本發(fā)明屬于雷達(dá)檢測
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種用于直升機(jī)防撞高壓線的雷達(dá)檢測方法的設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
：直升機(jī)廣泛地應(yīng)用在災(zāi)難救援、航空運(yùn)輸、醫(yī)療救助和戰(zhàn)場作戰(zhàn)等民事和軍事領(lǐng)域中。但是由于其經(jīng)常飛行在低空空域(如：飛行高度≤200m)，導(dǎo)致極易與地面上懸掛或突出的障礙物發(fā)生碰撞或擦刮，造成機(jī)毀人亡的悲劇。在所有的直升機(jī)低空飛行事故中，高壓線尤其危險(xiǎn)。一方面，在起飛前飛行員無法知道高壓線位置的準(zhǔn)確信息，在飛行中對這類細(xì)微目標(biāo)又難以通過目視進(jìn)行觀測；另一方面，現(xiàn)有的高壓線雷達(dá)檢測裝置在強(qiáng)地面回波(簡稱為：地雜波)條件下很難檢測到高壓線，而且在雨霧等氣象條件下，檢測性能容易受到影響甚至失去效果。直升機(jī)高壓線雷達(dá)檢測技術(shù)主要包括地雜波抑制和線目標(biāo)檢測兩個(gè)方面。地雜波抑制是為了消除強(qiáng)地面回波對高壓線檢測的干擾，避免線目標(biāo)回波淹沒在強(qiáng)干擾中而無法被檢測到。線目標(biāo)檢測則是根據(jù)高壓線回波的強(qiáng)度、距離、空間頻率和多普勒頻率信息，從雷達(dá)回波圖像中檢測或辨識(shí)出高壓線，并對其進(jìn)行位置參數(shù)估計(jì)。因此，直升機(jī)高壓線雷達(dá)檢測的關(guān)鍵問題在于是否能夠從雷達(dá)回波中區(qū)分出地雜波信號(hào)和高壓線回波信號(hào)。針對直升機(jī)高壓線檢測問題，國內(nèi)外的解決方案涉及到使用光學(xué)、紅外、激光和雷達(dá)等各種技術(shù)手段。其中，光學(xué)、紅外和激光探測裝置要求可見度好、天氣晴朗，當(dāng)處于夜晚或雨霧氣象條件時(shí)，探測信號(hào)嚴(yán)重衰減，無法正常工作；而雷達(dá)使用微波或毫米波作為探測信號(hào)，具有全時(shí)段、全天候的工作能力，適用于各種復(fù)雜的氣象條件。目前，對高壓線雷達(dá)檢測技術(shù)的研究主要集中在天線陣結(jié)構(gòu)、多極化處理、探測波形和鑒別算法設(shè)計(jì)上，在信號(hào)處理上大多依靠多普勒濾波來獲取線型目標(biāo)的回波和提取其多普勒頻率信息，但是當(dāng)高壓線目標(biāo)和地面回波的多普勒頻率較為接近時(shí)，如何從強(qiáng)地面雜波背景中辨識(shí)高壓線信號(hào)還缺乏一種更可靠的信號(hào)處理方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)高壓線目標(biāo)和地面回波的多普勒頻率較為接近時(shí)，無法從強(qiáng)地面雜波背景中辨識(shí)高壓線信號(hào)的問題，提出了一種用于直升機(jī)防撞高壓線的雷達(dá)檢測方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種用于直升機(jī)防撞高壓線的雷達(dá)檢測方法，包括以下步驟：S1、輻射探測信號(hào)并接收回波信號(hào)；S2、根據(jù)回波信號(hào)形成空時(shí)數(shù)據(jù)矩陣；S3、把空時(shí)數(shù)據(jù)矩陣中的數(shù)據(jù)從空-時(shí)域映射到角度-多普勒頻率域；S4、抑制地面雜波；S5、檢測高壓線信號(hào)；S6、估計(jì)高壓線的位置坐標(biāo)；S7、辨識(shí)高壓線；S8、觸發(fā)警報(bào)系統(tǒng)，向飛行員發(fā)出報(bào)警信號(hào)。