一種測月雷達探測深度計算方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種測月雷達探測深度計算方法，用于實現結合雷達探測數據對設備 可達到的探測深度進行計算。
【背景技術】
[0002] 嫦娥三號衛星于2013年12月2日在西昌衛星發射中心成功發射，12月14日著 陸月球雨海北部地區，巡視器月球車與著陸器成功分離，各自開展探測工作。測月雷達作為 嫦娥三號"玉兔號"月球車的上的重要科學載荷，在月面探測期間，總共探測的有效里程大 于100m，兩個通道總計探測得到了 566MB的原始數據，其科學目標是探測月球車行進線路 上月壤厚度分布及次表層機構。月球厚度分布及次表層結構研究，可提供豐富的科學信息， 一方面可了解月球地質歷史的關鍵，同時有利于月球局部或全熱史研究及地球-月球起源 關系的研究。月壤物質主要是由下伏基巖演化而成，通過對月壤的系統研究，可以了解月殼 組成及其分布特征、演化歷史等。
[0003] 測月雷達在月面的工作分為三個階段，第一階段為第一個月晝時間內的探測工 作，月球車從導航點N0101行進到導航點N0108點，該階段主要是在軌測試階段，對測月雷 達兩個通道的幾個重要參數如時窗、累加次數、脈沖發射的重復頻率、接收機信號增益方式 和衰減設置，進行測試，最終確定了雷達工作較好狀態的參數。第二個階段為第二個月晝時 間內的探測工作，月球車從導航點N0201行進到導航點N209點，該階段雷達基本工作在一 固定的參數下展開探測。第三個階段為第三個月晝及以后的工作階段，測月雷達在導航點 N0209展開的定點探測。其中，在N0209定點位置測試的數據中，包含了雷達高壓關閉的數 據。
[0004] 在測月雷達的實測數據中，為了保證足夠的探測深度，第一通道時延為 10240ns (4096個采樣點），第二通道時延設置為640ns (2048個采樣點），在實測的回波圖 中，信號結構復雜，從時延開始到時延結束的區域都存在大大小小的信號，其中包含了噪聲 和有用信號。對測月雷達探測能力的分析，有利于我們在深度時延方向上區分有用信號和 噪聲，將探測能力以下區域的數據作為噪聲信號，有利于我們在月面數據中提取反射層、特 征結構體等有用信息，最終有利于數據解譯。
[0005] 目前現有的分析方法多集中采用地面驗證試驗數據對雷達系統進行標定，然后折 算到月球上去，進而計算出雷達在月球上的探測深度，這些方法的缺點在于不具有準確性、 全面性。所以期望有一種利用在月面上實測數據對測月雷達探測深度的計算方法。
【發明內容】
[0006] (一）要解決的技術問題
[0007] 為了克服現有技術的上述缺陷，本發明提供了一種結合雷達高壓關閉數據計算測 月雷達探測深度的方法。
[0008] (二）技術方案
[0009] 本發明提供的一種測月雷達探測深度計算方法包括步驟：步驟1，對測月雷達原 始數據進行數據預處理；步驟2,利用測月雷達中高壓關閉的數據進行統計分析得到噪聲 大小；步驟3,將噪聲折算成最小可檢測功率，結合雷達傳輸方程計算測月雷達探測深度。
[0010] 優選地，步驟1對測月雷達原始數據進行的數據預處理包括三步操作：物理量轉 換、去累加次數和去直流。
[0011] 優選地，所述的測月雷達原始數據以二進制存儲，以道為單位，每道數據包含了道 頭和道科學數據，道頭中包括了設備累加次數，一通道數據點數為4096點，二通道數據點 數為2048點。
[0012] 優選地，物理量轉換采用公式X = S-128X (A+1)，其中S為物理量轉換前的單道數 據，X為物理量轉換后的單道數據，A為累加次數。
[0013] 優選地，去累加次數采用公式Y = ΧΛΑ+1)，其中，Y為去累加次數后的單道數據， X為去累加次數前的單道數據，A為累加次數。
[0014] 優選地，去直流采用平滑去直流，采用公式如下：
[0016] 其中，Y(n)代表去直流后的數據，y (n)代表去直流前的數據，N為平滑點數，Ne為總 有效點數。
