一种雷达遮蔽盲区标定方法及装置
阅读说明：本技术 一种雷达遮蔽盲区标定方法及装置 (Radar blind area shielding calibration method and device ) 是由 王日冬 张志� 朱宇涛 谭礼晋 余博 杨丽萍 李娜 李超 于 2020-12-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种雷达遮蔽盲区标定方法及装置,属于雷达技术领域,解决雷达遮蔽盲区的标定问题,方法包括以下步骤：基于雷达探测区域数字地图信息,建立基于规则矩形网格参考面的数字高程模型DEM；每个网格点中包括一个DEM高程；在网格参考面上,以雷达探测点所在的网格点S(i,j)为原点,以行号为i的网格为横轴,以列号为j的网格为纵轴,按平面直角坐标系八象限划分方式,将数字高程模型DEM的网格区域分割成八条网格方向线和由相邻网格方向线间隔的八个网格象限；采用射线法对八条网格方向线上的雷达盲区进行标定；采用参考面法对八个网格象限上的雷达盲区进行标定。本发明可利用多核CPU执行并行计算,实现360°雷达全方位遮蔽盲区的快速标定。(The invention relates to a method and a device for calibrating a radar blind area, which belong to the technical field of radars and solve the problem of calibrating the radar blind area, and the method comprises the following steps: establishing a digital elevation model DEM based on a regular rectangular grid reference surface based on the digital map information of the radar detection area; each grid point comprises a DEM elevation; on a grid reference surface, taking a grid point S (i, j) where a radar detection point is located as an origin, taking a grid with a row number of i as a horizontal axis, taking a grid with a column number of j as a vertical axis, and dividing a grid area of a digital elevation model DEM into eight grid direction lines and eight grid quadrants spaced by adjacent grid direction lines according to a plane rectangular coordinate system eight-quadrant division mode; calibrating radar blind areas on the eight grid direction lines by adopting a ray method; and calibrating the radar blind areas on the eight grid quadrants by adopting a reference surface method. The invention can utilize the multi-core CPU to execute parallel computation and realize the rapid calibration of the 360-degree radar omnibearing shielding blind area.)
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，尤其一种雷达遮蔽盲区标定方法及装置。
