基于DEM和DLCD的机载PD雷达高保真非均匀地杂波仿真方法技术

一种基于DEM和DLCD的机载PD雷达高保真非均匀地杂波仿真方法。其包括截取DEM数据和DLCD；计算斜距、方位角、俯仰角、擦地角；根据擦地角和斜距对地表散射点进行遮蔽处理；确定地貌类型，分类匹配相应的后向散射系数模型；计算机载PD雷达作用范围内各地表散射点的后向散射系数，并将斜距、方位角和俯仰角以及后向散射系数代入Ward模型，由此实现地杂波仿真等步骤。本发明专利技术针对高保真非均匀地杂波仿真问题，在DEM数据的基础上引入了DLCD，利用DLCD中的地貌类型信息匹配不同的后向散射模型计算后向散射系数，并结合Ward地杂波模型实现了机载PD雷达高保真非均匀地杂波仿真，提高了仿真地杂波的准确性和真实性。

【技术实现步骤摘要】
基于DEM和DLCD的机载PD雷达高保真非均匀地杂波仿真方法
本专利技术属于机载脉冲多普勒(PD)雷达非均匀地杂波仿真
，特别是涉及一种基于数字高程模型(DEM)和数字地表分类数据(DLCD)的机载PD雷达高保真非均匀地杂波仿真方法。
技术介绍
与地基雷达相比，机载雷达具有良好的视野和机动性，较强的生存能力，能够发现超低空飞行目标和地面运动目标。当机载PD雷达工作在下视模式时，有用信号会被强地杂波覆盖，因此地杂波的抑制效果将直接影响目标检测和参数估计的性能。当前，机载雷达地杂波抑制主要采用自适应处理技术，建立在均匀杂波基础上的自适应处理技术需要满足RMB准则来估计杂波协方差矩阵，但机载雷达往往工作在非均匀杂波环境中，导致无法获得足够的独立同分布(IndependentandIdenticallyDistributed，IID)训练样本来估计杂波协方差矩阵，从而严重影响了机载雷达的杂波抑制性能。在这种情况下，2002年美国国防高级研究计划署(DefenseAdvancedResearchProjectsAgency,DARPA)启动了“知识辅助的传感器信号处理和专家咨询计划(KnowledgeAidedSensorSignalProcessingandExpertReasoning,KASSPER)”，研究利用先验地理信息提升雷达目标检测和参数估计的性能，然而在实际测量中，为了获得含有丰富先验信息的实采地杂波数据，需要耗费大量的人力和物力，所需成本过高。因此，构建符合真实地理环境的高保真非均匀地杂波模型，对于研究提升机载PD雷达在非均匀地杂波环境下的目标检测和参数估计性能具有十分重要的意义。根据地杂波仿真过程中是否引入实际场景的地理信息，可以将地杂波仿真分为基于统计模型的地杂波仿真和地理信息辅助的地杂波仿真。其中，基于统计模型的地杂波仿真假设雷达作用区域为平面，不考虑实际复杂多变的地形和地理地貌特征，多用于实现满足一定概率分布的均匀地杂波仿真。地理信息辅助的地杂波仿真利用实际的地面场景信息(如DEM数据，DLCD等)计算杂波单元的后向散射系数，用于仿真非均匀地杂波，可以为机载PD雷达提供有效的先验地理信息，进而更好地验证地杂波抑制算法的性能。围绕地理信息辅助的非均匀地杂波建模，研究者开展了大量的研究。范国忠等人提出了一种自然场景的机载PD雷达地杂波仿真方法，从DEM数据出发，对各单元进行遮蔽判断，并利用PD雷达的回波信号模型仿真地杂波。洪丽娜同样利用DEM数据确定杂波散射单元后向散射系数，并计算雷达散射截面积，实现了单一地貌的地杂波仿真。DLHellard等人利用数字地形和地物信息计算镜面反射系数，并根据镜面反射系数计算特定场景的雷达散射截面，最后结合雷达方程实现地杂波仿真。KurekinA等人提出利用多模式遥感影像和数字地形数据生成陆基雷达特定杂波图的新方法，该方法基于陆基雷达构建后向散射系数模型，不适合描述机载雷达地杂波特性。