進(jìn)一步地，步驟S1具體為：在天線波束指向的波位上，雷達(dá)輻射含M個(gè)重復(fù)周期的探測信號(hào)；探測信號(hào)經(jīng)目標(biāo)、障礙物和地面散射后，被雷達(dá)的天線陣接收；天線陣后連接有N個(gè)接收通道，每個(gè)接收通道連接至一個(gè)天線陣元或一個(gè)天線子陣，并設(shè)置有一部數(shù)字接收機(jī)；數(shù)字接收機(jī)對接收信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、下變頻、數(shù)字化和匹配濾波，產(chǎn)生數(shù)字基帶信號(hào)。進(jìn)一步地，天線陣安裝在直升機(jī)機(jī)鼻部分或吊置于機(jī)艙腹部，天線陣的法線方向與航線重合，構(gòu)成正視陣布局，天線陣使用垂直于水平面的垂直線陣或面陣結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，天線波束為俯仰向掃描波束，依據(jù)俯仰波瓣的寬度，待檢測空域在垂直方向上可以被劃分成若干個(gè)波位，波位位置的設(shè)定準(zhǔn)則是：對于指定檢測距離，指向最低檢測高度波位的波束不能照射到此指定距離之前的地面，且對于此波束的俯視掃描角度，要求其使俯仰波瓣下邊沿剛好照射到要求檢測到的高壓線的最低高度。進(jìn)一步地，步驟S2具體為：在每個(gè)探測信號(hào)的重復(fù)周期內(nèi)，數(shù)字接收機(jī)采樣得到K個(gè)采樣點(diǎn)xk,k＝1,...,K，每個(gè)樣點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)刻表示該位置上回波的雙程距離延時(shí)；對于M個(gè)重復(fù)周期的探測信號(hào)，在每個(gè)距離門上可獲得M個(gè)時(shí)間采樣值xm,k,m＝1,...,M；k＝1,...,K；每進(jìn)行一次探測，每個(gè)接收通道輸出的信號(hào)樣點(diǎn)數(shù)為M×K，N個(gè)通道的雷達(dá)接收系統(tǒng)總共可獲得N×M×K個(gè)信號(hào)樣點(diǎn)xn,m,k,n＝1,...,N；m＝1,...,M；k＝1,...,K；將每個(gè)距離門上的對應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行重新排列，排列格式為：把第k個(gè)距離門的數(shù)據(jù)排成一個(gè)N×M維的空時(shí)數(shù)據(jù)矩陣Xk；矩陣Xk＝[x1,k,x2,k,...,xN,k]T的第n行元素表示由第n個(gè)接收通道輸出的M時(shí)間采樣點(diǎn)xn,k＝[xn,1,k,xn,2,k,...,xn,M,k]T，n＝1,...,N，樣點(diǎn)時(shí)間間隔為探測信號(hào)的重復(fù)周期；矩陣Xk＝[x'1,k,x'2,k,...,x'M,k]T的第m列元素表示天線陣對第m個(gè)重復(fù)周期回波產(chǎn)生的N個(gè)空間樣點(diǎn)x'm,k＝[x1,m,k,x2,m,k,...,xN,m,k]T，m＝1,...,M；上述各式中運(yùn)算符號(hào)[·]T表示矩陣轉(zhuǎn)置運(yùn)算。進(jìn)一步地，步驟S3具體為：以某個(gè)距離門k對應(yīng)的空時(shí)數(shù)據(jù)矩陣Xk作為處理對象，計(jì)算Xk中數(shù)據(jù)的最小方差譜：定義在由P個(gè)角度值φp和Q個(gè)多普勒頻率值fd,q構(gòu)成的P×Q個(gè)角度-多普勒頻率單元的平面上，其中P＞＞N，Q＞＞M，第p行第q個(gè)單元對應(yīng)的最小方差譜值的計(jì)算公式為：式中p＝1,2,...,P，q＝1,2,...,Q，是第k個(gè)距離門數(shù)據(jù)的MN×MN維協(xié)方差矩陣，E[·]是期望算子，(·)H表示共軛