[0017] 優選地，步驟2還包括：步驟201，選取測月雷達高壓關閉的雷達數據，雷達高壓 關閉時，接收天線接收到的數據以系統噪聲為主，但也包含內容鏈路耦合進去的信號；步驟 202,設置不同大小的區間范圍，具體區間范圍設置如下，一通道區間起點分別為從1開始 每隔500點，終點取4000 ;二通道區間起點分別為從1開始每隔500點，終點取2000,計算 每個區間內信號強度的均值和標準差；步驟203,統計兩個通道每個區間內均值和標準差 的偏差情況，選取偏差小于1 %的區間；步驟204,對上一步選取處的區間內的均值和標準 差取平均得到系統噪聲的均值和標準差。
[0018] 優選地，步驟3還包括：步驟301，取步驟204中計算出的均值和標準差，3倍的標 準差加上均值得到噪聲的大小，轉換成功率形式，作為最小可檢測功率；步驟302,結合雷 達傳輸方程
^十算測月雷達探測深度，其中匕為接收機最小可接收 功率，Pt為發射機輸出功率，G1^為接收天線的增益，Gt為發射天線的增益，ζ ^ (,分別代表 兩次通過地表的透射系數，λ代表電磁波在介質中的波長，〇表示目標物體的雷達散射截 面，R表示目標物體的距離，e 4aR表示雷達波在有耗媒質中的衰減；當P 1^取最小可檢測功率 時，R的取值代表測月雷達的最大探測深度。
[0019] 優選地，所述的目標物體的雷達散射截面取粗糙表面，計算公式為σ = Γ I2JT AR/2, Γ為反射系數。
[0020] 優選地，測月雷達一通道中心頻率為60MHz，對應帶寬為40MHz-80MHz，測月雷達 二通道中心頻率為500MHz，對應帶寬為250MHz-750MHz。
[0021] (三）有益效果
[0022] 應用本發明的測月雷達探測深度計算方法，結合了測月雷達在高壓關閉時的雷達 數據，并結合雷達傳輸方程計算出雷達可達到的探測深度，有利于雷達數據中噪聲抑制和 層位識別。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發明的測月雷達探測深度計算方法的流程圖；
[0024] 圖2是測月雷達一通道數據預處理后的單道波形圖；
[0025] 圖3是測月雷達一通道的探測深度曲線。
【具體實施方式】
[0026] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清晰易懂，下面結合附圖對本發明具體 實施方式進行說明。在此本發明的示意性實例用于解釋本發明，但不作為對本發明的限定。
[0027] 圖1是本發明結合雷達高壓關閉數據和雷達傳輸方程計算探測深度的流程圖。 優選地，本發明的測月雷達探測深度計算方法包括以下步驟：步驟1，對測月雷達原始數據 (0B級）進行數據預處理；步驟2,利用測月雷達中高壓關閉的數據進行統計分析得到噪聲 大小；步驟3,將噪聲折算成最小可檢測功率，結合雷達傳輸方程計算測月雷達探測深度。
[0028] 在本發明中，步驟1中的數據預處理包含了三步操作：物理量轉換、去累加次數和 去直流。
[0029] 優選地，測月雷達原始數據以二進制存儲，以道為單位，每道數據包含了道頭和 道科學數據，道頭中包括了設備累加次數，一通道數據點數為4096點，二通道數據點數為 2048 點。
[0030] 物理量轉換采用公式X = S-128X (A+1)，其中S為物理量轉換前的單道數據，X為 物理量轉換后的單道數據，A為累加次數。
[0031] 去累加次數采用公式Y = ΧΛΑ+1)，其中，Y為去累加次數后的單道數據，X為去累 加次數前的單道數據，A為累加次數。
[0032] 去直流采用平滑去直流，采用公式如下：
[0034] 其中，YwR表去直流后的數據，y ^代表去直流前的數據，N為平滑點數，Ne為總 有效點數。優選地，N取7, 一通道Ne為4096,二通道Ne為2048。
[0035] 圖2為繼續數據預處理后得到測月雷達第一通道的單道數據。圖中，信號前端出 現較大信號的原因是即使雷達高壓關閉，內部鏈路同樣會有信號進入接收機，進而會在單 道回波信號中體現。
[0036] 在本發明中，步驟2,利用測月雷達中高壓關閉的數據進行統計分析得到噪聲大 小。優選地，步驟2還包括：步驟201，選取測月雷達高壓關閉的雷