一种机载与地基气象雷达数据融合显示方法与流程

1.本发明属于机载气象雷达技术领域，具体涉及一种机载与地基气象雷达数据融合显示方法。


背景技术：

2.常规民航机载气象雷达为x波段前视多普勒雷达，用于探测到载机前方的危险气象，提醒飞行员注意规避。随着民航技术的发展，除了要求机载气象雷达能够更为精细的探测气象目标本身外，也需要更为强大的感知环境能力，目前的机载气象雷达还存在着一些固有的弱点。例如：x波段对强气象的穿透能力不够，对导致强气象后方的气象目标显示能力不足，易引发飞行事故；气象雷达画面显示强度由波束照射到的气象目标位置决定，同一气象目标在不同的波束视线角下的回波强度不同，显示强度弱不代表目标不危险；气象的受地球曲率以及地形遮挡的影响，部分气象目标可能探测不到；气象雷达受探测能力限制，对远距离气象探测能力不足；气象雷达受天线波束宽度的影响，远距离气象探测显示强度不足。
3.因此，需要提供一种能解决现有技术中的所使用的机载气象雷达探测方法并不精确问题的方法。


技术实现要素：

4.本发明针对现有机载气象雷达探测方法所存在的问题，结合了地基天气雷达的数据，实现了更精确更综合的气象数据显示，提升飞行员对载机前方大范围内气象的感知能力。
5.本发明的目的在于，提供一种机载与地基气象雷达数据融合显示方法，所述方法包括：
6.s1：获取地基气象雷达数据，所述地基气象雷达数据包括反射率和位置信息；
7.s2：在s1获取的地基气象雷达数据中提取反射率信息和位置信息，完成位置关系映射；
8.s3：将s2中提取的反射率信息转化为以载机位置为原点，载机航向为中心轴的极坐标；
9.s4：提取所有气象目标；
10.s5：将s4提取的气象目标与机载气象雷达探测到的气象目标融合；
11.s6：显示s5融合后的图像。
12.本发明所提供的机载与地基气象雷达数据融合显示方法，还具有这样的特征，所述s4的气象目标通过将s3获取的数据聚类操作获得。
13.本发明所提供的机载与地基气象雷达数据融合显示方法，还具有这样的特征，所述聚类操作包括如下步骤：
14.s4.1:选择s3中一个大于20dbz的像素点，设置为初始种子点；
15.s4.2:采用邻域搜索法，以该种子点为中心，设置5*5大小的邻域，依次遍历该点邻域，将大于20dbz的点成为新的种子点，继续搜索，直到所有种子点遍历完成，将所有的种子点信息进行存储，完成一个气象目标的生成；
16.s4.3:完成一个气象目标后，重复步骤s4.1和s4.2，采用邻域搜索法，继续进行“气象目标”的生成，直到遍历完s3中所有的像素点。
17.本发明所提供的机载与地基气象雷达数据融合显示方法，还具有这样的特征，所述s5包括如下步骤：
18.s5.1：计算机载气象雷达数据与地基气象雷达数据的相似度，；
19.s5.2：对相似度进行判断，相似度大于70％时，进行s5.3；相似度小于20％时，进行s5.4；相似度在20％-70％时，进行s5.5；
20.s5.3：采用像素级融合，相同位置点选取较大值；
21.s5.4：在机载气象雷达的图像上，增加地基气象雷达数据进行s6：
22.s5.5：在机载气象雷达的图像上，将地基气象雷达的数据与机载气象雷达数据重合点进行中值处理，将机载气象雷达未探测的点采用地基气象雷达数据,增加地基气象雷达数据进行s6。
23.本发明所提供的机载与地基气象雷达数据融合显示方法，还具有这样的特征，所述相似度为提取一个气象目标块对应位置的机载气象雷达反射率数据，反射率数据组中大于20dbz的像素点个数与气象目标块所对应的总的像素点的个数比值。
24.本发明所提供的机载与地基气象雷达数据融合显示方法，还具有这样的特征，所述s5.4获取的图像中，采用特殊标识以标识该数据来源为地基气象雷达数据。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果：
26.本发明所提供的机载与地基气象雷达数据融合显示方法，利用地基气象雷达数据对机载气象雷达的探测能力与范围进行补充，克服了雷达探测中存在的固有弱点，解决了气象目标探测不到或危险性显示不足等问题，有效提升了飞行员对载机前方气象的感知能力，帮助飞行员避开危险天气，保障飞行安全。
27.本发明所提供的机载与地基气象雷达数据融合显示方法可应用于军用和民用机载气象雷达领域，全面提升了机载气象雷达对气象的显示与感知能力，进一步提高了飞行安全。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明的技术方案，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发明的一些实施例，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他的附图。