饶妮妮等人针对机载认知雷达，提出了一种基于数字高程模型数据的机载认知雷达地杂波建模方法，该方法充分利用DEM数据提取地形因子，并结合地理地貌学理论构建地杂波，具有一定的实际价值。上述方法将先验地理信息数据融合到地杂波仿真中，取得了较为真实的地杂波仿真结果，但上述方法采用的后向散射系数模型较为简单，并且仅从DEM数据中计算地形因子确定地貌类型，数据分辨率不高，地貌分类比较粗糙，不能很好地对非均匀的真实地形进行高保真拟合。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于DEM和DLCD的机载PD雷达高保真非均匀地杂波仿真方法。为了达到上述目的，本专利技术提供的基于DEM和DLCD的机载PD雷达高保真非均匀地杂波仿真方法包括按顺序进行的下列步骤：1)截取仿真所用的DEM数据和DLCD；2)利用DEM数据提取高程值，并计算每个地表散射点相对于载机的斜距、方位角、俯仰角、擦地角在内的信息；3)根据步骤2)获得的擦地角和斜距信息对地表散射点进行遮蔽处理，去除对机载PD雷达回波无贡献的地表散射点：4)通过DLCD读取各地表散射点的地表地貌分类码，确定其地貌类型，并分类匹配相应的后向散射系数模型：5)根据步骤4)确定的后向散射系数模型以及步骤2)获得的各地表散射点的擦地角计算出机载PD雷达作用范围内各地表散射点的后向散射系数，并将步骤2)获得的各地表散射点相对于载机的斜距、方位角和俯仰角以及后向散射系数代入Ward模型，由此实现高保真的非均匀地杂波仿真。在步骤1)中，所述的DEM数据采用先进星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型数据；DLCD采用美国地质勘探局的国家土地覆盖数据。在步骤2)中，所述的利用DEM数据提取高程值，并计算每个地表散射点相对于载机的斜距、方位角、俯仰角、擦地角在内的信息的方法是：通过设定载机位置坐标，并根据机载PD雷达作用范围内各地表散射点与载机的位置关系计算出斜距、方位角、俯仰角和擦地角在内的信息。在步骤3)中，所述的对地表散射点进行遮蔽处理的方法是：将机载PD雷达工作在下视模式时，在其探测范围内由于地形起伏而无法被照射到的地表散射点的擦地角置零，由此剔除掉存在遮蔽的地表散射点。在步骤4)中，所述的通过DLCD读取各地表散射点的地表地貌分类码，确定其地貌类型，并分类匹配相应的后向散射系数模型的方法是：针对DLCD中多样的地貌划分类型，采用修正的Morchin模型、Morchin模型和γ-f模型分别匹配路面自然地貌、水面地貌和城市地貌。在步骤5)中，所述的根据步骤4)确定的后向散射系数模型以及步骤2)获得的各地表散射点的擦地角计算出机载PD雷达作用范围内各地表散射点的后向散射系数，并将步骤2)获得的各地表散射点相对于载机的斜距、方位角和俯仰角以及上述后向散射系数代入Ward模型，由此实现高保真的非均匀地杂波仿真的方法是：根据步骤4)确定的各地表散射点的地貌类型，将步骤2)中获得的各地表散射点的擦地角分别带入到步骤4)中匹配的各模型公式中，进而计算得到各地表散射点的后向散射系数；然后将各地表散射点的斜距、方位角、俯仰角和上述后向散射系数带入Ward模型中，得到高保真的非均匀地杂波仿真。本专利技术提供的基于DEM和DLCD的机载PD雷达高保真非均匀地杂波仿真方法是在DEM数据的基础上引入了DLCD，利用DLCD中的地貌类型信息匹配不同的后向散射模型计算后向散射系数，并结合Ward地杂波模型实现了机载PD雷达高保真非均匀地杂波仿真。