背景技术
雷达地形遮蔽盲区是由于雷达波在空间行进过程中被地形起伏区域遮挡，如山脉、丘陵、森林等，对雷达造成了屏蔽作用，从而形成了雷达波在有效作用距离(威胁半径)内不能到达的空间区域。雷达地形遮蔽盲区的形成仅与地形和雷达发射天线位置有关。
常规的雷达遮蔽盲区计算对每个点采用相同方法逐一计算，计算量大，速度慢，无法满足快速进行雷达360°全方位雷达遮蔽盲区标定的要求。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种雷达遮蔽盲区标定方法及装置，解决雷达遮蔽盲区的快速标定问题。
本发明提供的技术方案是：
本发明公开了一种雷达遮蔽盲区标定方法，包括以下步骤：
基于雷达探测区域数字地图信息，建立基于规则矩形网格参考面的数字高程模型DEM；每个网格点中包括一个DEM高程；
在网格参考面上，以雷达探测点所在的网格点S(i，j)为原点，以行号为i的网格为横轴，以列号为j的网格为纵轴，按平面直角坐标系的八象限划分方式，将数字高程模型DEM的网格区域分割成八条网格方向线和由相邻网格方向线间隔的八个网格象限；
采用射线法对八条网格方向线上的雷达盲区进行标定；
采用参考面法对八个网格象限上的雷达盲区进行标定。
进一步地，在每条网格方向线上的雷达盲区标定方法包括：
1)从原点出发沿网格方向线向外，寻找到第一个DEM高程大于原点DEM高程的第一网格点，以原点和第一网格点的DEM高程值为基点画出第一高程射线；在第一网格点向外的网格方向线上的每个网格点都对应一个第一高程射线高程值；
2)从第一网格点开始，再沿与步骤1)相同方向，寻找DEM高程大于第一高程射线高程值的第二网格点；如果在雷达探测范围内，不存在第二网格点，则在所述网格方向线上从第一网格点向外，高程值在第一高程射线之下的空间点标定为雷达的盲区；
3)如果存在第二网格点，则在所述第一网格点与第二网格点之间的网格方向线上，高程值在第一高程射线之下的空间点标定为雷达的盲区；
4)再以原点和第二网格点的DEM高程值为基点画出第二高程射线；在第二网格点向外的网格方向线上的每个网格点都对应一个第二高程射线高程值；
5)从第二网格点开始，再沿与步骤1)相同方向，寻找DEM高程大于第二高程射线高程值的第三网格点；如果在雷达探测范围内，不存在第三网格点，则在所述网格方向线上从第二网格点向外，高程值在第二高程射线之下的空间点标定为雷达的盲区；
6)如果存在第三网格点，则在所述第二网格点与第三网格点之间的网格方向线上，高程值在第二高程射线之下的空间点标定为雷达的盲区；
以此类推，直至对雷达探测范围内的、网格方向线上的所有网格点的盲区进行标定。
进一步地，采用并行计算方法，对八条网格方向线上的雷达盲区同时进行标定。
进一步地，在每个网格象限上的雷达盲区进行标定方法包括：
1)根据按平面直角坐标系划分的网格象限编号确定辅助网格点；
对于一、四、五、八网格象限，从原点S出发向外获取距离最近的待标定网格点，在将处于原点S与所述待标定网格点之间的，与待标定网格点距离最近的，网格行号相同的两个网格点作为辅助网格点t1和t2；
对于二、三、六、七网格象限，从原点S出发向外获取距离最近的待标定网格点，在将处于原点S与所述待标定网格点之间的，与待标定网格点距离最近的，网格列号相同的两个网格点作为辅助网格点t1和t2；
2)建立由原点S、两个辅助网格点t1和t2构成的空间参考平面；
3)计算所述待标定点的最小高程Z
其中，x、y为待标定网格点的网格坐标，x1、y1为辅助网格点t1的网格坐标，r1为辅助网格点t1的高程；x21、y21为辅助网格点t1、t2的行向距离、列向距离；z21为辅助网格点t1、t2的高程差；x31、y31为辅助网格点t1、原点S的行向距离、列向距离；z31为辅助网格点t1、原点S的高程差；
4)在待标网格点，高程小于最小高程Z的空间点标定为雷达的盲区；
5)依次将待标定网格坐标向外移动，重复步骤1)-4)对待标网格进行雷达的盲区标定，直至雷达探测的边界。
进一步地，采用并行计算方法，同时对八个网格象限上的雷达盲区进行标定。
本发明还公开了一种雷达遮蔽盲区标定装置，包括数字高程模型DEM、DEM分区模块、第一计算单元、第二计算单元、
数字高程模型DEM，基于规则矩形格网参考面的数字高程模型DEM；每个网格点包括一个DEM高程；