轉(zhuǎn)置，為與之對應(yīng)的逆矩陣；ck是長度為NM的列矢量，它是通過把空時(shí)數(shù)據(jù)矩陣Xk的各列堆疊成一列而得到的，即：ck＝stack(Xk)＝[(x'1,k)T,(x'2,k)T,...,(x'M,k)T]T，stack(·)表示將矩陣各列從左到右編號(hào)，按照順序?qū)⑶耙涣械淖詈笠恍性嘏c下一列的第一行元素連接，組成列矢量；sp,q是網(wǎng)格(φp,fd,q)對應(yīng)的MN×1維期望信號(hào)矢量，即：其中m＝0,1,...,M-1，n＝0,1,...,N-1，j是虛數(shù)單位，T是脈沖重復(fù)周期，d是天線陣元間距，λ是信號(hào)波長，cosφp是角度單元的余弦函數(shù)值，是克羅內(nèi)克積運(yùn)算；應(yīng)用公式(1)計(jì)算每個(gè)角度-多普勒頻率單元對應(yīng)的最小方差譜值，得到回波信號(hào)的最小方差譜，即把空時(shí)域數(shù)據(jù)Xk映射為角度-多普勒頻率域數(shù)據(jù)Yk，其元素表示為[Yp,q]k＝y(tǒng)p,q,k。進(jìn)一步地，步驟S4具體為：使用圖像處理方法在角度-多普勒頻率平面上檢測出沿橢圓或近橢圓分布的數(shù)據(jù)單元并進(jìn)行刪除，(pc,qc)表示任何分布在地雜波橢圓上的角度-多普勒頻率單元。進(jìn)一步地，步驟S5具體為：對待檢測平面剩下的角度-多普勒頻率單元yp,q,k,p＝1,2,...,P,q＝1,2,...,Q，且p≠pc,q≠qc進(jìn)行門限檢測：把每個(gè)單元的信號(hào)幅度或強(qiáng)度值同一個(gè)檢測門限Tk相比較，對于超過門限值的單元判為存在高壓線目標(biāo)，否則判為僅有噪聲信號(hào)；檢測規(guī)則采用紐曼-皮爾遜準(zhǔn)則，理論門限值與設(shè)定的虛警概率相對應(yīng)；實(shí)際門限值是用二維平面上的平均噪聲功率對理論值進(jìn)行歸一化后的處理值；平均噪聲功率由平面上不包含當(dāng)前檢測單元和保護(hù)單元的其余單元估計(jì)得到，計(jì)算公式是：式中Pni是第i個(gè)單元的噪聲功率，I是參與計(jì)算的單元數(shù)量；應(yīng)用步驟S3-S5對所有距離門的空時(shí)數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行處理，給出每個(gè)角度-多普勒單元是否存在高壓線目標(biāo)的判決，高壓線單元記為k∈[1,2,...,K]，(pt,qt)表示存在高壓線目標(biāo)的單元。進(jìn)一步地，步驟S6具體為：計(jì)算高壓線角度-多普勒單元k∈[1,2,...,K]的空間直角坐標(biāo)(x,y)，將計(jì)算值(x,y)作為高壓線位置坐標(biāo)的估計(jì)值。進(jìn)一步地，步驟S7具體為：對所有距離門上判為高壓線單元的空間直角坐標(biāo)進(jìn)行直線化處理，保留呈直線關(guān)系的點(diǎn)，并把點(diǎn)進(jìn)行連接，剔除偏離直線段的坐標(biāo)點(diǎn)和孤立的坐標(biāo)點(diǎn)；連成直線段的坐標(biāo)點(diǎn)構(gòu)成高壓線的平面位置分布圖，辨識(shí)出高壓線。本發(fā)明的有益效果是：(1)本發(fā)明采用的多通道相控陣?yán)走_(dá)體制、天線陣列設(shè)計(jì)、俯仰波束掃描方法以及雷達(dá)波形與參數(shù)設(shè)計(jì)，獲得高的角度分辨力和距離分辨率，可分辨來自不同距離門的高壓線和地雜波，為處理和利用回波的空時(shí)信息檢測高壓線創(chuàng)造了有利條件。(2)本發(fā)明基于高壓線信號(hào)和地雜波信號(hào)之間存在的空-時(shí)信號(hào)特征差異，將回波信號(hào)映射到角度-多普勒頻率域，實(shí)現(xiàn)對二者的分辨、地雜波抑制和高壓線信號(hào)檢測，能夠有效地提高直升機(jī)載雷達(dá)在強(qiáng)地雜波干擾情況下的高壓線檢測性能。