一種機場雷達信號的處理方法

2023-12-08 07:33:31

專利名稱：一種機場雷達信號的處理方法
技術領域：
本發明涉及涉及到雷達錄取終端數據處理技術，特別是一種機場雷達信號的處理 方法。
背景技術：
雷達在軍事或民間各領域有著廣泛的應用。如軍事上的對海警戒雷達、對空警戒 雷達、引導雷達等，民用的氣象雷達、場面監視雷達等。不同用途的雷達對信號的檢測處理 要求也不全一樣。如軍用的警戒雷達、民用的場面監視雷達等要求對雷達探測範圍內的目 標實現全域目標的跟蹤處理。一般來說，兩坐標雷達是利用電磁的反射回波經掃描變換後 在顯示器上形成圖像，不管是飛機、船隻、島嶼或是建築物都會在顯示器上留下回波視頻。 很多應用場合，島嶼、陸地或建築物形成的數據是沒有必要進行處理的，而這些數據又佔整 個視頻數據的大部分，導致數據處理量龐大，處理效率低，同時這些數據又容易形成假目 標，如小島的回波與大型貨船的回波視頻差別不大以至於被誤認為目標。在現有的雷達視頻處理設備中，很多情況下對雷達的背景視頻雜波(在雷達探測 範圍內的散射體所形成的但是雷達不感興趣的回波)不做處理，有的雖然做了處理，但是 採用了普通的地圖數據，精度沒有衛星地圖高。由於雷達回波存在背景視頻雜波數據，並且背景越複雜背景視頻雜波數據量越 大，如果不進行事先的處理，則增加了雷達錄取終端的數據處理量，對最終的跟蹤效果等帶 來很大的影響。此外，如果背景地圖精度不高的話，可能導致背景視頻雜波去除不完全或者 誤將有效區域的回波當作背景視頻雜波去除。

發明內容
發明目的本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種機場雷 達信號的處理方法。技術方案本發明公開了一種機場雷達信號的處理方法，包括以下步驟步驟一，在機場的衛星視圖或者能反應出機場詳細地貌布局的地圖上描繪出整個 機場區域圖，並標識為有效區域，在所述有效區域內找到所有建築物和草坪，並描繪出建築 物和草坪的邊界或輪廓位置以及場面監視雷達天線所在位置，將所述建築物、草坪以及場 面監視雷達天線所在位置轉換為直角坐標格式；步驟二，將場面監視雷達天線方位360度角平分為M等份，將距離採樣單元平分為 N等份，每等分為D米，構建大小為Tsize = M*N的地理信息表，利用所述建築物、草坪以及場 面監視雷達天線所在位置轉換為直角坐標(X，Y)，計算表內的任意一點Vji對應的平面坐標 X方向的值X"和Y方向的值yji ；步驟三，逐個計算所述地理信息表中每個點(Xji，yji)的值，並判斷該點是否在所 述機場區域圖的有效區域內，如果在有效區域內則判定為真值1，否則為假值0，由此構建 過濾表；
步驟四，依據所述過濾表對於監視雷達天線採集的數據信號進行過濾，即對於第j個方位第i個距離，查詢過濾表中的Vji值，如果Vji值為真則處理，如果值為假則過濾， 從而構建地理信息表；步驟五，通過文件操作函數(Windows系統下的文件操作標準函數)加載 地理信息表，並使用一個大小與Tsize = M*N的地理信息表相同的二維數組，保存所 述地理信息表，通過底層驅動函數(標準的寫FPGA驅動函數)將所述而為數組送給 FPGA(Field-Programmable Gate Array,即現場可編程門陣列)，FPGA硬體在檢測雷達回波 的同時將雷達回波與所述而為數組數組中的值相比較，如果對應值為1則判定在有效區域 中，如果對應值為0則剔除。本發明步驟一中使用Google Earth衛星圖，當然也可以採用其他直接反應地表狀 態的衛星圖，該衛星圖可以採用各種數據格式，本發明方法都可以兼容。本發明採用頂點法描繪出建築物和草坪的邊界或輪廓位置。本發明採用高斯投影變換將轉換直角坐標(X，Y)，包括公式dj = f^ (long-center_long)；dw = f^dat-cente^lat)；X = f2*dj*cos (lat* π /180)；Y = f3*dw+f4*dw2+f5*dw3 ；其中long、Iat是輪廓的經緯度，center_long, center_lat是雷達位置，值為 10000、f2 值為 6、f3 值為 6、f4 值為 2* (10e-6)、f5 值為 3. 