基于雙門限控制的機載氣象雷達地雜波抑制方法技術

一種基于雙門限控制的機載氣象雷達地雜波抑制方法，其包括以下步驟：1)從機載導航設備讀取慣導參數和無線電高度；2)利用先驗信息將雜波頻譜中心補償到零多普勒頻率附近，得到雜波區域和譜寬估計初值；3)計算每個距離單元的回波功率；4)利用極坐標質心法估計雜波譜中心和譜寬；5)根據回波功率設定控制因子；6)利用控制因子計算譜寬門限和幅度控制門限；7)計算每個距離單元的雜波區域中超過門限的多普勒通道數；8)利用超限通道數設計自適應凹口濾波器，實現濾除機載氣象雷達地雜波。本發明專利技術適于工作在風切變模式時機載氣象雷達地雜波抑制，方法簡單，雜波抑制效果好，能減小雜波抑制時對目標信號白化和雜波殘余對風切變信號影響。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于機載雷達地雜波抑制
，特別是涉及一種。
技術介紹
低空風切變是人們公認的在航空器起飛和著陸階段對飛行安全危害最大的天氣現象，微下擊暴流就是一種典型的低空風切變現象，其在徑向上具有輻散速度特征，且正負速度差達到lOm/s或以上，持續時間不超過10分鐘，此時的氣流猶如發生了的剪切運動一樣。當飛機遇上低空風切變時，往往由于飛行高度太低，因而缺乏足夠的空間進行調整而發生機毀人亡的嚴重事故。雖然目前裝機的機載氣象雷達已經具備前視風切變探測的功能，但是由于低空風切變具有發生突然、持續時間短、尺度小和不易檢測等特點，要實現有效的低空風切變檢測，仍有很多關鍵問題需要解決。 機載氣象雷達是飛機探測前方災害天氣，保障飛行安全運行的重要機載導航設備。當機載氣象雷達下視工作時，天線波束照射區內地面散射體的回波將通過天線進入接收機，由此形成地雜波。由于低空風切變通常發生在起飛和降落階段，此時飛機的高度低，探測的地面雜波區域面積較大，雜波強度遠大于目標信號強度，因此微弱的低空風切變信號常會淹沒在地雜波中。而且載機平臺的運動使得機載氣象雷達面臨著比地基氣象雷達更嚴重的地雜波環境，主要表現為主瓣雜波的頻移和整個雜波頻譜的展寬。這種由于載機平臺的運動和天線掃描等因素導致的主瓣雜波中心頻率發生多普勒頻移和主、副瓣雜波的頻譜展寬使得常規的地基氣象雷達雜波濾波方法難以直接應用到機載氣象雷達的探測工作中。機載氣象雷達探測的氣象目標是分布式的，然而機載相控陣火控或預警雷達等機載雷達，其重點研究的是點目標的檢測問題，故傳統的機載雜波抑制方法也難以直接應用在機載氣象雷達中。機載氣象雷達的地雜波抑制需要利用其本身的特點來進行，比如可以利用機載導航設備提供的慣導和無線電高度參數等?，F有的機載氣象雷達地雜波抑制技術存在計算復雜、雜波抑制效果受參考信號的影響較大和雜波殘余淹沒有用信號等技術難題。因此，在嚴重而復雜的機場動、靜地雜波背景下，研究風切變模式下的地雜波抑制技術，對于有效地檢測低空風切變信號和改善機載氣象雷達系統性能都具有十分重要的現實意義。
技術實現思路
為了解決上述問題，本專利技術的目的在于提供一種方法簡單，雜波抑制效果良好，能夠有效地減小雜波抑制時對目標信號的白化和雜波殘余對風切變信號影響的。為了達到上述目的，本專利技術提供的，包括按順序進行的下列步驟I)從作為機載導航設備的慣導系統和無線電高度表中讀取慣導參數和無線電高度數據作為先驗信息飛機高度和速度、機載氣象雷達掃描的俯角和方位角；2)利用機載導航設備提供的上述先驗信息將雜波頻譜中心補償到零多普勒頻率附近，并得到雜波區域和譜寬估計的初值；3)考慮機載氣象雷達波束照射的地面區域所對應的最大距離單元以內的雷達回波數據，計算每個距離單元的回波功率；4)采用極坐標質心法精確地估計每個距離單元的雜波譜中心頻率和譜寬；5)根據回波功率設定控制因子；6)利用控制因子計算譜寬門限和幅度控制門限；7)計算每個距離單元的雜波區域中超過門限的多普勒通道數； 8)利用超過門限的通道數設計自適應的凹口濾波器，即濾除機載氣象雷達的地雜波；9)重復步驟4) -8)，依次對范圍內的所有距離單元進行雜波抑制處理，并對雜波抑制后的回波信號進行風速估計及后續的風切變信號檢測步驟。所述的步驟4)中的極坐標質心法是在極坐標體系下利用譜線幅值對相應的頻率點進行加權。所述的步驟5)中根據回波功率設定控制因子的方法是以步驟3)中計算的每個距離單元的回波功率中功率強度的最小值作為參考值設定控制因子，即得到每個距離單元相對于最小回波功率所在單元回波強度的比例系數。所述的步驟6)中利用控制因子計算譜寬門限和幅度控制門限的方法是根據回波功率與地雜波信號強度的關系，利用上述控制因子調節譜寬門限，使得譜寬門限與雜波功率成正比，同時利用控制因子調節幅度控制門限，使得幅度控制門限與雜波功率成反比。