CN114488056B - 一种基于宽频Bragg特征的高压线确认方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于宽频Bragg特征的高压线确认方法，涉及雷达技术领域，本发明将候选高压线回波进行多频率辐射确认Bragg点特征，针对了Bragg点的频率特性，充分的考虑了不同频点下的Bragg角度与垂直角度差值的变化关系，将杂波与真正高压线的Bragg回波点进行有效区分，解决了高压线虚警与错误关联的问题。本发明可以应用于直升机、固定翼飞机、无人机等低空飞行的飞机的防撞雷达算法设计，能够有效的检测高压线及防止虚警。

Description

一种基于宽频Bragg特征的高压线确认方法
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，特别是一种基于宽频Bragg特征的高压线确认方法。
背景技术
根据国外直升机事故统计数据，对直升机飞行安全威胁最大的是高压线，而毫米波雷达则是全天候检测高压线的一种有效手段。高压线为铝绞股线，并且单根铝线的线径一般为1～4毫米，因此，在毫米波雷达波段具有Bragg散射特征，一般毫米波雷达就是基于毫米波段的Bragg特征进行高压线检测。但是常规方法在复杂的地物环境下(如建筑密集的区域)或公路间隔离的栏杆、路灯等区域时难以区分回波是高压线Bragg回波还是其它地面物体的杂波，这些问题导致高压线关联困难，极大的影响了防撞雷达的效果。综上，现有技术存在复杂环境下高压线难以准确检测的问题，具体的是针对现有直升机毫米波防撞雷达在复杂地物环境下的高压线关联容易出错及虚警过多的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于宽频Bragg特征的高压线确认方法，本发明能够极大的提升复杂地物回波下高压线检测的准确率。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
根据本发明提出的一种基于宽频Bragg特征的高压线确认方法，包括以下步骤：
步骤一、对待测物回波的垂直点位置进行测角，得到待测物回波的垂直点估计角度
步骤二、获得当前待测物回波的第k个Bragg点的方位角的估计角度以及第k个Bragg点的角度差/>其中，k＝1,2…，K，K为当前待测物回波的Bragg点的总个数；
步骤三、对第k个Bragg点采用频率为f1,f2,...fm......fM进行测角，计算出频率为fm的第k个Bragg点的角度差频率fm下的第k个Bragg点的角度差估计值/>其中，fm为第m个频率点，M为频率点总数；
步骤四、计算与/>之间的均方误差/>如果/>则第k个Bragg点为真正的Bragg点，其中，ρ为Bragg点确认门限；
步骤五、完成当前待测物回波的所有Bragg点的判断，得到R个真正的Bragg点，如果R＞ξ，ξ为高压线的判断门限，则判断该待测物回波为高压线回波，待测物判断为高压线。
作为本发明所述的一种基于宽频Bragg特征的高压线确认方法进一步优化方案，步骤一具体如下：
雷达工作载频初始频率为f0，在f0频率下获得待测物回波，待测物回波包括方位和路数据∑1、方位差路数据Δ1，∑1中的垂直点位置的和路值为Δ1中的垂直点位置的差路值为/>
首先进行垂直点和差测角，得到待测物回波的垂直点估计角度的公式如下：
其中，为待测物回波的垂直点的波束指向角度，Ka为天线差路角误差增益且为一常数，imag()表示求取虚部值。
作为本发明所述的一种基于宽频Bragg特征的高压线确认方法进一步优化方案，步骤二具体如下：
∑1中的第k个Bragg点的和路值为Δ1中的第k个Bragg点的差路值为/>对/>和/>进行和差测角得到第k个Bragg点的方位角的估计角度/>其中，k＝1,2…，K，K为当前待测物回波的Bragg点的总个数；
其中，为第k个Bragg点的波束指向角度；
第k个Bragg点的角度差通过如下公式计算获得：
作为本发明所述的一种基于宽频Bragg特征的高压线确认方法进一步优化方案，步骤三具体如下：
对第k个Bragg点采用频率为f1,f2,...fm......fM进行测角，计算出频率为fm的角度差其中，fm为第m个频率点，M为频率点总数；
计算第k个Bragg点在频率fm下的估计角度
其中，表示频率为fm时的第k个Bragg点的和路值，/>表示频率为fm时第k个Bragg点的差路值；
通过如下公式计算获得：
频率fm下的角度差估计值计算公式如下：
作为本发明所述的一种基于宽频Bragg特征的高压线确认方法进一步优化方案，步骤四中，按照公式(7)计算与/>之间的均方误差/>
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
(1)本发明将候选高压线回波进行多频率辐射确认Bragg点特征，可极大改善直升机防撞雷达的高压线检测性能，具有广泛的应用前景；本方法针对了Bragg点的频率特性，充分的考虑了不同频点下的Bragg角度与垂直角度差值的变化关系，将杂波与真正高压线的Bragg回波点进行有效区分，解决了高压线虚警与错误关联的问题；
(2)本发明可以应用于直升机、固定翼飞机、无人机等低空飞行的飞机的防撞雷达算法设计，能够有效的检测高压线及防止虚警。
附图说明
图1是不用频率下的高压线Bragg特征示意图；
图2是本发明的实施实例流程图；
图3是回波高压线和路图；
图4是计算出不同频率点f1～f13与垂直点的角度差；
图5是雷达实际辐射计算出频率点f1～f13与垂直点的角度差。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
本发明基于不同频率照射下高压线的Bragg散射方位角度不同(如图1)的远离进行高压线检测，采用针对候选高压线的潜在Bragg点发射多个频率测量的方式，结合毫米波雷达单脉冲方位测角方法，获得候选高压线的Bragg角度变化，最终识别出真正的高压线Bragg点的回波，降低复杂条件下高压线的错误率，并提升高压线的检测率。具体的，本方法将通过传统方法，例如Hough变换法检测的出预选高压线作为待测物，通过常规的CFAR手段检测到待测物的高压线Bragg点，通过跳频方式在Bragg位置进行回照，然后对不同频率的照射回波进行测角，将不同频率的测角结果与Bragg点在不同频率条件下的角度预计结果进行比较，进一步判断高压线是否为真正的高压线Bragg点，具体步骤如图2。
一种基于宽频Bragg特征的高压线确认方法，包括以下步骤：
步骤一、对待测物回波的垂直点位置进行测角；具体如下：
本实例共一条待测物高压线(图3)雷达工作载频初始频率f0＝93GHz，在f0频率下获得待测高压线回波，待测高压线回波包括方位和路数据∑1和方位差路数据Δ1，∑1中的垂直点位置的和路值为(图3中3号点)、Δ1中的垂直点位置的差路值为/>(图3中3号点)；
首先进行垂直点和差测角，得到垂直点估计角度根据公式1计算获得/>
步骤二、对当前待测物回波的Bragg点估计与垂直点的角度差；具体如下：
其中，k＝1、2、3、4，当前待测物回波的Bragg点的总个数共4个点，第一个Bragg点回波为和/>根据公式2计算，得到估计角度/>
其中，为雷达照射到此Bragg点的波束指向角度为-7.5°，补偿后/>
此高压线的Bragg点与垂直点的角度差通过如下公式计算，为10.1°：
步骤三、对第1个Bragg点用不同频率进行测角，估计在不同频率下的角度；具体如下：
对第1个Bragg点采用频率为90GHz,90.5GHz,...93GHz......96GHz共13个频率点的角度偏离垂直点的值计算，计算出以及频率为fm的角度差/>得到/>结果如图4，估计公式如下：
频率fm时的角度差通过如下公式计算获得：
而频率90GHz,90.5GHz,...93GHz......96GHz的角度差估计值如图5，计算公式如下：
步骤四、按照公式(7)计算与/>之间的均方误差/>
令ρ＝0.15，经过计算满足/>所以1号点Bragg点为真。
步骤五、重复步骤三和四，同理计算出2、4、5号点Bragg为真，得到4个都满足步骤四Bragg点为真的条件，ξ＝3，R＞ξ，判断高压线为真。完成高压线的真假判断。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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内。