9* (IOe-IO)；本發明表內的任意一點Vji對應的平面坐標X方向的值Xji和Y方向的值yji的計 算公式如下 Xji = DXiX cos (j*360. 0/M)；yji = DXiXsin(j*360. 0/M)；其中，D為每個距離單元代表的距離，i為採樣後的距離單元並且0 < i < N，j為 方位單元並且0 < j < M。本發明的目的在於利用地理信息去除雷達回波中的背景視頻雜波。本發明根據雷 達的背景地圖形成地理信息表，利用地理信息表去除雷達的背景視頻雜波，從而減少雷達 視頻數據處理量，提高目標識別概率及跟蹤效果，同時可節約時間資源及存儲器資源，降低 產品成本。本發明主要通過利用雷達探測範圍內的各種地理信息，形成地理信息表，然後使 用該地理信息表，達到過濾雷達背景視頻雜波的目的。本專利在雷達原始視頻的基礎上，利用雷達探測範圍內的各種地理信息，去除雷 達背景視頻雜波。本專利主要用於雷達錄取終端系統，通過軟體加載雷達探測範圍內的地理信息轉 換生成的表，實現雷達背景視頻雜波的去除。有益效果本發明可以應用於對海雷達以及場面監視雷達，體現了如下優點1、 本發明應用廣泛，地理信息的來源也是多樣性的，背景視頻雜波數據佔整個數據的數據量 越大，本發明的效果就越明顯。2、本發明減少了雷達視頻數據處理量，提高目標識別概率及 跟蹤效果，同時可節約時間資源及存儲器資源，降低了產品成本。3、本發明生成地理信息表的時候採用衛星地圖，精度高。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做更進一步的具體說明，本發明的上述和 /或其他方面的優點將會變得更加清楚。圖1為本發明中使用的場面監視雷達工作流程示意圖。圖2為本發明實施例中機場平面圖。圖3為本發明實施例中場面監視雷達回波圖。圖4為本發明實施例過濾前的雷達回波圖。圖5為本發明實施例過濾後的雷達回波圖。
圖6為本發明中場面監視雷達終端工作流程圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明公開了本發明公開了一種機場雷達信號的處理方法，包括以 下步驟步驟一，在機場的衛星視圖或者能反應出機場詳細地貌布局的地圖上描繪出整個 機場區域圖，並標識為有效區域，在所述有效區域內找到所有建築物和草坪，並描繪出建築 物和草坪的邊界或輪廓位置以及場面監視雷達天線所在位置，將所述建築物、草坪以及場 面監視雷達天線所在位置轉換為直角坐標格式；步驟二，將場面監視雷達天線方位360度 角平分為M等份，將距離採樣單元平分為N等份，每等分為D米，構建大小為Tsize = M*N的 地理信息表，利用所述建築物、草坪以及場面監視雷達天線所在位置轉換為直角坐標(X， Y)，計算表內的任意一點對應的平面坐標X方向的值Xji和Y方向的值yji ；步驟三，逐個 計算所述地理信息表中每個點0^，&》的值，並判斷該點是否在所述機場區域圖的有效區 域內，如果在有效區域內則判定為真值1，否則為假值0，由此構建過濾表；步驟四，依據所 述過濾表對於監視雷達天線採集的數據信號進行過濾，即對於第j個方位第i個距離，查詢 過濾表中的Vji值，如果Vji值為真則處理，如果Vji值為假則過濾，從而構建地理信息表；步 驟五，通過文件操作函數(Windows系統下的文件操作標準函數)加載地理信息表，並使用 一個大小與Tsize = M*N的地理信息表相同的二維數組，保存所述地理信息表，通過底層驅 動函數(標準的寫FPGA驅動函數)將所述而為數組送給FPGA (Field-Programmable Gate Array,即現場可編程門陣列)，FPGA硬體在檢測雷達回波的同時將雷達回波與所述而為數 組數組中的值相比較，如果對應值為1則判定在有效區域中，如果對應值為0則剔除。本發明步驟一中使用Google Earth衛星圖，當然也可以採用其他直接反應地表狀 態的衛星圖，該衛星圖可以採用各種數據格式，本發明方法都可以兼容。本發明採用頂點法描繪出建築物和草坪的邊界或輪廓位置。本發明採用高斯投影變換將轉換直角坐標(X，Y)，包括公式dj = f^ (long-center_long)；dw = f^dat-cente^lat)；X = f2*dj*cos (lat* n /180)；Y = f3*dw+f4*dw2+f5*dw3 ；其中long、lat是輪廓的經緯度，center_long, center_lat是雷達位置，值為10000、f2 值為 6、f3 值為 6、f4 值為 2* (10e-6)、f5 值為 3. 