一种适用于多平台雷达的地物回波快速生成算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及雷达技术领域，尤其是一种适用于多平台雷达的地物回波快速生成算 法。
【背景技术】
[0002] 地物回波是雷达显示的重要数据，传统的雷达实装或模拟训练设备地物产生方法 生成的地物回波存在不能随雷达平台运动而变化，回波强度逼真度不高，产生回波的地域 受限等问题，严重影响了雷达操作人员能力的提升，也使雷达实装或模拟训练设备的适用 性大打折扣。
【发明内容】
[0003] 现有技术难以满足人们的生产生活需要，针对上述问题，本发明旨在提供一种适 用于多平台雷达的地物回波快速生成算法，基于地理高程数据，当迎着雷达波束的照射有 坡面时，就会有回波，坡度越大、坡的面积越大，回波越强。由于地理信息系统给出的是地理 方格坐标，坡度信息是相对于雷达波束照射方向的，因此，首先需要将地理方格上的高度信 息及坐标变换，变换成相对于雷达的极坐标，然后再在相对于雷达的射线上计算波度，根据 坡度再计算雷达反射面积，进而计算出回波强度。最后，从数据库中调出基础地物回波真实 数据，用计算的强度调制该数据并拼接成最终区域地物回波，送给雷达进行显示。
[0004] 为实现该技术目的，本发明采用的技术方案是：一种适用于多平台雷达的地物回 波快速生成算法：包括步骤一，高程信息的坐标转换；步骤二，相对雷达波束的坡度计算； 步骤三，地物杂波强度计算步骤；步骤四，地物显示步骤；
[0005] S1.在步骤一中：将电子地图高程数据由直角坐标系转换到极坐标系：将电子地 图高程数据以平台当前位置为中心，取aXa个数据点参与坐标变换，变换成极坐标的方位 角共计a/4个，距离单元为a/2个，坐标变换按照下式计算：
[0006]
[0007]
[0008] 其中ΛX和Λy为待变换的地理方格点相对于平台当前位置的坐标差；
[0009] S2.在步骤二中，计算极坐标系下的高程数据相对雷达波束的坡度：将每个距离 位置处的高程数据变换成坡度数据，每个距离位置的坡度即是该距离处地面相对于水平面 的夹角，对每个方位上的所有距离单元都需要计算其坡度值；其中，对一个方位的计算为： 高程小于等于0的坡度为0 ;在视距外的地物坡度为0 ;被前面的地物遮挡的地物坡度为0， 坡度计算公式为：
[0010]
[0011] 其中，Λh为相邻的两个距离单元的高程差，Λr为相邻的两个距离单元的距离；
[0012] S3.在步骤三中，根据所述坡度计算地物回坡强度；'其中巧=匕尸4< ' Gp为坡度位置回波信号经过前端的各级功率放大增益，Ls为发射支路和接收支路的损耗，
〃Pt为雷达发射的脉冲峰值功率，G为天线最大增益，λ为雷达中心工作波 长，。为坡度雷达截面积，R为坡度相对于雷达的距离，? = 〇〇Α，Α=^·即,Δ/?R为坡度位 2 置与雷达间的距离，θa为雷达波束的水平宽度角，Λh为该坡度位置处两个距离单元的高 程差；F为传播因子，La为大气衰减因子。
[0013]S4.在步骤四中，采用极坐标方式计算不同坡度位置的回波强度，将极坐标下不同 位置的回波强度映射成显示屏幕直角坐标下对应位置的灰度值，不同灰度值再进一步量化 成对应的颜色，以此来显示地物回波。
[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：该适用于多平台雷达的地物回波快速生 成算法，利用地理高程信息，通过相关算法快速计算出所需的雷达地物回波用于地物显示， 能够适用于舰载、岸基等多平台雷达，可用于雷达实装或模拟训练设备中，使雷达实装训练 装置快速产生逼真的并能被实装识别的地物回波，同时也可使雷达模拟训练设备自身生成 出与实际一致的地物回波。在显示区域范围、显示逼真度、显示快速度等方面与传统方法相 比有明显的提升。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明的高程信息由直角坐标变换到极坐标示意图；
[0016] 图2为本发明的高程信息坐标变换流程图；
[0017] 图3为本发明的高程变成程坡度的示意图；
