机载二维有源相控阵气象雷达波束扫描及处理方法与流程

1.本发明属于机载气象雷达技术领域，具体涉及机载二维有源相控阵气象雷达波束扫描及处理方法。


背景技术：

2.相控阵天线有着灵活度高、扫描速度快、多波束等优点，已经被广泛应用于机载预警雷达和火控雷达。新一代的机载气象雷达也普遍将要引入相控阵体制。区别于传统机械扫描天线，相控阵天线通过对所有阵列单元进行移相处理，使天线波束指向规定方向。对于机载气象雷达，这种电扫方式可以实现雷达方位角和俯仰角的跳变，提高扫描速度。
3.大型客机搭载的气象雷达通常有气象、湍流、风切变等多种工作模式，且需要主驾和副驾两名飞行员。以往的气象雷达人机交互操控方式中虽然也有主副驾之分，但主驾和副驾需要在雷达的工作模式等控制信息上保持一致，仅在屏幕的显示量程上有所区别。这种操控方式下，两名飞行员只能从气象雷达获得一种工作模式下的气象信息，不能充分发挥多人驾驶的优势。
4.因此，需提供一种能提高扫描速度的气象雷达波束扫描及处理方法。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术所存在的问题，提出能提高扫描速度的机载二维有源相控阵气象雷达波束扫描及处理方法。
6.本发明的目的在于，提供机载二维有源相控阵气象雷达波束扫描及处理方法，所述方法包括如下步骤：
7.s1：获取航电信息、仰角控制模式和工作模式；
8.s2：根据s1获取的航电信息判断是否进入风切变状态；
9.s3：根据s1的仰角控制模式，进行天线扫描；
10.s4：根据s1的仰角控制模式和工作模式，对s3中的天线扫描结果进行处理；
11.s5：通过s4处理的结果实时更新主驾图像和副驾图像，
12.其中，所述天线扫描过程中，以帧为周期，交替进行主副驾仰角或上下波束仰角的变换。
13.本发明所提供的机载二维有源相控阵气象雷达波束扫描及处理方法，还具有这样的特征，所述仰角控制模式包括仰角自动控制模式和仰角手动控制模式；所述工作模式包括气象模式、地形模式和湍流模式。
14.本发明所提供的机载二维有源相控阵气象雷达波束扫描及处理方法，还具有这样的特征，所述s3中，在仰角手动控制模式且未进入风切变状态时，天线扫描过程中，下一帧的雷达方位角θ
n 1
为
15.16.其中,n为当前帧数，δθ
wx
为气象雷达方位向分辨率,[-θ
max
,θ
max
]为雷达方位角扫描范围，
[0017]
下一帧的雷达俯仰角为
[0018][0019]
其中，为主驾仰角，为副驾仰角。
[0020]
本发明所提供的机载二维有源相控阵气象雷达波束扫描及处理方法，还具有这样的特征，所述s3中，在仰角手动控制模式且进入风切变状态时，当方位角在[-θ
ws
,θ
ws
]之外时天线扫描方式与在仰角手动控制模式且未进入风切变状态时的扫描方式相同，其中，40
°
《θ
ws
《θ
max
。
[0021]
本发明所提供的机载二维有源相控阵气象雷达波束扫描及处理方法，还具有这样的特征，所述s3中，在仰角手动控制模式且进入风切变状态时，当方位角在[-θ
ws
,θ
ws
]之内时，下一帧的雷达方位角θ
n 1
为
[0022][0023]
其中，40
°
《θ
ws
《θ
max
，n为当前帧数，δθ
wx
为气象雷达方位向分辨率，[-θ
max
,θ
max
]为雷达方位角扫描范围，为当前雷达俯仰角，为风切变仰角，
[0024]
下一帧的雷达俯仰角为
[0025][0026]
其中，为主驾仰角，为副驾仰角。
[0027]
本发明所提供的机载二维有源相控阵气象雷达波束扫描及处理方法，还具有这样的特征，在仰角自动控制模式且未进入风切变状态时，天线扫描过程中，下一帧的雷达方位角θ
n 1
为
[0028][0029]
其中，n为当前帧数，δθ
wx
为气象雷达方位向分辨率，[-θ
max
,θ
max
]为雷达方位角扫描范围，为当前雷达俯仰角，为上波束仰角，为下波束仰角，
[0030]
下一帧的雷达俯仰角为
[0031][0032]
本发明所提供的机载二维有源相控阵气象雷达波束扫描及处理方法，还具有这样的特征，在仰角自动控制模式且进入风切变状态时，当方位角在[-θ
ws
,θ
ws
]之外时天线扫描方式与在仰角自动控制模式且未进入风切变状态时的扫描方式相同，其中，40
°
《θ
ws
《θ
max
。
[0033]
本发明所提供的机载二维有源相控阵气象雷达波束扫描及处理方法，还具有这样
的特征，所述s3中，在仰角自动控制模式且进入风切变状态时，当方位角在[-θ
ws
,θ
ws