(3)本發(fā)明對判決為高壓線單元的空間位置坐標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)處理，對虛假目標(biāo)和強(qiáng)孤立目標(biāo)干擾具有一定的抵抗能力，具有良好的穩(wěn)健性。(4)本發(fā)明能夠保證在惡劣的氣象條件下，雷達(dá)對高壓線目標(biāo)仍然有足夠的發(fā)現(xiàn)距離。附圖說明圖1為本發(fā)明提供的一種用于直升機(jī)防撞高壓線的雷達(dá)檢測方法流程圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的直升機(jī)雷達(dá)檢測高壓線場景示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的天線檢測波位位置示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例的直升機(jī)雷達(dá)檢測高壓線側(cè)視場景圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例的直升機(jī)雷達(dá)檢測高壓線俯視場景圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例的N×M維空時(shí)數(shù)據(jù)矩陣排列格式示意圖。圖7為本發(fā)明實(shí)施例的存在高壓線的第1個(gè)距離門中高壓線和地面回波的角度-多普勒頻率分布圖。圖8為本發(fā)明實(shí)施例的存在高壓線的第k個(gè)距離門中高壓線和地面回波的角度-多普勒頻率分布圖。圖9為本發(fā)明實(shí)施例的存在高壓線的最后一個(gè)距離門中高壓線和地面回波的角度-多普勒頻率分布圖。圖10為本發(fā)明實(shí)施例的存在高壓線的所有距離門中高壓線和地面回波的角度-多普勒頻率分布圖。圖11為本發(fā)明實(shí)施例的地雜波抑制后高壓線信號(hào)的角度-多普勒分布圖。圖12為本發(fā)明實(shí)施例的檢測到的高壓線地面位置坐標(biāo)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的說明。本發(fā)明提供了一種用于直升機(jī)防撞高壓線的雷達(dá)檢測方法，如圖1所示，包括以下步驟：S1、輻射探測信號(hào)并接收回波信號(hào)。在天線波束指向的波位上，雷達(dá)輻射含M個(gè)重復(fù)周期的探測信號(hào)；探測信號(hào)經(jīng)目標(biāo)、障礙物和地面散射后，被雷達(dá)的天線陣接收；天線陣后連接有N個(gè)接收通道，每個(gè)接收通道連接至一個(gè)天線陣元或一個(gè)天線子陣，并設(shè)置有一部數(shù)字接收機(jī)；數(shù)字接收機(jī)對接收信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、下變頻、數(shù)字化和匹配濾波，產(chǎn)生數(shù)字基帶信號(hào)。其中，天線陣可以安裝在直升機(jī)機(jī)鼻部分或吊置于機(jī)艙腹部，天線陣的法線方向與航線重合，構(gòu)成正視陣布局，天線陣使用垂直于水平面的垂直線陣或面陣結(jié)構(gòu)。要求天線方向圖應(yīng)具有較窄的俯仰波瓣寬度，在垂直方向上的天線孔徑要長。窄的俯仰波瓣寬度有利于從空間角度上將高架的高壓線與地面背景相互區(qū)別，即：在掃描的每個(gè)波位位置，雷達(dá)視線所見的高壓線和背景地面具有一定的視距差，使高壓線和地面回波來自于不同的檢測距離門。在垂直布陣方向上，本發(fā)明實(shí)施例中的雷達(dá)系統(tǒng)有多個(gè)對應(yīng)的接收通道，可提取來自不同高度或俯仰角度的回波信號(hào)的相位差。