DEM分区模块，基于以雷达探测点所在的格网点S(i，j)为原点，以行号为i的网格为横轴，以列号为j的网格为纵轴，按平面直角坐标系的八象限划分方式，将数字高程模型DEM区域分割成八条网格方向线，以及由网格线间隔的八个网格象限；
第一计算单元，用于从DEM分区模块获取八条网格方向线分区，采用射线法标定八条网格方向线上的雷达盲区；
第二计算单元，用于从DEM分区模块获取八个网格象限分区，采用参考面法标定八个网格象限的雷达盲区。
进一步地，所述第一计算单元中执行权利要求2中的雷达盲区标定方法。
进一步地，所述第一计算单元采用多线程技术，利用多核CPU并行执行八条网格方向线上的雷达盲区。
进一步地，所述第二计算单元中执行权利要求4中的雷达盲区标定方法，
进一步地，所述第二计算单元采用多线程技术，利用多核CPU并行执行八个网格象限的雷达盲区。
本发明至少可实现以下有益效果之一：
本发明采用的雷达遮蔽盲区标定方法将数字高程模型划分为分别独立的八条网格方向线和八个网格象限，基于网格方向线和网格象限的特性，采用射线法和参考面法分别独立的进行雷达遮蔽盲区标定，可利用多核CPU执行并行计算，实现360°雷达全方位遮蔽盲区的快速标定。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本实施例一中的雷达遮蔽盲区标定方法流程图；
图2为本实施例一中的DEM区域划分示意图；
图3为本实施例二中的雷达遮蔽盲区标定装置组成连接原理图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
实施例一
本实施例公开了一种雷达遮蔽盲区标定方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1、基于雷达探测区域数字地图信息，建立基于规则矩形网格参考面的数字高程模型DEM；每个网格点中包括一个DEM高程；
具体的，参考面的规则矩形网格的大小，即网格的行间隔dx、列间隔dy的宽度，可根据对雷达遮蔽盲区标定的分辨率要求确定，在每个网格点(m,n)包括一个DEM高程信息r。
步骤S2、在网格参考面上，以雷达探测点所在的网格点S(i，j)为原点，以行号为i的网格为横轴，以列号为j的网格为纵轴，按平面直角坐标系的八象限划分方式如图2所示，将数字高程模型DEM的网格区域分割成八条网格方向线(第一至第八网格方向线)；和由相邻网格方向线间隔的八个网格象限；(第一至第八网格象限顺时针排列)。
步骤S3、采用射线法对八条网格方向线上的雷达盲区进行标定；
由于从雷达探测点向八条网格方向线上观测，探测点、待标定点以及可能的形成遮挡关系的网格点均在网格方向线上，因此采用射线法对八条网格方向线上的雷达盲区进行标定；
具体的在每条网格方向线上的雷达盲区标定方法包括：
1)从原点出发沿网格方向线向外，寻找到第一个DEM高程大于原点DEM高程的第一网格点，以原点和第一网格点的DEM高程值为基点画出第一高程射线；在第一网格点向外的网格方向线上的每个网格点都对应一个第一高程射线高程值；
2)从第一网格点开始，再沿与步骤1)相同方向，寻找DEM高程大于第一高程射线高程值的第二网格点；如果在雷达探测范围内，不存在第二网格点，则在所述网格方向线上从第一网格点向外，高程值在第一高程射线之下的空间点标定为雷达的盲区；
3)如果存在第二网格点，则在所述第一网格点与第二网格点之间的网格方向线上，高程值在第一高程射线之下的空间点标定为雷达的盲区；
4)再以原点和第二网格点的DEM高程值为基点画出第二高程射线；在第二网格点向外的网格方向线上的每个网格点都对应一个第二高程射线高程值；
5)从第二网格点开始，再沿与步骤1)相同方向，寻找DEM高程大于第二高程射线高程值的第三网格点；如果在雷达探测范围内，不存在第三网格点，则在所述网格方向线上从第二网格点向外，高程值在第二高程射线之下的空间点标定为雷达的盲区；
6)如果存在第三网格点，则在所述第二网格点与第三网格点之间的网格方向线上，高程值在第二高程射线之下的空间点标定为雷达的盲区；
以此类推，直至对雷达探测范围内的，网格方向线上的所有点的盲区进行标定。
优选的，由于分割成的八条网格方向线互相独立，相互没有交联关系。因此，可以采用并行计算方法，对八条网格方向线上的雷达盲区同时进行标定。
