基于DEM数据生成仿真机载火控雷达对地测绘图像方法技术

本发明专利技术公开的基于DEM数据生成仿真机载火控雷达对地测绘图像方法，包括如下步骤：读取tiff格式的DEM数据，计算载机的经纬度值对应DEM数据高程矩阵中的下标位置；确定雷达波束覆盖起始距离和结束距离；构造二维数据采样指示矩阵和灰度数据矩阵；计算数据采样指示矩阵中每个元素所代表的实际地理区域范围，根据区域范围在DEM数据中截取相对应的DEM数据子块，之后对每一个DEM数据子块进行对地测绘成像仿真处理，并将成像仿真结果存储到相同下标位置的灰度数据矩阵元素中；最后利用灰度数据矩阵计算生成对地测绘图像。本发明专利技术能够实现根据战斗机的飞行轨迹，随着雷达波束扫描，实时的生成飞机前方的二维大面积测绘图像信息。成飞机前方的二维大面积测绘图像信息。成飞机前方的二维大面积测绘图像信息。

【技术实现步骤摘要】
基于DEM数据生成仿真机载火控雷达对地测绘图像方法


[0001]本专利技术涉及机载火控雷达对地大面积测绘
，具体涉及基于DEM数据生成仿真机载火控雷达对地测绘图像方法。

技术介绍

[0002]机载火控雷达的对地大面积测绘成像功能，用于实现载机前方大范围区域（可达几百公里范围）的地面场景的二维成像处理。它有两种方式，一种是实波束地图测绘（Real Beam Mapping，RBM），另外一种是多普勒波束锐化（Doppler Beam Sharpening，DBS）。RBM模式直接用雷达接收到的回波信号强度来绘制地面的二维图像，方位分辨率接近于实际的雷达波束宽度；DBS模式利用波束内不同角度地块会产生不同的多普勒频率这个基本原理，将真实波束的角度进一步细分（即所谓锐化），从而可以获得更高分辨率的地图，用来准确地确认地面导航标志和分辨地面目标。目前，在机载雷达里应用的多普勒锐化技术，其锐化比通常可做到16~64。
[0003]飞行员在对地面目标的准确识别过程中需要借助于机载火控雷达的地图测绘功能，与自动驾驶仪和其他系统一起，经过反复的训练才能达到快、狠、准的效果。然而，实装训练由于成本高、效率低、受空域和天气等环境因素的制约，实施难度较大，不便于经常性、多批次开展，借助仿真雷达进行模拟训练是解决这个问题的理想途径。因此，开展雷达对地大面积测绘图像仿真系统的分析和研究具有非常重要的意义。
[0004]国内对地成像的仿真主要集中在对合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）成像的仿真，这是因为SAR成像的分辨率高、难度大，但是这些研究主要用于SAR系统设计、性能分析和评估等方面。相对于SAR成像，RBM和DBS成像的原理不复杂，对RBM和DBS图像的仿真具有计算量大、实时性要求高的特点，仿真实现难度大，国内针对RBM和DBS图像的模拟训练使用的研究相对较少，对RBM和DBS的仿真主要还是依靠成熟的商用软件二次开发来完成的。市场上用于模拟训练的商用雷达成像仿真软件多是国外产品，如美国Camber公司的雷达模拟软件Radar Toolkit，法国OKTAL
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SE公司推出的专业工具包SE
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Workbench
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RF等，但它们在国内不仅价格昂贵、难购买，而且在功能上还受到限制，不便于结合我国的实际训练的需要开展仿真。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供基于DEM数据快速实时的生成仿真机载火控雷达对地测绘图像方法，能够实现根据飞行轨迹，随着雷达波束扫描，实时的生成飞机前方的二维大面积测绘图像信息。