]之内时，下一帧的雷达方位角θ
n 1
为
[0034][0035]
其中，40
°
《θ
ws
《θ
max
，n为当前帧数，δθ
wx
为气象雷达方位向分辨率，[-θ
max
,θ
max
]为雷达方位角扫描范围，为当前雷达俯仰角，为下波束仰角，
[0036]
下一帧的雷达俯仰角为
[0037][0038]
其中，为风切变仰角，为上波束仰角。
[0039]
本发明所提供的机载二维有源相控阵气象雷达波束扫描及处理方法，还具有这样的特征，所述s4中，若仰角模式为手动控制模式时，对s3获取的天线扫描结果中的回波数据进行单行处理。
[0040]
本发明所提供的机载二维有源相控阵气象雷达波束扫描及处理方法，还具有这样的特征，所述s4中，若仰角为自动模式且工作模式为湍流模式时，只对上波束仰角s3获取的天线扫描结果中的回波数据进行处理；若仰角为自动模式且工作模式为地形模式时，只对下波束仰角s3获取的天线扫描结果中的回波数据进行处理；若仰角为自动模式且工作模式为气象模式时，对上下波束仰角下s3获取的天线扫描结果中的回波数据进行多扫描处理。
[0041]
本发明所提供的机载二维有源相控阵气象雷达波束扫描及处理方法，还具有这样的特征，所述s4中，在进入风切变状态且仰角为风切变仰角时，进行风切变目标探测和告警。
[0042]
与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0043]
本发明所提供的机载二维有源相控阵气象雷达波束扫描及处理方法，支持主驾和副驾在不同工作模式和仰角的情况下，在扫描过程中，以帧为间隔交替处理主驾信息和副驾信息的机载气象雷达的多源人机交互操控方法；该方法可以用于机载二维有源相控阵气象雷达，提高飞行员对气象信息的获取能力，降低了事故的发生率。
附图说明
[0044]
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。
[0045]
图1：本发明实施例所提供的机载二维有源相控阵气象雷达波束扫描及处理方法的框图；
[0046]
图2：本发明实施例所提供的处理方法中在仰角手动且未进入风切变模式时的天线扫描示意图；
[0047]
图3：本发明实施例所提供的处理方法中在仰角手动且进入风切变模式时的天线扫描示意图；
[0048]
图4：本发明实施例所提供的处理方法中在仰角自动且未进入风切变模式时的天线扫描示意图；
[0049]
图5：本发明实施例所提供的处理方法中在仰角自动且进入风切变模式时的天线扫描示意图。
具体实施方式
[0050]
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扫描及处理方法作具体阐述。
[0051]
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。
[0052]
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。
[0053]
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。
[0054]
如图1所示，提供了机载二维有源相控阵气象雷达波束扫描及处理方法，所述方法包括如下步骤：
[0055]
s1：获取航电信息、仰角控制模式和工作模式；
[0056]
s2：根据s1获取的航电信息判断是否进入风切变状态；
[0057]
s3：根据s1的仰角控制模式，进行天线扫描；
[0058]
s4：根据s1的仰角控制模式和工作模式，对s3中的天线扫描结果进行处理；
[0059]
s5：通过s4处理的结果实时更新主驾图像和副驾图像，
[0060]
其中，所述天线扫描过程中，以帧为周期，交替进行主副驾仰角或上下波束仰角的变换。
[0061]
在部分实施例中，所述仰角控制模式包括仰角自动控制模式和仰角手动控制模式；所述工作模式包括气象模式、地形模式和湍流模式。
[0062]
在部分实施例中，所述s3中，在仰角手动控制模式且未进入风切变状态时，如图2所示，天线扫描过程中，雷达方位角范围为[-θ
max
,θ
max
],方位角从-θ
max
开始自左向右扫描，在每一个波束位置停留一帧后，进入下一个波束位置。每一帧方位角向右移动δθ
wx
/2，δθ
wx
为气象雷达方位向分辨率。当方位角扫描至θ
max
后返回-θ
max
。雷达俯仰角则在主驾仰角和副驾仰角之间以帧为周期交替变换。扫描过程中，根据当前仰角，进行信号处理，并更新对应飞行员的图像，
