机载气象雷达探测波形设计与显示方法与流程

1.本发明涉及雷达技术领域，具体涉及一种机载气象雷达探测波形设计与显示方法。


背景技术：

2.机载气象雷达是将气象雷达安装在飞机上，对飞机前方的气象情况进行探测与预警，以便使飞机能够及时的发现危险天气，选择安全的航路，保证机上人员的安全。飞机的飞行速度达到了几百公里每小时，几个小时之内飞行距离就达到了上千公里。飞行区域内气象情况瞬息万变，并且由于飞行范围大，距离远，各地的气象情况复杂多变。如果不能做到提前预警，对飞机的安全将造成极大的危害。因此，机载气象雷达都会要求具有远距离探测能力，远距离的探测能力要求气象雷达使用大脉宽的探测波形，但是大脉宽气象探测波形通常会带来较大的近距离盲区，导致载机附近范围的气象危险不能进行有效危险探测识别，对飞机安全有很大的危害。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本说明书实施例提供一种机载气象雷达探测波形设计与显示方法，。
4.本说明书实施例提供以下技术方案：一种机载气象雷达探测波形设计与显示方法，包括以下步骤：步骤一、气象探测的复合脉宽波形设计；步骤二、根据步骤一中的复合脉宽获取复合脉宽波形的气象探测数据；步骤三、对步骤二中的气象探测数据进行非线性加权融合并获得探测回波数据。
5.进一步地，步骤一具体为：根据气象雷达系统参数及探测需求，在气象雷达帧信号中使至少两种不同脉宽τi的波形组合形成复合脉宽波形。
6.进一步地，步骤二具体为：步骤2.1、获取以复合脉宽波形完成一行周期扫描后接收到的信号数据模值pi(p,q)，其中，i表示不同脉宽的波形编号，p表示方位向采样点，q表示距离向采样点；步骤二2.2、将步骤2.1中的数据模值pi(p,q)经过常规滤波、平滑、系统噪声消除处理后，代入气象雷达方程计算出反射率因子zi(p,q)。
7.进一步地，步骤三具体为：通过公式把不同脉宽的反射率因子zi(p,q)融合形成探测回波数据fz(p,q)，其中，x2为脉宽τ1的第一反射率因子数据z1(p,q)的距离向长度，x1和x3表示脉宽τ2的第二反射率因子数据z2(p,q)的起始和结束采样位置，x3-x1表示脉宽τ2的第二反射率因子数据z2(p,q)的距离向长度，x2-x1表示数据重叠区域，wa为第一反射率因
子数据z1(p,q)在数据融合中的权重，wb为第二反射率因子数据z2(p,q)在融合中的权重。
8.进一步地，在步骤三之后还包括步骤四：对探测回波数据进行融合边界滤波。
9.进一步地，步骤四具体为：通过公式对探测回波数据fz(p,q)进行滤波。
10.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：利用复合脉宽波形设计中的不同脉宽满足远距离、近距离气象探测要求，通过非线性加权融合不同脉宽反射率因子数据，得到远距离全量程的高精度雷达目标显示画面。该方法实现简单有效，结果画面清晰自然，可改善机载气象雷达目标探测与告警显示功能，提高飞行安全。
附图说明
11.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，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技术的一些实施例，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。
12.图1是本发明实施例的流程图。
13.图2为本发明实施例的非线性加权权重变化示意图。
具体实施方式
14.下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
15.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术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。
16.一种机载气象雷达探测波形设计与显示方法，包括以下步骤：
17.步骤一、气象探测的复合脉宽波形设计；
18.步骤二、根据步骤一中的复合脉宽获取复合脉宽波形的气象探测数据；
