起伏地形背景下雷达高度表的地形反演方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109358325A(43)申请公布日2019.02.19(21)申请号201811489760.8(22)申请日2018.12.06(71)申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市雁塔区太白南路2号(72)发明人杨志伟李相海雷赫黄帅张攀(74)专利代理机构陕西电子工业专利中心61205代理人田文英王品华(51)Int.Cl.G01S13/88(2006.01)G01S7/41(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图5页(54)发明名称起伏地形背景下雷达高度表的地形反演方法(57)摘要一种起伏地形背景下雷达高度表的地形反演方法，其步骤为：获取雷达回波差拍信号；获取回波差拍信号的频谱；检测差拍频谱前沿；获得差拍频谱前沿所对应散射点的多普勒频率；获取多普勒频率差值；判断多普勒频率差值是否小于傅里叶频谱分辨率，若是，则计算平坦地形背景下飞行器的飞行高度，输出飞行器的飞行高度和地形特征；否则，提取多组超分辨谱峰；超分辨谱峰配对；反演地形起伏特征；输出飞行器的飞行高度和地形特征。本发明通过提取多组超分辨谱峰，用最小方差频谱配对法做频谱配对后，得到多个散射点的距离和多普勒频率，反演地形起伏特征。本发明可用于起伏地形背景下低高度飞行器的精确测高和地形起伏特征反演。CN109358325ACN109358325A权利要求书1/3页1.一种起伏地形背景下雷达高度表的地形反演方法，其特征在于，提取多组超分辨谱峰，采用最小方差频谱配对法，对正负调频周期的超分辨频谱的谱峰进行配对，反演地形起伏特征，该方法的步骤包括如下：(1)获取雷达回波差拍信号：从飞行器上的高度表雷达的接收机中，读取接收机在一个高度表雷达发射信号的正负调频周期内采样的回波差拍信号；(2)获取回波差拍信号的频谱：将回波差拍信号数据复制一组，并行处理两组数据，对原数据做快速傅里叶变换，得到回波差拍信号数据的傅里叶频谱，对复制数据做Capon超分辨频谱，得到回波差拍信号数据的超分辨频谱；(3)检测差拍频谱前沿：利用自适应门限检测方法，分别对一个正负调频周期的傅里叶频谱进行频谱门限检测，得到多个超过门限的傅里叶频谱的谱峰；(4)获得差拍频谱前沿所对应散射点的多普勒频率：用负调频周期的频谱前沿频率值减去正调频周期的频谱前沿频率值，将差值除以2的值作为差拍频谱前沿所对应散射点的多普勒频率；(5)获取多普勒频率差值：(5a)利用多普勒频率计算公式，计算飞行器上的高度表雷达天线正下方散射点的多普勒频率；(5b)用差拍频谱前沿所对应散射点的多普勒频率，减去飞行器上的高度表雷达天线正下方散射点的多普勒频率，将其差值取绝对值，作为多普勒频率差值；(6)判断多普勒频率差值是否小于傅里叶频谱分辨率，若是，则执行步骤(7)；否则，执行步骤(8)；(7)按照下式，计算平坦地形背景下飞行器的飞行高度后，执行步骤(11)：其中，H表示在平坦地形背景下飞行器的飞行高度，c表示光速，T表示飞行器上的高度表雷达发射信号的一个正负调频周期，B表示飞行器上高度表雷达的工作带宽，fb-表示负调频周期的频谱前沿，其值为负调频周期中傅里叶频谱的第一个谱峰的频率值，fb+表示正调频周期的差拍频谱前沿，其值为正调频周期中傅里叶频谱的第一个谱峰的频率值；(8)提取多组超分辨谱峰：利用自适应门限检测方法，分别对正、负调频周期的超分辨频谱进行频谱门限检测，得到正负调频周期的超分辨频谱的多组频率从小到大的谱峰；(9)超分辨谱峰配对：采用最小方差频谱配对法，对正负调频周期的超分辨频谱的谱峰进行配对，得到差拍频率对；(10)反演地形起伏特征：(10a)利用调频连续波雷达的距离计算公式，计算每一个经过配对的谱峰所对应的散射点的距离；2CN109358325A权利要求书2/3页(10b)用每个差拍频率对中的第二个频率值减去第一个频率值，将其差值除以二的值，作为散射点的多普勒频率；(10c)找出各散射点的多普勒频率中，最接近飞行器上的高度表雷达天线正下方散射点的多普勒频率fu的值的序号，将该序号对应的散射点的距离值，作为起伏地形背景下飞行器的飞行高度；(10d)按照下式，计算每个散射点相对于地面的高度：其中，hk表示第k个散射点相对于地面的高度，表示起伏地形背景下飞行器的飞行高度，cos表示余弦函数，θk表示第k个散射点相对于飞行器上的高度表雷达天线的俯仰角；(10e)用飞行器在起伏地形背景下的飞行高度减去每个散射点相对于地面的高度，得到散射点相对于飞行器上的高度表雷达天线的垂直距离：(10f)按照下式，计算每个散射点沿飞行方向的水平距离：lk＝Rksinθk其中，lk表示第k个散射点沿飞行方向的水平距离，sin表示正弦函数；(10g)用高度等于散射点相对于地