经过八条网格方向线的雷达盲区标定后，对剩余的被八条网格方向线分割的位于八个象限内的网格点引起的雷达盲区进行标定。由于各象限的网格点各自独立，在每个网格象限上可分别进行雷达盲区标定。
步骤S4、采用参考面法对八个网格象限上的雷达盲区进行标定。
具体方法包括：
1)根据网格象限的编号确定辅助网格点；
对于一、四、五、八网格象限，从原点S出发向外获取距离最近的待标定网格点，在将处于原点S与所述待标定网格点之间的，与待标定网格点距离最近的，网格行号相同的两个网格点作为辅助网格点t1(m1，n1)和t2(m2，n2)；
对于二、三、六、七网格象限，从原点S出发向外获取距离最近的待标定网格点，在将处于原点S与所述待标定网格点之间的，与待标定网格点距离最近的，网格列号相同的两个网格点作为辅助网格点t1(m1，n1)和t2(m2，n2)；
2)建立由原点S、两个辅助网格点t1和t2构成的空间参考平面；
在空间参考平面内，辅助网格点t1的网格坐标为x1、y1，DEM高程为r1；辅助网格点t2的网格坐标为x2、y2，DEM高程为r2；原点S网格坐标为x3、y3，DEM高程为r3；
则参考平面的方程为：
为进一步得到待标定点的最小高程，计算以下辅助距离：
辅助网格点t1、t2之间的，
行向距离x21＝x2-x1＝(m2-m1)×dx；
列向距离y21＝y2-y1＝(n2-n1)×dy；
高程差z21＝r2-r1；
辅助网格点t1、原点S之间的，
行向距离x31＝x3-x1＝(i-m1)×dx；
列向距离y31＝y3-y1＝(j-n1)×dy；
高程差z31＝r3-r1；
辅助网格点t2、原点S之间的，
行向距离x32＝x3-x2＝(i-m2)×dx；
列向距离y32＝y3-y2＝(j-n2)×dy；
高程差z32＝r3-r2。
3)计算所述待标定点的最小高程Z
根据计算所述待标定点的最小高程；
4)在待标网格点，高程小于最小高程Z的空间点标定为雷达的盲区；
5)依次将待标定网格坐标向外移动，重复1)-4)对待标网格进行雷达的盲区标定，直至雷达探测的边界。
优选的，由于被八条网格方向线分割的八个象限互相独立，相互没有交联关系。因此，可以采用并行计算方法，对八条网格方向线上的雷达盲区同时进行标定。
更优选的，在运算资源允许的情况下，对八条网格方向线上和八个网格象限上的雷达盲区同时进行标定；可进一步加快盲区标定的速度。
综上所述，本实施例采用的雷达遮蔽盲区标定方法将数字高程模型划分为分别独立的八条网格方向线和八个网格象限，基于网格方向线和网格象限的特性，利用网格方向线上的遮蔽特征只由于单个网格点决定，采用射线法分别进行雷达雷达遮蔽盲区标定，速度快，运算量小；利用事先划定好的网格方向线将剩余的网格划分为相互独立的八个象限分别采用参考面法独立的进行雷达遮蔽盲区标定。本实施例方法可充分利用多核CPU并行执行计算的优点，可将八条网格方向线和/或八个网格象限都采用并行计算，以实现360°雷达全方位遮蔽盲区的快速标定。
实施例二
本实施例公开了一种雷达遮蔽盲区标定装置，如图3所示，包括数字高程模型DEM、DEM分区模块、第一计算单元、第二计算单元、
数字高程模型DEM，基于规则矩形格网参考面的数字高程模型DEM；每个网格点包括一个DEM高程；
DEM分区模块，基于以雷达探测点所在的格网点S(i，j)为原点，以行号为i的网格为横轴，以列号为j的网格为纵轴，按平面直角坐标系的八象限划分方式，将数字高程模型DEM区域分割成八条网格方向线，以及由网格线间隔的八个网格象限；
第一计算单元，用于从DEM分区模块获取八条网格方向线分区，采用射线法标定八条网格方向线上的雷达盲区；
第二计算单元，用于从DEM分区模块获取八个网格象限分区，采用参考面法标定八个网格象限的雷达盲区。
更具体的，所述第一计算单元中执行实施例一中对八条网格方向线上的雷达盲区进行标定的方法。
更优选的，所述第一计算单元采用多线程技术，利用多核CPU并行执行八条网格方向线上的雷达盲区。
更具体的，所述第二计算单元中执行实施例一中对八个网格象限的雷达盲区进行标定的方法。
更优选的，所述第二计算单元采用多线程技术，利用多核CPU并行执行八个网格象限的雷达盲区。
本实施例中的具体细节以及技术效果与实施例相似，在此就不一一赘述。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。