天線陣在垂直方向上具有快速掃描能力，直升機(jī)通過俯仰向波束掃描來檢測前方空域內(nèi)的高度未知的高壓線。依據(jù)俯仰波瓣的寬度，待檢測空域在垂直方向上可以被劃分成若干個(gè)波位。波位位置的設(shè)定準(zhǔn)則是：對于指定檢測距離，指向最低檢測高度波位的波束不能照射到此指定距離之前的地面，且對于此波束的俯視掃描角度，要求其使俯仰波瓣下邊沿剛好照射到要求檢測到的高壓線的最低高度。檢測波位數(shù)量根據(jù)直升機(jī)高度動(dòng)態(tài)調(diào)整，直升機(jī)的高度可以從機(jī)載的高度表或GPS設(shè)備獲得。若使用垂直線陣結(jié)構(gòu)，天線不進(jìn)行方位掃描；若為垂直面陣結(jié)構(gòu)，需進(jìn)行方位掃描。本發(fā)明實(shí)施例中，雷達(dá)工作在毫米波波段，角度和距離測量精度高。雷達(dá)波形采用調(diào)頻脈沖串信號(hào)或者調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)。針對直升機(jī)飛行前方的待檢測空域，天線波束在俯仰維對按垂直高度劃分的若干波位進(jìn)行掃描。雷達(dá)發(fā)射時(shí)，天線陣根據(jù)設(shè)定的導(dǎo)引方向，向指定的波位輻射一組具有特定重復(fù)周期的探測信號(hào)；接收時(shí)，用天線陣收集雷達(dá)回波，并產(chǎn)生多通道的接收信號(hào)。天線陣的每個(gè)天線陣元可對應(yīng)一個(gè)單獨(dú)的發(fā)射/接收(T/R)模塊；也可以采用子陣列結(jié)構(gòu)，令多個(gè)天線單元共用一個(gè)T/R模塊?；夭ㄐ盘?hào)在數(shù)字接收機(jī)內(nèi)經(jīng)模擬-數(shù)字變換器后變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，采樣頻率至少為信號(hào)帶寬的兩倍，各個(gè)采樣點(diǎn)的出現(xiàn)時(shí)間對應(yīng)了空間中不同距離門回波的延時(shí)。S2、根據(jù)回波信號(hào)形成空時(shí)數(shù)據(jù)矩陣。在每個(gè)探測信號(hào)的重復(fù)周期內(nèi)，數(shù)字接收機(jī)采樣得到K個(gè)采樣點(diǎn)xk,k＝1,...,K，每個(gè)樣點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)刻表示該位置上回波的雙程距離延時(shí)。K個(gè)采樣點(diǎn)覆蓋了設(shè)定檢測距離的全部距離門，第1個(gè)采樣點(diǎn)x1代表第1個(gè)距離門的回波信號(hào)，第K個(gè)采樣點(diǎn)xk代表第K個(gè)距離門的回波信號(hào)。對于M個(gè)重復(fù)周期的探測信號(hào)，在每個(gè)距離門上可獲得M個(gè)時(shí)間采樣值xm,k,m＝1,...,M；k＝1,...,K。每進(jìn)行一次探測，每個(gè)接收通道輸出的信號(hào)樣點(diǎn)數(shù)為M×K，N個(gè)通道的雷達(dá)接收系統(tǒng)總共可獲得N×M×K個(gè)信號(hào)樣點(diǎn)xn,m,k,n＝1,...,N；m＝1,...,M；k＝1,...,K。將每個(gè)距離門上的對應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行重新排列，排列格式為：把第k個(gè)距離門的數(shù)據(jù)排成一個(gè)N×M維的空時(shí)數(shù)據(jù)矩陣Xk。