9* (lOe-lO)；本發明表內的任意一點Vji對應的平面坐標X方向的值Xji和Y方向的值yji的計 算公式如下Xji = DXiX cos (j*360. 0/M)；yji = DXiXsin(j*360. 0/M)；其中，D為每個距離單元代表的距離，i為採樣後的距離單元並且0 < i < N，j為 方位單元並且0 < j < M。本發明主要通過利用雷達探測範圍內的各種地理信息，形成地理信息表，然後使 用該地理信息表，達到過濾雷達背景視頻雜波的目的。下面結合場面監視雷達錄取終端的 具體應用闡述本發明的具體實施方式
。場面監視雷達終端主要是對雷達發射機輸出的原始雷達視頻經過雜波抑制等處 理，獲得場面活動目標的檢測視頻，經點跡凝聚後，提取目標的位置、輪廓等信息。在此基礎 上，由數據處理軟體實現對活動目標的自動發現、自動跟蹤。目標航跡、輪廓等信息通過網 絡上報機場高級地面活動引導控制系統，其整個工作流程如圖6所示。本發明的作用主要體現在原始視頻的雜波抑制這一處理過程中，利用機場的建築 物以及草坪等構成的背景地圖，去除雷達的背景視頻雜波。由圖2可以看出，機場的平面圖主要由航管樓、滑行道、跑道、草坪及其它建築物 組成，但是實際上，場面監視雷達錄取終端關注的僅僅是滑行道以及跑道上的目標，除了滑 行道以及跑道外，其它區域本發明稱為雷達背景，其所形成的回波稱之為背景視頻雜波。由圖3可以看出，在場面監視雷達的回波圖中，背景視頻雜波佔了回波數據的大 部分。在本發明之前，這些雜波都是要經過處理的，這樣就大大增加了雷達視頻數據處 理量，降低了目標識別概率及跟蹤效果，同時也浪費了時間資源及存儲器資源。為了去除這 些背景視頻雜波，接下來對本發明的具體實施例其作一個詳細的描述。1)獲取機場平面圖坐標禾lj用GoogleEarth上的衛星圖，採用描點法，首先取出整個機場區域圖，並標識為有 效區域;在該區域內找到所有建築物、草坪，並用點描繪出它們的邊界或輪廓，這些點的坐標均
為經緯度。同樣要找到場面監視雷達天線所在位置的經緯度。
II中心
116°37'29.36'』 E/40。3'15,69'『N
//填充
116°36'44. 09'』 E/40。5'37.64'『N
116°36'41. 00'』 E/40。5'37.30'『N
116°37'1. 26"E/40。3'27.66"N
116°37'4. 34"E/40。3'27.99"N
//填充
116°37'3. 11"E/40。3'35.49 「N
116°37'8. 04"E/40。3'36.00"N
116°37'8. 17"E/40。3'36.26"N
6
116° 37' 9. 10" E/40° 3' 36.36〃 N116° 37' 9.61" E/40° 3' 33.29〃 N......H 挖空116° 36' 35.53〃 E/40° 4' 11.15〃 N116° 36' 35.59〃 E/40° 4' 10.86〃 N116° 36' 35.85〃 E/40° 4' 10.68〃 N116° 36' 38.73〃 E/40° 4' 10.66〃 N116° 36' 41.33〃 E/40° 4' 11.15〃 N116° 36' 41.66" E/40° 4' 11.51〃 N......其中「//」表示一個區域的開始，「中心」是指雷達天線的位置，「填充」表示該區域 內數據有效，「挖空」表示該區域內數據無效，由高斯投影變換將該地理信息轉換為直角坐 標格式(X，Y)，也就形成了平面坐標有效區域。具體轉換方式如公式(1)到公式(4)所示dj = f^ (long-center_long)(1)dw = f^dat-cente^lat)(2)X = f2*dj*cos(lat*Ji/180)(3)Y = f3*dw+f4*dw2+f5*dw3(4)其中long、Iat 是輪廓的經緯度，center_long、center_lat 是雷達位置，f!、&、&、 f4 以及 f5 是常數，其值分別取為:10000、6、6、2*(10e-6)，3. 9* (IOe-IO)。