本专利技术所提方法由于融合了DLCD，使地貌类型划分更加丰富，同时基于地貌类型分类匹配不同的后向散射系数模型，大大提高了仿真地杂波的准确性和真实性。附图说明图1为本专利技术提供的基于DEM和DLCD的机载PD雷达高保真非均匀地杂波仿真方法的实现框图；图2为机载PD雷达地杂波模型；图3为基于DEM和DLCD的地理信息处理流程图；图4为截取的DEM和DLCD数据的原始图；图5为载机位置设定及机载PD雷达作用范围内高程值显示图；图6为地表散射点相关信息；图7为擦地角计算及遮蔽处理；图8为后向散射系数对比图；图9为谷歌地图匹配结果；图10为杂波功率谱对比图；图11为距离多普勒谱对比图；图12为地杂波空时二维谱。具体实施方式下面结合附图和具体实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于DEM和DLCD的机载PD雷达高保真非均匀地杂波仿真方法，其特征在于：所述的基于DEM和DLCD的机载PD雷达高保真非均匀地杂波仿真方法包括按顺序进行的下列步骤：1)截取仿真所用的DEM数据和DLCD；2)利用DEM数据提取高程值，并计算每个地表散射点相对于载机的斜距、方位角、俯仰角、擦地角在内的信息；3)根据步骤2)获得的擦地角和斜距信息对地表散射点进行遮蔽处理，去除对机载PD雷达回波无贡献的地表散射点：4)通过DLCD读取各地表散射点的地表地貌分类码，确定其地貌类型，并分类匹配相应的后向散射系数模型：5)根据步骤4)确定的后向散射系数模型以及步骤2)获得的各地表散射点的擦地角计算出机载PD雷达作用范围内各地表散射点的后向散射系数，并将步骤2)获得的各地表散射点相对于载机的斜距、方位角和俯仰角以及后向散射系数代入Ward模型，由此实现高保真的非均匀地杂波仿真。

【技术特征摘要】
1.一种基于DEM和DLCD的机载PD雷达高保真非均匀地杂波仿真方法，其特征在于：所述的基于DEM和DLCD的机载PD雷达高保真非均匀地杂波仿真方法包括按顺序进行的下列步骤：1)截取仿真所用的DEM数据和DLCD；2)利用DEM数据提取高程值，并计算每个地表散射点相对于载机的斜距、方位角、俯仰角、擦地角在内的信息；3)根据步骤2)获得的擦地角和斜距信息对地表散射点进行遮蔽处理，去除对机载PD雷达回波无贡献的地表散射点：4)通过DLCD读取各地表散射点的地表地貌分类码，确定其地貌类型，并分类匹配相应的后向散射系数模型：5)根据步骤4)确定的后向散射系数模型以及步骤2)获得的各地表散射点的擦地角计算出机载PD雷达作用范围内各地表散射点的后向散射系数，并将步骤2)获得的各地表散射点相对于载机的斜距、方位角和俯仰角以及后向散射系数代入Ward模型，由此实现高保真的非均匀地杂波仿真。2.根据权利要求1所述的基于DEM和DLCD的机载PD雷达高保真非均匀地杂波仿真方法，其特征在于：在步骤1)中，所述的DEM数据采用先进星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型数据；DLCD采用美国地质勘探局的国家土地覆盖数据。3.根据权利要求1所述的基于DEM和DLCD的机载PD雷达高保真非均匀地杂波仿真方法，其特征在于：在步骤2)中，所述的利用DEM数据提取高程值，并计算每个地表散射点相对于载机的斜距、方位角、俯仰角、擦地角在内的信息的方法是：通过设定载机位置坐标，并根据机载PD雷达作用范围内各地表散射点与载机的位置关系计算出斜距、方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海，王杰，范懿，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：天津,12