化，根據(jù)機載氣象雷達天線俯仰精度設(shè)置常數(shù)n,將俯仰角度范圍[α₁,α₂]均分為n份，得到角度單元Δα：

步驟5，數(shù)據(jù)初始化。

根據(jù)步驟3得到的α₁將天線俯仰角度α初始化為：α＝α₁，設(shè)置計數(shù)器的計數(shù)值i并初始化為：i＝1；

設(shè)置原始回波信號W中每一個回波數(shù)據(jù)的置信值累加結(jié)果τ_m，并初始化為：τ_m＝0，m為回波信號W中每一個回波數(shù)據(jù)的編號。

步驟6，調(diào)整天線俯仰角度得到新的回波數(shù)據(jù)并進行位置補償。

為了實現(xiàn)多次掃描，并使天線俯仰角度在俯仰角度范圍[α₁,α₂]內(nèi)連續(xù)變化，需要調(diào)整天線俯仰角度，其步驟如下：

6.1)保持載機的飛行高度H和飛行速度V不變，根據(jù)步驟5將天線俯仰角度調(diào)整為α；

6.2)根據(jù)飛機航姿系統(tǒng)獲取機載氣象雷達掃描波束，得到第i次天線俯仰角度調(diào)整后的機載氣象雷達掃描波束的指向θ_i；

6.3)根據(jù)機載氣象雷達接收機接收數(shù)據(jù)獲取當前回波信號W_i，并保存；

6.4)根據(jù)H、V和θ_i這三個參數(shù)對W_i計算出第i次調(diào)整天線俯仰角度后的回波信號W_i中每一個回波數(shù)據(jù)相對于原始回波信息W中的每一個回波數(shù)據(jù)的位置變化量Δs，以對當前回波信號W_i進行補償，得到補償后的回波信號W_ii，該補償后的回波信號W_ii中每個回波數(shù)據(jù)與原始回波信號W中的每一個回波數(shù)據(jù)位置一一對應(yīng)；其中Δs：

步驟7，對原始回波信號W中每一個回波數(shù)據(jù)的置信值進行累加。

為了能夠判定原始回波信號W中每一個回波數(shù)據(jù)是否是地雜波，首先需要為原始回波信號W中的每一個回波數(shù)據(jù)設(shè)置一個置信值τ_im，通過多次掃描對τ_im進行累加得到置信值累加結(jié)果τ_m。其實現(xiàn)步驟如下：

7.1)獲取原始回波信號中每一個回波數(shù)據(jù)的置信值，即補償后的回波信號W_ii與原始回波信號W的每一個回波數(shù)據(jù)的強度值進行相減，根據(jù)相減結(jié)果和實際試驗測試確定的常數(shù)ξ計算原始回波信號W中每一個回波數(shù)據(jù)的置信值τ_im：

7.2)對原始回波信號W中每一個回波數(shù)據(jù)的置信值進行累加，即τ_m＝τ_m+τ_im。

步驟8，在天線俯仰角度范圍內(nèi)調(diào)整天線俯仰角。

為了使當前天線俯仰角度在俯仰角度范圍[α₁,α₂]內(nèi)，需保持載機的飛行高度H和飛行速度V不變，將天線的當前俯仰角度α與步驟3中計算的最大俯仰角度α2進行比較：

若α＜α₂，則將當前俯仰調(diào)節(jié)為α＝α₁+Δα，將計數(shù)器計為：i＝i+1，返回步驟6)；

若α＝α₂，則執(zhí)行步驟10；

步驟9，消除地雜波。

根據(jù)實際試驗測試數(shù)據(jù)設(shè)置置信度閥值φ,將原始回波信號中W的每一個回波數(shù)據(jù)的置信值累加結(jié)果τ_m與φ進行對比：若τ_m＜φ，則判定為氣象波；否則，為地雜波；

將地雜波從原始回波信號W中濾除，得到一組沒有地雜波的回波信號W′，并進行顯示；

步驟10，重復(fù)步驟1～步驟10，以實現(xiàn)對地雜波的自動抑制。