[0006]技术方案：本专利技术所述基于DEM数据快速实时的生成仿真机载火控雷达对地测绘图像方法，包括如下步骤：S1：读取tiff格式的DEM数据，计算载机的经纬度值对应DEM数据高程矩阵中的下标位置；S2：根据载机的高度、雷达波束俯仰中心角度和俯仰波束宽度，确定雷达波束覆盖起始距离和结束距离；S3：构造二维数据采样指示矩阵GM，二维数据采样指
示矩阵GM中每个元素表示的是在极坐标系下一个空间地理坐标值，其两维空间地理分辨率由方位分辨率和距离分辨率来表征；S4：计算数据采样指示矩阵GM中每个元素所代表的实际地理区域范围，根据区域范围在DEM数据中的覆盖范围截取相对应的DEM数据子块，之后对每一个DEM数据子块进行对地测绘成像仿真处理，并将成像仿真结果存储到相同下标位置的灰度数据矩阵元素中；S5：利用灰度数据矩阵计算图像仿真生成对地测绘图像。
[0007]进一步完善上述技术方案，所述步骤S1中处理过程如下：设载机的经纬度值为，DEM数据的分辨率为，DEM数据的经纬度范围值为，则载机的经纬度值对应DEM数据高程矩阵下标值为：，其中是上取整运算。
[0008]进一步地，所述步骤S2中处理过程如下：设载机的高度为，雷达波束俯仰中心角度为、，俯仰波束宽度为，则雷达波束覆盖起始距离为：；雷达波束覆盖的结束距离为：；若，则取最大量程距离。
[0009]进一步地，所述步骤S3包括：S31、方位分辨率值取雷达实际波束宽度的1/64，距离分辨率值根据载机最大量程和最终图像输出的像素点数来计算，；S32、最终生成数据采样指示矩阵GM的阶数为， 是距离维采样点数，是方位维采样点数，，，是对地测绘时的方位扫描宽度范围。
[0010]进一步地，所述步骤S4包括：S41、计算数据采样指示矩阵中下标为的元素在DEM数据中所占的数据子块，数据采样指示矩阵中下标为的元素相对于载机所在的位置的方位角度为：，其中是方位扫描起始和结束范围角度，；在方位角度为的射线方向上，下标为的元素占据DEM数据高程矩阵中的高程点个数为：，其中是高程图单个高程点的距离分辨率，是数据采样指示矩阵的距离分辨率值；相对于载机所处的DEM数据坐标位置，该元素的距离维在DEM数据高程矩阵中所对应的下标起始值和终止值分别为：，
S42、获取数据采样指示矩阵中下标为的元素所占的DEM数据，设载机在DEM数据中的下标位置为，在DEM数据中，抽取相对于处，间距为、方位角为的高程点以及左右相邻的两个高程点的高度信息，构造DEM截取子块数据矩阵，为的矩阵：，，，，其中，；S43、通过DEM截取子块数据矩阵进行对地测绘成像仿真处理，并将成像仿真结果存储到灰度数据矩阵中下标为的元素中，针对DEM截取子块数据矩阵开展地对地测绘成像仿真处理的最终灰度值计算公式为：；其中，是事先设定好的最大灰度值，为归一化的RCS系数。
[0011]进一步地，所述步骤S43包括：S431、采用修正的Morchin模型计算地面回波的RCS系数，其数学表达式如下：，其中，为地形单元擦地角，，为波长，，，是雷达的工作频率，当地貌类型为沙漠且当时，，对于其他地貌类型，，、、、是常量；S432、定义天顶角为，是测绘成像时雷达波束在惯性坐标系下的俯仰角，满足关系，是坡度角，是地形单元擦地角；当时，地面有回波信号，雷达图像上有图像，当时，地面无回波信号，雷达图像上出现阴影；S433、编号为的高程点，其灰度值为，其中是由号高程点和号高程点所决定的地形单元擦地角计算出的灰度值，是由号高程点和号高程点所决定的地形单元擦地角计算出的灰度值，其中其中
