机载气象雷达旁瓣杂波抑制方法

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机载气象雷达旁瓣杂波抑制方法
申请号	CN202211282677.X	申请日	2022-10-19	公开(公告)号	CN115754911A	公开(公告)日	2023-03-07
申请人	中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所;			发明人	高霞; 陈娟; 耿三星;
摘要	本发明提供一种机载气象雷达旁瓣杂波抑制方法，包括：步骤一、采用相控阵天线，形成宽天线方向图和窄天线方向图，并使宽天线方向图和窄天线方向图能够分时切换；步骤二、根据载机飞行高度，飞行的大气环境与地面环境确定宽波束和窄波束的扫描角度；其中，窄波束进行气象探测，宽波束进行地形测绘；步骤三、根据扫描图形进行电磁波发射，并接收宽波束和窄波束的回波；步骤四、计算每个距离单元宽波束和窄波束的回波功率差，当宽波束回波与窄波束回波功率差满足设定条件，则扣除窄波束该距离单元回波；步骤五、重复执行步骤三和步骤四完成一个天线行扫描后，将窄波束回波转换为气象反射率并量化送显，将宽波束回波转换为地面反射率并量化送显。
权利要求	1.一种机载气象雷达旁瓣杂波抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、采用相控阵天线，形成宽天线方向图和窄天线方向图，并使宽天线方向图和窄天线方向图能够分时切换；步骤二、根据载机飞行高度，飞行的大气环境与地面环境确定宽波束和窄波束的扫描角度；其中，窄波束进行气象探测，宽波束进行地形测绘；步骤三、根据扫描图形进行电磁波发射，并接收宽波束和窄波束的回波；步骤四、计算每个距离单元宽波束和窄波束的回波功率差，当宽波束回波与窄波束回波功率差满足设定条件，则扣除窄波束该距离单元回波；步骤五、重复执行步骤三和步骤四完成一个天线行扫描后，将窄波束回波转换为气象反射率并量化送显，将宽波束回波转换为地面反射率并量化送显。 2.根据权利要求1所述的机载气象雷达旁瓣杂波抑制方法，其特征在于，所述步骤二具体为：通过公式和确定宽波束和窄波束的扫描角度，其中，Hp为飞行高度，H0为大气零度高度，Hg为平均地高，RD为显示量程。 3.根据权利要求2所述的机载气象雷达旁瓣杂波抑制方法，其特征在于，所述步骤三具体为：采用双波束协同进行方位扫描，在每个方位线，首先进行窄波束电磁波发射，接收到的回波采样记为S0(nr)，而后进行宽波束电磁波发射，接收到的回波采样记为S1(nr)，其中，nr为距离门编号。 4.根据权利要求3所述的机载气象雷达旁瓣杂波抑制方法，其特征在于，所述步骤四包括：将S0(nr)与S1(nr)逐个距离门数据进行比较，根据S0(nr)与S1(nr)功率差异进行旁瓣杂波识别。 5.根据权利要求4所述的机载气象雷达旁瓣杂波抑制方法，其特征在于，所述步骤四具体为：步骤4.1、通过公式计算第nr距离门相对于飞机的角度；步骤4.2、通过公式计算宽窄波束主瓣回波与旁瓣回波理论回波差；步骤4.3、通过公式Pdif_S_dB＝20log10(S0(nr)‑S1(nr))计算宽窄波束主瓣回波与旁瓣回波实际回波差。步骤4.4：当同时满足abs(Pdif_S_dB‑Psdif_dB)＞T1和abs(Pdif_S_dB‑Psdif_dB)＜T2时，则识别为旁瓣回波。
说明书全文	机载气象雷达旁瓣杂波抑制方法技术领域 [0001] 本发明涉及雷达技术领域，具体涉及一种机载气象雷达旁瓣杂波抑制方法。背景技术 [0002] 当飞机飞行高度较低或飞行区域在城市等高后向散射区域时，雷达画面可能会出现旁瓣杂波，旁瓣杂波通常包括高度线杂波以及其他旁瓣杂波，高度线杂波时由于天线旁瓣垂直照射飞机下方，通常为圆弧状回波，位置与载机离地高度有关，高度杂波出现为位置的可以根据飞机飞行的高度与飞行位置地面高度进行预估，其他旁瓣杂波可以是波束旁瓣直接照射地面强反射率区或在雷达罩内二次反射得到，因此很能难精确判断其具体出现位置，目前机载气象雷达产品没有旁瓣抑制功能，旁瓣杂波的出现很容易与气象回波混淆，对飞行员形成干扰。发明内容 [0003] 有鉴于此，本说明书实施例提供一种机载气象雷达旁瓣杂波抑制方法，以达到降低旁瓣杂波对飞行的影响。 [0004] 本说明书实施例提供以下技术方案：一种机载气象雷达旁瓣杂波抑制方法，包括以下步骤：步骤一、采用相控阵天线，形成宽天线方向图和窄天线方向图，并使宽天线方向图和窄天线方向图能够分时切换；步骤二、根据载机飞行高度，飞行的大气环境与地面环境确定宽波束和窄波束的扫描角度；其中，窄波束进行气象探测，宽波束进行地形测绘；步骤三、根据扫描图形进行电磁波发射，并接收宽波束和窄波束的回波；步骤四、计算每个距离单元宽波束和窄波束的回波功率差，当宽波束回波与窄波束回波功率差满足设定条件，则扣除窄波束该距离单元回波；步骤五、重复执行步骤三和步骤四完成一个天线行扫描后，将窄波束回波转换为气象反射率并量化送显，将宽波束回波转换为地面反射率并量化送显。 [0005] 进一步地，步骤二具体为：通过公式和确定宽波束和窄波束的扫描角度，其中，Hp为飞行高度，H0为大气零度高度，Hg为平均地高，RD为显示量程。 [0006] 进一步地，步骤三具体为：采用双波束协同进行方位扫描，在每个方位线，首先进行窄波束电磁波发射，接收到的回波采样记为S0(nr)，而后进行宽波束电磁波发射，接收到的回波采样记为S1(nr)，其中，nr为距离门编号。 [0007] 进一步地，步骤四包括：将S0(nr)与S1(nr)逐个距离门数据进行比较，根据S0(nr)与S1(nr)功率差异进行旁瓣杂波识别。 [0008] 进一步地，步骤四具体为： [0009] 步骤4.1、通过公式计算第nr距离门相对于飞机的角度； [0010] 步骤4.2、通过公式计算宽窄波束主瓣回波与旁瓣回波理论回波差； [0011] 步骤4.3、通过公式Pdif_S_dB＝20log10(S0(nr)‑S1(nr))计算宽窄波束主瓣回波与旁瓣回波实际回波差。 [0012] 步骤4.4：当同时满足abs(Pdif_S_dB‑Pmdif_dB)＞T1和abs(Pdif_S_dB‑Psdif_dB)＜T2时，则识别为旁瓣回波。 [0013] 与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：将机载气象雷达气象探测与地形探测进行复合，既保证了对载机前方大范围内气象、地形态势感知，又实现了对旁瓣杂波的抑制，可进一步提高飞行安全，减少不必要的偏航。附图说明 [0014] 为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。 [0015] 图1是本发明实施例的流程示意图； [0016] 图2是本发明实施例中宽窄两种天线方向图； [0017] 图3是本发明实施例的旁瓣抑制前气象显示图； [0018] 图4是本发明实施例的旁瓣抑制后气象显示图； [0019] 图5是本发明实施例的地面显示图。具体实施方式 [0020] 下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。 [0021] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。 [0022] 如图1至图5所示，本发明实施例提供了一种机载气象雷达旁瓣杂波抑制方法，包括： [0023] 1、采用了相控阵天线，调整TR组件的相位与功率，形成宽窄两者波束。窄波束方向图主波束3dB宽度Bw0，主瓣增益Fm0，平均旁瓣增益Fs0；宽波束方向图主波束3dB宽度Bw1，主瓣增益Fm1。 [0024] 其中，窄波束为笔状波束，宽波束可采用余割等波束形状等任意满足以下条件的波束形状。宽波束3dB波束宽度不小于40度；宽波束主瓣增益Fm1小于窄波束主瓣增益Fm0至少3dB；宽波束主瓣增益Fm1大于窄波束平均旁瓣增益Fs0至少10dB。 [0025] 2、根据载机高度与地形高度确定宽窄波束的俯仰角，窄波束天线俯仰角E0，宽波束波束天线俯仰角E1，计算方法如下： [0026] [0027] [0028] 其中，Hp为飞行高度，H0为大气零度高度，Hg为平均地高，RD为显示量程。 [0029] 3、双波束协同进行方位扫描，从‑AZ扫描到+AZ，在每个方位线，首先进行窄波束电磁波发射，接收到的回波采样记为S0(nr)，而后进行宽波束电磁波发射，接收到的回波采样记为S1(nr)，nr为距离门编号，nr＝1：Nr。气象探测效果如图3。 [0030] 4、将S0与S1逐个距离门数据进行比较，第nr距离门的距离记为Rnr，根据S0与S1功率差异进行旁瓣杂波识别。 [0031] 1)计算第nr距离门的稳定系角度： [0032] [0033] 2)计算宽窄波束主瓣回波与旁瓣回波理论值： [0034] Pmdif_dB＝(Fm0(Elnr‑E0)‑Fm1(Elnr‑E1))2 [0035] Psdif_dB＝(Fs0‑Fm1(Elnr‑E1))2； [0036] 3)计算实际回波差异： [0037] Pdif_S_dB＝20log10(S0(nr)‑S1(nr))； [0038] 4)旁瓣识别： [0039] 如果abs(Pdif_S_dB‑Pmdif_dB)>T1； [0040] 且abs(Pdif_S_dB‑Psdif_dB) [0041] 其中，TI与T2为误差容限值，一般不大于6dB，则判定第nr距离门回波为旁瓣回波，将S0(nr)设置为0，扣除该旁瓣杂波回波。 [0042] 5、分别对S0和S1进行气象处理与地形测绘处理，完成一个天线方位扫描后，进行量化后送显，实现气象探测与地形测绘画面显示，如图4和图5。 [0043] 本发明针对机载气象雷达旁瓣杂波识别困难，机载气象雷达产品不具备旁瓣杂波抑制功能的问题，提出了一种机载气象雷达旁瓣杂波抑制方法，利用相控阵天线的波束赋型能力，采用宽窄波束联合探测实现对旁瓣杂波的抑制，并能够同时实现对气象与地形的显示，降低了旁瓣杂波引起的气象虚警，提高了机载气象雷达的气象与地形感知探测效率，可进一步提高飞行安全，可应用于军用和民用机载气象雷达领域，具有良好的市场应用前景。 [0044] 以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。