[0063]
具体而言，下一帧的雷达方位角θ
n 1
为
[0064][0065]
其中,n为当前帧数，δθ
wx
为气象雷达方位向分辨率,[-θ
max
,θ
max
]为雷达方位角扫描范围，
[0066]
下一帧的雷达俯仰角为
[0067][0068]
其中为主驾仰角，为副驾仰角。
[0069]
在部分实施例中，所述s3中，在仰角手动控制模式且进入风切变状态时，如图3所示，方位角-max
开始自左向右扫描，当方位角在[-θ
ws
,θ
ws
]之外时天线扫描方式与在仰角手动控制模式且未进入风切变状态时的扫描方式相同，其中，40
°
《θ
ws
《θ
max
。
[0070]
在部分实施例中，所述s3中，在仰角手动控制模式且进入风切变状态时，如图3所示，方位角-θ
max
开始自左向右扫描，当方位角在[-θ
ws
,θ
ws
]之内时，当前帧位于风切变仰角时，下一帧方位角向右移动δθ
wx
/2，雷达俯仰角则是在主驾仰角和副驾仰角之间都插入一次风切变仰角。扫描过程中，根据当前仰角，进行信号处理，并更新对应飞行员的图像。当波束位于风切变仰角时，更新主驾图像和副驾图像上的风切变告警信息，
[0071]
具体而言，下一帧的雷达方位角θ
n 1
为
[0072][0073]
其中，40
°
《θ
ws
《θ
max
，n为当前帧数，δθ
wx
为气象雷达方位向分辨率，[-θ
max
,θ
max
]为雷达方位角扫描范围，为当前雷达俯仰角，为风切变仰角，
[0074]
下一帧的雷达俯仰角为
[0075][0076]
其中，为主驾仰角，为副驾仰角。
[0077]
在部分实施例中，在仰角自动控制模式且未进入风切变状态时，如图4所示，天线扫描过程中，方位角-θ
max
开始自左向右扫描，当前帧位于下波束仰角时，下一帧方位角向右移动δθ
wx
。雷达俯仰角则在上波束仰角和下波束仰角之间以帧为周期交替变换。扫描过程中，在每一个方位角处都使用上下波束进行地杂波抑制，并更新飞行员的图像，
[0078]
具体而言，下一帧的雷达方位角θ
n 1
为
[0079][0080]
其中，n为当前帧数，δθ
wx
为气象雷达方位向分辨率，[-θ
max
,θ
max
]为雷达方位角扫描范围，为当前雷达俯仰角，为上波束仰角，为下波束仰角，
[0081]
下一帧的雷达俯仰角为
[0082][0083]
在部分实施例中，在仰角自动控制模式且进入风切变状态时，如图5所示，方位角-θ
max
开始自左向右扫描，当方位角在[-θ
ws
,θ
ws
]之外时天线扫描方式与在仰角自动控制模式且未进入风切变状态时的扫描方式相同，其中，40
°
《θ
ws
《θ
max
。
[0084]
在部分实施例中，所述s3中，在仰角自动控制模式且进入风切变状态时，如图5所示，方位角-θ
max
开始自左向右扫描，当方位角在[-θ
ws
,θ
ws
]之内时，当前帧位于下波束仰角时，下一帧方位角向右移动δθ
wx
。雷达俯仰角则是在按照风切变仰角、上波束仰角、下波束仰角的顺序以帧为周期交替变换。扫描过程中，在每一个方位角处都使用上下波束进行地杂波抑制，并更新飞行员的图像。当波束位于风切变仰角时，更新主驾和副驾的风切变告警信息，
[0085]
具体而言，下一帧的雷达方位角θ
n 1
为
[0086][0087]
其中，40
°
《θ
ws
《θ
max
，n为当前帧数，δθ
wx
为气象雷达方位向分辨率，[-θ
max
,θ
max
]为雷达方位角扫描范围，为当前雷达俯仰角，为下波束仰角，
[0088]
下一帧的雷达俯仰角为
[0089][0090]
其中，为风切变仰角，为上波束仰角。
[0091]
在部分实施例中，所述s4中，若仰角模式为手动控制模式时，对s3获取的天线扫描结果中的回波数据进行单行处理。
[0092]
在部分实施例中，所述s4中，若仰角为自动模式且工作模式为湍流模式时，只对上波束仰角s3获取的天线扫描结果中的回波数据进行处理；若仰角为自动模式且工作模式为地形模式时，只对下波束仰角s3获取的天线扫描结果中的回波数据进行处理；若仰角为自动模式且工作模式为气象模式时，对上下波束仰角下s3获取的天线扫描结果中的回波数据进行多扫描处理。多扫描处理指使用同一方位角处上下波束回波进行地杂波抑制。
[0093]
在部分实施例中，所述s4中，在进入风切变状态且仰角为风切变仰角时，进行风切变目标探测和告警。
[0094]
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。