是DEM截取子块数据矩阵中相邻高程点的间距，对于第0号高程点，；对于最后一个高程点，，、、分别是号、号、号高程点的高度；S434、截取子块数据矩阵第二列中下标为的高程点，通过与的高程点进行比较，判断出的高程点是否有被遮挡，对于每个点，采用迭代计算，确定该点是否被前方的高点给遮挡了，迭代计算过程如下：设编号为的高程点，其高度为，遮挡高度为，对于第0号高程点，初始化；若，则号高程点被遮挡，亮度为0，新的遮挡高度为；若，则号高程点没遮挡，新的遮挡高度为，是天顶角；若第号高程点被遮挡，则其灰度值取为0，若没被遮挡，其灰度值取的计算结果，；S435、灰度数据矩阵中元素的灰度值取数据矩阵中第二列所有元素地测绘成像仿真处理结果的灰度值均值。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于DEM数据生成仿真机载火控雷达对地测绘图像方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：读取tiff格式的DEM数据，计算载机的经纬度值对应DEM数据中高程矩阵的下标位置；S2：根据载机的高度、雷达波束俯仰中心角度和俯仰波束宽度，确定雷达波束覆盖起始距离和结束距离；S3：构造二维数据采样指示矩阵GM以及与其相同阶数的灰度数据矩阵，二维数据采样指示矩阵GM中每个元素表示为在极坐标系下的一个空间地理坐标值，该空间地理坐标值的两维空间地理分辨率由方位分辨率和距离分辨率表征；S4：计算二维数据采样指示矩阵GM中每个元素所代表的实际地理区域范围，根据实际地理区域范围在DEM数据中截取覆盖相应范围的DEM数据子块，之后对每一个DEM数据子块进行对地测绘成像仿真处理，并将成像仿真结果存储到相同下标位置的灰度数据矩阵元素中；S5：利用灰度数据矩阵计算图像仿真生成对地测绘图像。2.根据权利要求1所述的基于DEM数据生成仿真机载火控雷达对地测绘图像方法，其特征在于：所述S1的处理过程如下：设载机的经纬度值为，DEM数据的分辨率为，DEM数据的经纬度范围值为，则载机的经纬度值对应DEM数据高程矩阵下标值为：，其中是上取整运算。3.根据权利要求1所述的基于DEM数据生成仿真机载火控雷达对地测绘图像方法，其特征在于：所述S2的处理过程如下：设载机的高度为，雷达波束俯仰中心角度为、，俯仰波束宽度为，则雷达波束覆盖起始距离为：；雷达波束覆盖的结束距离为：；若，则取最大量程距离。4.根据权利要求1所述的基于DEM数据生成仿真机载火控雷达对地测绘图像方法，其特征在于：所述S3包括：S31、方位分辨率值取雷达实际波束宽度的1/64，距离分辨率值根据载机最大量程和最终图像输出的像素点数来计算，；S32、构造二维数据采样指示矩阵GM的阶数为，是距离维采样点数，是
方位维采样点数，，，是对地测绘时的方位扫描宽度范围。5.根据权利要求1所述的基于DEM数据生成仿真机载火控雷达对地测绘图像方法，其特征在于：所述S4包括：S41、计算二维数据采样指示矩阵GM中下标为的元素在DEM数据中所占的数据子块：二维数据采样指示矩阵GM中下标为的元素相对于载机所在的位置的方位角度为：，其中是方位扫描起始和结束范围角度，；在方位角度为的射线方向上，下标为的元素占据DEM数据高程矩阵中的高程点个数为：，其中是高程图单个高程点的距离分辨率，是数据采样指示矩阵的距离分辨率值；相对于载机所处的DEM数据坐标位置，该元素的距离维在DEM数据高程矩阵中所对应的下标起始值和终止值分别为：，；S42、获取数据采样指示矩阵中下标为的元素所占的DEM数据设载机在DEM数据中的下标位置为，在DEM数据中，抽取相对于处，间距为、方位角为的高程点以及左右相邻的两个高程点的高度信息，构造DEM截取子块数据矩阵，为的矩阵：，，，，其中，；S43、通过DEM截取子块数据矩阵进行对地测绘成像仿真处理，并将成像仿真结果存储到灰度...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑云，马志强，柯树林，冷盛林，
申请(专利权)人：南京雷电信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：