所述的幅度控制門限是以每個距離單元的回波信號頻譜幅度的平均值作為參考值。所述的步驟8)中利用超限的通道數設計自適應的凹口濾波器的方法是根據上述譜寬門限和幅度控制門限，統計每個距離單元中譜寬門限內超過幅度控制門限的多普勒通道數，即利用雙門限設計自適應的凹口濾波器。所述的步驟9)中依次對范圍內的所有距離單元進行雜波抑制處理方法是考慮波束照射的地面區域所對應的最大距離單元以內的雷達回波數據，從最近的距離單元開始。本專利技術提供的具有如下優點和積極效果與現有技術相比，本專利技術方法利用了機載氣象雷達的回波中每個距離單元信號的回波功率控制譜寬，使得雜波較強的距離單元的譜寬門限相對較大，雜波較弱的距離單元的譜寬門限相對較小。同時，利用回波功率設定幅度控制門限值，通過統計每個距離單元超限區域的多普勒通道數，自適應地調整濾波器的凹口，以實現最大程度上濾除地雜波的目的。另外，本專利技術具有方法簡單，雜波抑制效果良好，能夠有效地減小雜波抑制時對目標信號的白化和雜波殘余對風切變信號的影響。附圖說明圖I為本專利技術提供的工作原理框圖；圖2為機載氣象雷達波束照射區域的雜波單元示意圖；圖3為本專利技術提供的流程圖；圖4為風切變模式下的機載氣象雷達回波頻譜圖；圖5為不同距離單元的自適應凹口濾波器的頻率響應；圖6為采用三種不同方法抑制雜波后的速度估計對比；圖7至圖9分別為上述三種不同方法抑制雜波后的風速估計偏差。具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本專利技術提供的進行詳細說明。如圖3所示，本專利技術提供的包括按順序進行的下列步驟I)從慣導系統和無線電高度表等機載導航設備中讀取慣導參數和無線電高度等數據作為先驗信息飛機高度h和速度V，機載氣象雷達掃描的俯角Ψ和方位角Θ。2)利用機載導航設備提供的上述先驗信息將雜波頻譜中心補償到零多普勒頻率附近，并得到雜波區域和譜寬估計的初值。機載氣象雷達下視工作時，波束照射區域的雜波單元如圖2所示。設定雷達發射波長為λ，天線方位向波束寬度為ΘΒ，雜波單元的俯仰角為Φ，飛機到雜波單元的距離為R，并有COS Ψ = COSCj5 COS Θ。主瓣雜波在分辨單元中的多普勒頻率為權利要求1.一種，其特征在于所述的抑制方法包括按順序進行的下列步驟 1)從作為機載導航設備的慣導系統和無線電高度表中讀取慣導參數和無線電高度數據作為先驗信息飛機高度和速度、機載氣象雷達掃描的俯角和方位角； 2)利用機載導航設備提供的上述先驗信息將雜波頻譜中心補償到零多普勒頻率附近，并得到雜波區域和譜寬估計的初值； 3)考慮機載氣象雷達波束照射的地面區域所對應的最大距離單元以內的雷達回波數據，計算每個距離單元的回波功率； 4)采用極坐標質心法精確地估計每個距離單元的雜波譜中心頻率和譜寬； 5)根據回波功率設定控制因子； 6)利用控制因子計算譜寬門限和幅度控制門限； 7)計算每個距離単元的雜波區域中超過門限的多普勒通道數； 8)利用超過門限的通道數設計自適應的凹ロ濾波器，即濾除機載氣象雷達的地雜波； 9)重復步驟4)-8)，依次對范圍內的所有距離單元進行雜波抑制處理，并對雜波抑制后的回波信號進行風速估計及后續的風切變信號檢測步驟。2.根據權利要求I所述的，其特征在于所述的步驟4)中的極坐標質心法是在極坐標體系下利用譜線幅值對相應的頻率點進行加權。3.根據權利要求I所述的，其特征在干所本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于雙門限控制的機載氣象雷達地雜波抑制方法，其特征在于：所述的抑制方法包括按順序進行的下列步驟：1)從作為機載導航設備的慣導系統和無線電高度表中讀取慣導參數和無線電高度數據作為先驗信息：飛機高度和速度、機載氣象雷達掃描的俯角和方位角；2)利用機載導航設備提供的上述先驗信息將雜波頻譜中心補償到零多普勒頻率附近，并得到雜波區域和譜寬估計的初值；3)考慮機載氣象雷達波束照射的地面區域所對應的最大距離單元以內的雷達回波數據，計算每個距離單元的回波功率；4)采用極坐標質心法精確地估計每個距離單元的雜波譜中心頻率和譜寬；5)根據回波功率設定控制因子；6)利用控制因子計算譜寬門限和幅度控制門限；7)計算每個距離單元的雜波區域中超過門限的多普勒通道數；8)利用超過門限的通道數設計自適應的凹口濾波器，即濾除機載氣象雷達的地雜波；9)重復步驟4)？8)，依次對范圍內的所有距離單元進行雜波抑制處理，并對雜波抑制后的回波信號進行風速估計及后續的風切變信號檢測步驟。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳仁彪，韓雁飛，李海，
申請(專利權)人：中國民航大學，
類型：發明
國別省市：