矩陣Xk＝[x1,k,x2,k,...,xN,k]T的第n行(n＝1,...,N)表示由第n個(gè)接收通道輸出的M時(shí)間采樣點(diǎn)xn,k＝[xn,1,k,xn,2,k,...,xn,M,k]T，樣點(diǎn)時(shí)間間隔為探測信號(hào)的重復(fù)周期；矩陣Xk＝[x'1,k,x'2,k,...,x'M,k]T的第m列(m＝1,...,M)元素表示天線陣對第m個(gè)重復(fù)周期回波產(chǎn)生的N個(gè)空間樣點(diǎn)x'm,k＝[x1,m,k,x2,m,k,...,xN,m,k]T。上述各式中運(yùn)算符號(hào)[·]T表示矩陣轉(zhuǎn)置運(yùn)算。在下述的步驟S3-S5的處理中，用某個(gè)距離門k對應(yīng)的空時(shí)數(shù)據(jù)矩陣Xk作為處理對象。S3、把空時(shí)數(shù)據(jù)矩陣中的數(shù)據(jù)從空-時(shí)域映射到角度-多普勒頻率域。每一次映射處理從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中取出一個(gè)空時(shí)數(shù)據(jù)矩陣Xk，將其變換到角度-多普勒頻率域。一種實(shí)現(xiàn)變換方法是使用二維快速傅里葉變換(2D-FFT)，變換后空時(shí)數(shù)據(jù)被映射到由N個(gè)角度值和M個(gè)多普勒頻率值形成的二維網(wǎng)格面上，每個(gè)網(wǎng)格對應(yīng)了一個(gè)角度-多普勒頻率單元。本發(fā)明實(shí)施例中采用另一種實(shí)現(xiàn)變換方法，以某個(gè)距離門k對應(yīng)的空時(shí)數(shù)據(jù)矩陣Xk作為處理對象，計(jì)算Xk中數(shù)據(jù)的最小方差譜：定義在由P個(gè)角度值φp和Q個(gè)多普勒頻率值fd,q構(gòu)成的P×Q個(gè)角度-多普勒頻率單元的平面上，為保證對角度和多普勒頻率的高分辨率，P＞＞N，Q＞＞M。第p行第q個(gè)單元對應(yīng)的最小方差譜值的計(jì)算公式為：式中p＝1,2,...,P，q＝1,2,...,Q，是第k個(gè)距離門數(shù)據(jù)的MN×MN維協(xié)方差矩陣，E[·]是期望算子，(·)H表示共軛轉(zhuǎn)置，為與之對應(yīng)的逆矩陣；ck是長度為NM的列矢量，它是通過把空時(shí)數(shù)據(jù)矩陣Xk的各列堆疊成一列而得到的，即：ck＝stack(Xk)＝[(x'1,k)T,(x'2,k)T,...,(x'M,k)T]T，stack(·)表示將矩陣各列從左到右編號(hào)，按照順序?qū)⑶耙涣械淖詈笠恍性嘏c下一列的第一行元素連接，組成列矢量；sp,q是網(wǎng)格(φp,fd,q)對應(yīng)的MN×1維期望信號(hào)矢量，即：其中m＝0,1,...,M-1，n＝0,1,...,N-1，j是虛數(shù)單位，T是脈沖重復(fù)周期，d是天線陣元間距，λ是信號(hào)波長，cosφp是角度單元的余弦函數(shù)值，是克羅內(nèi)克積運(yùn)算。應(yīng)用公式(1)計(jì)算每個(gè)角度-多普勒頻率單元對應(yīng)的最小方差譜值，得到回波信號(hào)的最小方差譜，即把空時(shí)域數(shù)據(jù)Xk映射為角度-多普勒頻率域數(shù)據(jù)Yk，其元素表示為[Yp,q]k＝y(tǒng)p,q,k。S4、抑制地面雜波。使用圖像處理方法在角度-多普勒頻率平面上檢測出沿橢圓或近橢圓分布的數(shù)據(jù)單元并進(jìn)行刪除，(pc,qc)表示任何分布在地雜波橢圓上的角度-多普勒頻率單元。S5、檢測高壓線信號(hào)。對待檢測平面剩下的角度-多普勒頻率單元yp,q,k,p＝1,2,...,P,q＝1,2,...,Q，且p≠pc,q≠qc進(jìn)行門限檢測：把每個(gè)單元的信號(hào)幅度或強(qiáng)度值同一個(gè)檢測門限Tk相比較，對于超過門限值的單元判為存在高壓線目標(biāo)，否則判為僅有噪聲信號(hào)。檢測規(guī)則采用紐曼-皮爾遜準(zhǔn)則，理論門限值與設(shè)定的虛警概率相對應(yīng)。