19.步骤三、对步骤二中的气象探测数据进行非线性加权融合并获得探测回波数据。
20.利用复合脉宽波形设计中的不同脉宽满足远距离、近距离气象探测要求，通过非线性加权融合不同脉宽反射率因子数据，得到远距离全量程的高精度雷达目标显示画面。该方法实现简单有效，结果画面清晰自然，可改善机载气象雷达目标探测与告警显示功能，提高飞行安全。
21.步骤一具体为：根据气象雷达系统参数及探测需求，在气象雷达帧信号中使至少两种不同脉宽τi的波形组合形成复合脉宽波形。满足远距离探测能力与近距离组合探测功能，是后续远距离全量程获取气象探测数据基础。
22.步骤二具体为：
23.步骤2.1、获取以复合脉宽波形完成一行周期扫描后接收到的信号数据模值pi(p,q)，其中，i表示不同脉宽的波形编号，p表示方位向采样点，q表示距离向采样点；
24.步骤二2.2、将步骤2.1中的数据模值pi(p,q)经过常规滤波、平滑、系统噪声消除
处理后，代入气象雷达方程计算出反射率因子zi(p,q)。
25.气象雷达探测时，随着周期扫描每一帧数据都包含了复合脉宽波形的数据，此时不同脉宽的回波信号数据模值记为pi,i为不同脉宽波形编号，经过滤波、平滑、系统噪声消除等处理后，把其代入气象雷达方程计算出反射率因子数据为zi。
26.步骤三具体为：通过公式把不同脉宽的反射率因子zi(p,q)融合形成探测回波数据fz(p,q)，其中，x2为脉宽τ1的第一反射率因子数据z1(p,q)的距离向长度，x1和x3表示脉宽τ2的第二反射率因子数据z2(p,q)的起始和结束采样位置，x3-x1表示脉宽τ2的第二反射率因子数据z2(p,q)的距离向长度，x2-x1表示数据重叠区域，wa为第一反射率因子数据z1(p,q)在数据融合中的权重，wb为第二反射率因子数据z2(p,q)在融合中的权重。
27.利用权重w变化规律，对于复合脉宽波形气象探测得到的反射率因子数据zi距离上重叠的区域进行非线性加权融合，得到全量程、无重影、高精度的融合气象探测回波数据fz。
28.在步骤三之后还包括步骤四：对探测回波数据进行融合边界滤波。步骤四具体为：通过公式对探测回波数据fz(p,q)进行滤波。
29.对非线性加权融合后的探测回波数据fz中不同脉宽融合边界处数据进行窗口大小为m*n的滤波处理，得到一个完整探测回波数据图像平滑、不同脉宽数据衔接自然的最终雷达气象画面显示fz。
30.本发明实施例的具体实例如下：
31.1、气象探测复合脉宽波形设计。
32.根据气象雷达系统参数及探测需求，在气象雷达帧信号中设计不同大小脉宽τi的组合波形，其应满足远距离探测能力与近距离组合探测功能，该系统设计是后续气象探测和数据处理的基础。
33.2、复合脉宽波形气象探测数据获取。
34.气象雷达完成一行周期扫描后接收到的信号数据模值pi(p,q),其中i表示不同脉宽波形编号，p＝1,2
…
nr、q＝1,2
…
na分别表示方位向和距离向采样点，经过常规滤波、平滑、系统噪声消除处理后，代入气象雷达方程计算出反射率因子zi(p,q)。
35.3、气象探测数据非线性加权融合。
36.如图2所示，x2为脉宽τ1的反射率因子数据z1(p,q)距离向长度，x1和x3表示脉宽τ2的反射率因子数据z2(p,q)的起始和结束采样位置，x3-x1表示脉宽τ2的反射率因子数据z2(p,q)距离向长度，x2-x1表示两者数据重叠区域。如果重叠区域x距离x2更近，则数据z1(p,
q)在数据融合中权重wa越小，而数据z2(p,q)在融合中权重wb越大，其中wa wb＝1，反之，wa越大而wb越小，其表达式如下：
[0037][0038]
把不同脉宽数据zi(p,q)同经过上述方法融合形成fz(p,q)。
[0039]
4、气象探测数据融合边界滤波。
[0040]
在步骤(3)中非线性加权融合后的探测回波数据fz(p,q)后，对于不同脉宽边界x1和x2处中不同脉宽融合边界处数据进行窗口大小为m*n的滤波处理，得到最终显示数据fz(p,q)送给雷达画面显示，具体滤波过程如下：
[0041][0042]
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。