[0018] 图4为本发明的坐标转换示意图。
【具体实施方式】
[0019] 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它 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0020] 请参阅说明书附图1~4,本发明实施例中，一种适用于多平台雷达的地物回波快 速生成算法：包括步骤一，高程信息的坐标转换；步骤二，相对雷达波束的坡度计算；步骤 三，地物杂波强度计算步骤；步骤四，地物显示步骤；
[0021] (一）高程信息的坐标转换
[0022] 为了减少运算量，考虑到地物杂波不需要很高的分辨率，这里首先将电子地图高 程数据的分辨率降低一倍，以平台当前位置为中心，经炜度各变换a/2个点，也就是说参与 坐标变换的点为aXa。变换成极坐标的方位角共计a/4个，距离单元确定为a/2个。坐标 变换按照下式计算：
[0023]
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[0025] 其中ΛX和Λy为待变换的地理方格点相对于平台当前位置的坐标差。在变换 时，为了避免频繁计算（1)和（2)式，须采用查表法进行计算。即事先计算好所有a个ΛX 和a个Λy对应的距离和方位结果，并将此结果量化成a/2个距离单元和a/4个方位单元。 当对某一地理方格进行坐标变换时，首先计算该点相对于平台的ΛX和Λy，然后由ΛX和 Λy的值直接查表，即可得到对应的方位和距离值，将该点的高程数据放入此方位、距离单 元，就完成了坐标变换。直角坐标到极坐标的变换如图1所示。
[0026] 编程时，可以先建立一个文件，存放的是aXa个由（1)、（2)计算的结果，对应的经 度和炜度分辨率是高程数据分辨率的两倍。程序初始化时，先将该文件数据调入一个全局 变量二维数组，该数组称为坐标变换表，行代表ΛX，列代表Λy，此二维数据留作查表进行 坐标变换。
[0027] 在具体进行坐标变换时，流程如图2所示：
[0028]根据平台的坐标（Xr，yr)，调取对应位置范围的高程图数据文件，并以便平台位置 为中心，每隔一个点抽取一个高程数据，存放在一个aXa数组内，然后开辟一个a/4Xa/2 的极坐标高程数组，a/4代表方位，a/2代表距离；
[0029] 取出高程数据内的每个高程数据，根据数据在数组中的位置，计算Λχ= (i-(a/2_l))X分辨距离，Λy= (j-(a/2_l))X分辨距离，其中i，j:〇-(a-l)。根据计算 出的ΛX和Λy，查坐标变换表，得到对应的方位和距离，并将高程数据放入极坐标高程数 组中的对应单元。
[0030](二）相对雷达波束的坡度计算
[0031]需要开辟一个与极坐标高程数组相同的数组，作为极坐标坡度数组。坡度数组内 的数据全部置0。参见图3所示的雷达波束照射某一方位上的地物情况，为简单起见，认为 雷达波束是水平的。此时，所有海平面的坡度为0,雷达处向远距离搜索，凡是负斜率的地 方，由于波束照射不到，可以认为坡度为0。凡是被前一个高峰（高度小于前一个极大值的） 遮挡的地方，由于波束照射不到，可以认为坡度为0。另外，对每个高程数据还要计算其是否 会由于地球曲率已经处于地平线以下了，如果在视距外，坡度也为0。变换后的坡度图如图 3所示。坡度计算的流程如下：
[0032] 高程数组与坡度数组完全对应，坡度计算是将每个距离处的高程数据变换成坡度 数据，某个距离位置的坡度即是该距离处地面相对于水平面的夹角。对每个方位上的所有 距离单元都需要计算其坡度值。以下流程是针对一个方位进行计算的。基本原则是：高程 小于等于〇的即海平面的坡度为〇 ;在视距外的地物坡度为〇 ;被前面的地物遮挡的地物坡 度为〇(这一步实际上是随距离变化的高程曲线的极大值，距离由近变远的过程中，找出每 一个波峰值）。坡度计算公式如（3)式所示。
[0033]
(3)
[0034] 其中，Λh为相邻的两个距离单元的高程差，Λr相邻距离单元代表的距离。
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