實(shí)際門限值是用二維平面上的平均噪聲功率對理論值進(jìn)行歸一化后的處理值。平均噪聲功率由平面上不包含當(dāng)前檢測單元和保護(hù)單元的其余單元估計(jì)得到，計(jì)算公式是：式中Pni是第i個(gè)單元的噪聲功率，I是參與計(jì)算的單元數(shù)量。應(yīng)用步驟S3-S5對所有距離門的空時(shí)數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行處理，給出每個(gè)角度-多普勒單元是否存在高壓線目標(biāo)的判決，高壓線單元記為k∈[1,2,...,K]，(pt,qt)表示存在高壓線目標(biāo)的單元。S6、估計(jì)高壓線的位置坐標(biāo)。計(jì)算高壓線角度-多普勒單元k∈[1,2,...,K]的空間直角坐標(biāo)(x,y)，將計(jì)算值(x,y)作為高壓線位置坐標(biāo)的估計(jì)值。S7、辨識(shí)高壓線。對所有距離門上判為高壓線單元的空間直角坐標(biāo)進(jìn)行直線化處理，保留呈直線關(guān)系的點(diǎn)，并把點(diǎn)進(jìn)行連接，剔除偏離直線段的坐標(biāo)點(diǎn)和孤立的坐標(biāo)點(diǎn)；連成直線段的坐標(biāo)點(diǎn)構(gòu)成高壓線的平面位置分布圖，此時(shí)，可辨識(shí)出高壓線。S8、辨識(shí)出高壓線目標(biāo)后，觸發(fā)警報(bào)系統(tǒng)，向飛行員發(fā)出報(bào)警信號(hào)。下面以兩個(gè)具體實(shí)施例對本發(fā)明提出的一種用于直升機(jī)防撞高壓線的雷達(dá)檢測方法作進(jìn)一步說明：實(shí)施例一：直升機(jī)工作在晴朗氣象條件下，設(shè)計(jì)的雷達(dá)最大工作距離為1km。直升機(jī)高壓線探測場景如圖2所示，直升機(jī)飛行高度Hc＝80m，速度vp＝70m/s。天線陣為垂直排列在機(jī)身正面的均勻線陣，陣元個(gè)數(shù)N＝32，陣元間距d＝1.6λ。雷達(dá)工作在毫米波段，波長為3.9mm，發(fā)射線性調(diào)頻脈沖串信號(hào)，脈沖個(gè)數(shù)M＝256，脈沖重復(fù)頻率為fr＝50KHz。大氣傳輸損耗L1＝15dB，高壓線反射系數(shù)是σ＝-10dB。在圖2所示的飛行場景中，高壓線高度是70m，位于直升機(jī)斜前方，與直升機(jī)的水平距離是R＝1km。在大地坐標(biāo)，以X軸為起始方向，波束視線內(nèi)的高壓線跨度與X軸夾角范圍是[π/3,2π/3]。根據(jù)雷達(dá)方程：其中L＝L1+L2，L1＝15dB是傳輸損耗，L2＝3dB是系統(tǒng)損耗，其余參數(shù)如下表所示：雷達(dá)參數(shù)參數(shù)值雷達(dá)參數(shù)參數(shù)值發(fā)射功率Pt＝13W天線增益G＝35dB脈沖時(shí)寬τ＝2μs天線孔徑D＝0.2m距離分辨力ΔR＝3.75m天線俯仰向掃描范圍Δθe＝5°有效信號(hào)帶寬Bn＝40MHz最小檢測信噪比SNR＝15dB快時(shí)間采樣率K＝100MHz玻爾茲曼常數(shù)k＝1.38×10-23J/K脈沖壓縮比D′＝80溫度T0＝290K雷達(dá)最小檢測距離Rmin＝400m噪聲系數(shù)F＝6dB雷達(dá)最大檢測距離Rmax＝1km損耗L＝18dB在上述條件下，雷達(dá)能得到的信噪比至少為SNR＝15dB。距離直升機(jī)500m到1km范圍內(nèi)的高壓線信號(hào)，包含在回波數(shù)據(jù)立方體第1到133個(gè)距離門內(nèi)。天線波束的俯仰主瓣寬度為θ3dB＝1°，檢測波位位置以半個(gè)波瓣寬度θ3dB/2＝0.5°變化。根據(jù)飛行高度Hc＝80m，雷達(dá)在水平面以上有6個(gè)掃描波位，水平面以下有4個(gè)掃描波位，天線檢測各波位位置如圖3所示。