Claims (4)

1.一种基于宽频Bragg特征的高压线确认方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、对待测物回波的垂直点位置进行测角，得到待测物回波的垂直点估计角度
步骤二、获得当前待测物回波的第k个Bragg点的方位角的估计角度以及第k个Bragg点的角度差/>其中，k＝1,2…，K，K为当前待测物回波的Bragg点的总个数；
步骤三、对第k个Bragg点采用频率为f1,f2,...fm......fM进行测角，计算出频率为fm的第k个Bragg点的角度差频率fm下的第k个Bragg点的角度差估计值/>其中，fm为第m个频率点，M为频率点总数；
步骤四、计算与/>之间的均方误差/>如果/>则第k个Bragg点为真正的Bragg点，其中，ρ为Bragg点确认门限；
步骤五、完成当前待测物回波的所有Bragg点的判断，得到R个真正的Bragg点，如果R＞ξ，ξ为高压线的判断门限，则判断该待测物回波为高压线回波，待测物判断为高压线；
步骤一具体如下：
雷达工作载频初始频率为f0，在f0频率下获得待测物回波，待测物回波包括方位和路数据∑1、方位差路数据Δ1，∑1中的垂直点位置的和路值为Δ1中的垂直点位置的差路值为/>
首先进行垂直点和差测角，得到待测物回波的垂直点估计角度的公式如下：
其中，为待测物回波的垂直点的波束指向角度，Ka为天线差路角误差增益且为一常数，imag()表示求取虚部值。
2.根据权利要求1所述的一种基于宽频Bragg特征的高压线确认方法，其特征在于，步骤二具体如下：
∑1中的第k个Bragg点的和路值为Δ1中的第k个Bragg点的差路值为/>对/>和/>进行和差测角得到第k个Bragg点的方位角的估计角度/>其中，k＝1,2…，K，K为当前待测物回波的Bragg点的总个数；
其中，为第k个Bragg点的波束指向角度；
第k个Bragg点的角度差通过如下公式计算获得：
3.根据权利要求2所述的一种基于宽频Bragg特征的高压线确认方法，其特征在于，步骤三具体如下：
对第k个Bragg点采用频率为f1,f2,...fm......fM进行测角，计算出频率为fm的角度差其中，fm为第m个频率点，M为频率点总数；
计算第k个Bragg点在频率fm下的估计角度
其中，表示频率为fm时的第k个Bragg点的和路值，/>表示频率为fm时第k个Bragg点的差路值；
通过如下公式计算获得：
频率fm下的角度差估计值计算公式如下：
4.根据权利要求3所述的一种基于宽频Bragg特征的高压线确认方法，其特征在于，步骤四中，按照公式(7)计算与/>之间的均方误差/>
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