基于DEM数据生成仿真机载火控雷达对地测绘图像方法.docx

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1、CN 114280613 A说明书4/10 页基于DEM数据生成仿真机载火控雷达对地测绘图像方法技术领域0001本发明涉及机载火控雷达对地大面积测绘技术领域，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。背景技术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(RealBeam Mapping,RBM),另外一种是多普勒波束锐化(Doppler Beam Sharpening,DBS) 0RBM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

2、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1664。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W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

3、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

4、 Toolkit,法国0KTAL-SE公司推出的专业工具包SE-Workbench-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。发明内容0005发明目的：本发明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：本发明所述基于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：

5、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：

6、设载机的经纬度值为叫也t。）,DEM数据的分辨率为儿尸儿的,DEM数据的经纬度 范围值%1皿口%”,九7：,则载机的经纬度值对应。卜1数据高程矩阵下标区田为：x = f（E皿Lt0）zJlaty = （L（Zo - 0）Lon其11是上取整运算。0008进一步地，所述步骤S2中处理过程如下：设载机的高度力，雷达波束俯仰中心角度E! EY0,俯仰波束宽度内,则雷达波束覆盖起始距离为:Rq = h/sinEl - 0.5s）；雷达波束覆盖的结束距离为：R1 = h/sinEl + 0.50。；若-El + 0.5Qb0，R1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4

7、%取雷达实际波束宽度%的1/64,距离分辨率值4H根据载机最大量Rrrg和最终图像输出的像素点Pg来计算R = RrrtaxPixNS32、最终生成数据采样指示矩阵GM的阶数Mr”x场工，Mr”是距离维采样点数，是方位维采样点数，Mftng PtN * 6 Mz = AzscaAz，见皿:是对地测绘时的方位扫描宽度范围Q0010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g,%）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（九4）的元素相对于载机所在的位置的方位角度为：Az-Az1jran x Az，其口zizj是方位扫描起始和结束范围角度Azscan =也Tz

8、：；在方位角度发的射线方向上，下标（加4）的元素占据DEM数据高程矩阵中的高程点个数为：% = dRRr,其R-是高程图单个高程点的距离分辨率4R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：（G - 0.5） 4/?（G + 0.5） R22CN 114280613 A说明书6/10 页S42、获取数据采样指示矩阵中下标g,1)的元素所占的DEM数据，设载机在DEM数据中的下标位置冗%)，在DEM数据中，抽取相对必九)处，间距葭方位角曲的高程民如%。以及左右相邻的两个高程点的高度信息，构造DEM截取

9、子块数据矩Ms圾为Pnx3的矩阵：DEM(xylfl - 1)DFf(xs,1,y1,1)DEM(xltl.yll 1)Ms = DEMGs二,二一 1)DEM(x52,ys2 )DEAf(xs,2.ys,2 + 1)， .DEM(x8pnfyspn -1) DEM(xsPnfysPr) DEM(xn,yn + 1).%k=Lc-45 月 z,)h=Lc-4smAZ, = Posg + 0.2 rrr = 01,34,其中，及 二(P%d - P%eg)(。.2 * Rs)；S43、通过DEM截取子块数据矩地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(3%)的元素中，针

10、对DEM截取子块数据矩也开展地对地测绘成像仿真处理的最终灰度值计算公式为.g=9m= X。;其中，9m。是事先设定好的最大灰度值,。为归一化的RCS系数。0011 还一步地，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：Asinp . tan2(B - ) = -7 +壮仇为叼 ,AtflPo其中，山为地形单元擦地角心 = rcsm4叫)”为波长，% * 9.3行二，二4.7，f是雷达的工作频率，当地貌类型为沙漠且山 0时，地面有回波信号，雷达图像上有图像,W0时，地面无回波信号，雷达图像上出现阴影；S433、编号i的高程点，其灰度值为二

11、人+呢)/2,其m是1号高程点和i号高程点所决定的地形单元擦地叽计算出的灰度值是i号高程点1 + 1号高程点所决定的地形单元擦地角也计算出的灰度值，其中nx-Ze atann-Ze + tn(A -力D-D-4D是DEM截取子块数据矩阵风中相邻高程点的间距，对于第0号高程点,%.二0 ;对于最后一个高程点分别1号号、i + l号高程点的高度；S434、截取子块数据矩场第二列中下标心,2）的高程点，通过ii。的高程点进行比较，判断心,2）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i的高程点，其高度3遮挡高度为Zi,对于第0号高程点,

12、初始z。二0；若% 的二0.4、曜=1 ；对应高山地貌类型/ = 0.04、5=L24、的二0.5、曜=1;对应树林地貌类型，A = 0.00916g = 2,Q0 = 0.32 = io0013进一步地，所述步骤S5利用灰度数据矩阵计算图像仿真生成对地测绘图像包括：对于像素大小PRV x P3的测绘图像，将载机的位置设置在像1MPM/2）处，对于测绘图像中的任意一个像素（“）,计算出该点相对于像姗4对/2）处的角度和间距值，得到方位角度和间距值在灰度数据矩阵中的下标,）;G= J(yp - 等+ (PixN - %) + 05 5(180j)时,mg = 5%QAzx m,否则,Nmg = Ba2Az ,最终像素。p,%)对应的灰度值取为：“mgg(3p)=止 2 gm 值 4 + i - wV tl0014有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供的基于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