29.图1：本发明实施例所提供的机载与地基气象雷达数据融合显示方法的显示结果图；
30.图2：本发明实施例所提供的显示方法中的所使用的地基天气雷达原始反射率图；
31.图3：本发明实施例所提供的显示方法中的所使用的地基天气雷达数据预处理结果图；
32.图4：本发明实施例所提供的显示方法中的所使用的地基天气雷达反射率映射图；
33.图5：本发明实施例所提供的显示方法中的机载气象雷达的反射率图。
具体实施方式
34.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明所提供的显示方法作具体阐述。
35.在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
36.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
37.术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
38.地基天气雷达通常采用的是s、c波段探测，相较x波段波长更长，能够有效地克服强降雨的衰减效应，且地基天气雷达采用了多个俯仰角进行气象探测，与机载雷达的探测视角不同，能够对机载探测信息形成有效的补充。随着5g通讯的发展以及空地、空空数据链的成熟，也使得不同源的气象数据融合显示成为可能。
39.基于地基气象雷达反射率数据的特点，本发明提供了一种机载气象雷达与地基天气雷达数据融合显示的方法，基于地基气象雷达反射率数据，提取出有效强度信息，利用载机位置信息以及地基气象雷达位置信息，将其转换为同格式的机载气象雷达数据，提取其中的气象数据块，将其与机载气象雷达实时数据进行关联后融合，并针对不同来源的数据采用鲜明的标示进行显示，实现更精确更综合的气象数据显示，提升飞行员对载机前方大范围内气象的感知能力。具体实施例如下：
40.如图1-5所示，为一种机载与地基气象雷达数据融合显示方法，其特征在于，所述方法包括：
41.s1：获取地基气象雷达数据，所述地基气象雷达数据包括反射率和位置信息；
42.s2：在s1获取的地基气象雷达数据中提取反射率信息和位置信息，完成位置关系映射；
43.s3：将s2中提取的反射率信息转化为以载机位置为原点，载机航向为中心轴的极坐标；
44.s4：提取所有气象目标；
45.s5：将s4提取的气象目标与机载气象雷达探测到的气象目标融合；
46.s6：显示s5融合后的图像。
47.在部分实施例中，所述s4的气象目标通过将s3获取的数据聚类操作获得。
48.在部分实施例中，所述聚类操作包括如下步骤：
49.s4.1:选择s3中一个大于20dbz的像素点，设置为初始种子点；
50.s4.2:采用邻域搜索法，以该种子点为中心，设置5*5大小的邻域，依次遍历该点邻域，将大于20dbz的点成为新的种子点，继续搜索，直到所有种子点遍历完成，将所有的种子点信息进行存储，完成一个气象目标的生成；
51.s4.3:完成一个气象目标后，重复步骤s4.1和s4.2，采用邻域搜索法，继续进行“气象目标”的生成，直到遍历完s3中所有的像素点。
52.在部分实施例中，所述s5包括如下步骤：
53.s5.1：计算机载气象雷达数据与地基气象雷达数据的相似度，；
54.s5.2：对相似度进行判断，相似度大于70％时，进行s5.3；相似度小于20％时，进行s5.4；相似度在20％-70％时，进行s5.5；
55.s5.3：采用像素级融合，相同位置点选取较大值；
56.s5.4：在机载气象雷达的图像上，增加地基气象雷达数据进行s6：
57.s5.5：在机载气象雷达的图像上，将地基气象雷达的数据与机载气象雷达数据重合点进行中值处理，将机载气象雷达未探测的点采用地基气象雷达数据,增加地基气象雷达数据进行s6。
58.在部分实施例中，所述相似度为提取一个气象目标块对应位置的机载气象雷达反射率数据，反射率数据组中大于20dbz的像素点个数与气象目标块所对应的总的像素点的个数比值。
59.在部分实施例中，所述s5.4获取的图像中，采用特殊标识以标识该数据来源为地基气象雷达数据。
60.综上所示，本发明采用地基天气雷达(s、c波段)数据融合机载x波段气象雷达探测数据，有效解决了x波段的衰减效应导致的飞行安全问题；采用不同视角的气象数据对机载气象数据显示数据进行了修正与补充，提升了气象危险识别的准确性；对于机载气象雷达探测能力范围外的气象，采用了地基天气雷达数据进行补全，飞行员可提早观测了雷达没有探测到的目标，进行气象分析与飞行规划；利用数据链进行不同气象探测设备之间的信息传输，在没有增加新的机载探测设备的情况下，有效提升了机载气象雷达系统性能。
61.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。