波束向下掃描到第1個(gè)波位時(shí)，即可檢測到高度為70m的高壓線。波束向下掃描到第4個(gè)波位時(shí)，俯仰角最大θ＝3°，探測場景的側(cè)視剖面圖如圖4所示。波束下邊線到達(dá)高線的傳輸距離是S1＝R/cosθ＝1001.4m，到達(dá)地面的傳輸距離是S＝Hc/sinθ＝1528.1m,S＞S1，高壓線所有散射點(diǎn)與地雜波落入不同距離門，探測場景俯視圖如圖5所示?；夭〝?shù)據(jù)的排列格式如圖6所示，相應(yīng)處理步驟簡述如下：首先，取出如圖6中所示距離門的N×M維空時(shí)數(shù)據(jù)矩陣，其中N＝32，M＝256，將其從空時(shí)數(shù)據(jù)域映射到角度-多普勒頻率域。本發(fā)明實(shí)施例中，取P＝5N和Q＝5M。映射后第1個(gè)、第k個(gè)和最后一個(gè)距離門的高壓線信號(hào)與地雜波的角度-多普勒平面分布如圖7-9所示，所有距離門的高壓線信號(hào)與地雜波的角度-多普勒平面分布如圖10所示。然后，利用圖像處理方法檢測在角度-多普勒平面上沿橢圓或近橢圓分布的數(shù)據(jù)單元，把沿橢圓或近橢圓分布的數(shù)據(jù)單元剔除。剔除后的回波角度-多普勒分布如圖11所示。接下來，對角度-多普勒平面上剩余的數(shù)據(jù)單元逐個(gè)進(jìn)行門限判決，與預(yù)設(shè)的門限值作比較，高出門限值的數(shù)據(jù)單元判決為有高壓線存在，并對其進(jìn)行標(biāo)記和提取。接下來，對所有距離門k∈[1,133]的空時(shí)數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行前述三個(gè)步驟的處理。然后，根據(jù)高壓線回波所在單元的角度和多普勒頻率值，計(jì)算其對應(yīng)的直角坐標(biāo)，得到判決存在高壓線的單元的坐標(biāo)。然后，保留呈直線關(guān)系的高壓線單元坐標(biāo)點(diǎn)，并把點(diǎn)進(jìn)行連接，剔除偏離直線段的坐標(biāo)點(diǎn)和孤立的坐標(biāo)點(diǎn)，得到高壓線在實(shí)際空間的位置分布，如圖12所示。最后，一旦系統(tǒng)檢測到沿線分布的高壓線目標(biāo)，立即觸發(fā)警報(bào)系統(tǒng)，向飛行員發(fā)出報(bào)警信號(hào)。圖7-10的處理結(jié)果證明本發(fā)明能將落入不同距離門的高壓線目標(biāo)信號(hào)提取出來，且高壓線信號(hào)和地雜波不在同一距離門。圖12證明本發(fā)明可以恢復(fù)出高壓線的空間分布。實(shí)施例二：直升機(jī)工作在雨霧等氣象條件下，所設(shè)計(jì)的最小工作距離為400m。探測場景同實(shí)施例一，大氣傳輸損耗L1＝30dB，高壓線反射系數(shù)σ＝-20dB，根據(jù)公式(3)所示雷達(dá)方程，直升機(jī)可在距離高壓線475m處將其檢測出來。上述兩個(gè)實(shí)施例中的處理結(jié)果證明，所提出的直升機(jī)雷達(dá)高壓線檢測方法可以實(shí)現(xiàn)直升機(jī)在正常天氣和雨霧天氣條件下對高壓線的檢測。設(shè)計(jì)的天線波束主瓣寬度和掃描范圍，保證地雜波和高壓線落入不同距離門；利用地雜波的角度-多普勒分布，剔除地面干擾數(shù)據(jù)單元；提取高壓線數(shù)據(jù)單元，根據(jù)各個(gè)單元內(nèi)的角度-多普勒值，計(jì)算高壓線空間位置坐標(biāo)；檢測系統(tǒng)通過判別回波信號(hào)空間分布來觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)。另一方面信號(hào)處理過后，留有充足的時(shí)間給飛行員，對檢測結(jié)果做出反應(yīng)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3