如果是利用機場規劃圖，則以天線所在位置為原點，測出建築物、草坪等的拐點XY 即可形成平面坐標有效區域。2)建立地理信息表利用這些地理信息形成區域，建立過濾表。如雷達方位360度角平分為M等份，距 離採樣單元為N等份(每等分為D米)，則表的大小為Tsize = M*N，如表1所示表1 如果使用軟體過濾，表的大小為M*N字節，編程較方便；如果使用硬體RAM查表，RAM大小為M*N位，硬體實現較容易。Vji對應的平面坐標XY的值分別為Xji = DXiX cos (j*360. 0/M)(5)yji = DXi Xsin (j*360. 0/M)(6)判斷點(Xji，yji)是否在地理信息所形成的平面坐標有效區域內，如果在有效區域內為真值(1)否則為假值(0)。過濾表建好後就可以在數據採集後進行查找過濾，即處理第 j個方位第i個距離時，查表得Vji值如果為真則處理，如果為假則過濾。3)加載地理信息表在應用程式中，通過文件操作函數加載地理信息表，並在內存中開闢一個同樣的 二維數組，保存地理信息表，然後通過底層驅動函數將這個數組送給硬體，硬體在檢測回波 的同時將回波與數組中的值相比較，遇到1則認為是在有效區域中，遇到0則剔除。4)效果比對如圖4所示為區域圖與過濾前的雷達回波疊加顯示，圖5所示為區域圖與過濾後 的雷達回波疊加顯示。可以直觀看出，過濾後的數據比過濾前的數據要少得多。本發明提供了一種機場雷達信號的處理方法的思路及方法，具體實現該技術方案 的方法和途徑很多，以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普 通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和 潤飾也應視為本發明的保護範圍。本實施例中未明確的各組成部分均可用現有技術加以實 現。
權利要求
一種機場雷達信號的處理方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟一，在機場的衛星視圖上描繪出整個機場區域圖，並標識為有效區域，在所述有效區域內找到所有建築物和草坪，並描繪出建築物和草坪的邊界或輪廓位置以及場面監視雷達天線所在位置，將所述建築物、草坪以及場面監視雷達天線所在位置轉換為直角坐標格式；步驟二，將場面監視雷達天線方位360度角平分為M等份，將距離採樣單元平分為N等份，每等分為D米，構建大小為Tsize＝M*N的地理信息表，利用所述建築物、草坪以及場面監視雷達天線所在位置轉換為直角坐標(X，Y)，計算表內的任意一點Vji對應的平面坐標X方向的值xji和Y方向的值yji；步驟三，逐個計算所述地理信息表中每個點(xji，yji)的值，並判斷該點是否在所述機場區域圖的有效區域內，如果在有效區域內則判定為真值1，否則為假值0，由此構建過濾表；步驟四，依據所述過濾表對於監視雷達天線採集的數據信號進行過濾，即對於第j個方位第i個距離，查詢過濾表中的Vji值，如果Vji值為真則處理，如果Vji值為假則過濾，從而構建地理信息表；步驟五，通過文件操作函數加載地理信息表，並使用一個大小與Tsize＝M*N的地理信息表相同的二維數組，保存所述地理信息表，通過底層驅動函數將所述而為數組送給FPGA硬體，FPGA硬體在檢測雷達回波的同時將雷達回波與所述而為數組數組中的值相比較，如果對應值為1則判定在有效區域中，如果對應值為0則剔除。
2.根據權利要求1所述的一種機場雷達信號的處理方法，其特徵在於，步驟一中使用 Google Earth 衛星圖。
3.根據權利要求1所述的一種機場雷達信號的處理方法，其特徵在於，採用頂點法描 繪出建築物和草坪的邊界或輪廓位置。
4.根據權利要求1所述的一種機場雷達信號的處理方法，其特徵在於，採用高斯投影 變換將轉換直角坐標(X，Y)，包括公式dj = (long_center_long)； dw = f^ (lat-center_lat)； X = f2*dj*cos (lat* 3i /180)； Y = f3*dw+f4*dw2+f5*dw3 ；其中long、lat是輪廓的經緯度，center_long、center_lat是雷達位置，值為10000、 f2 值為 6、f3 值為 6、f4 值為 2* (10e-6)、f5 值為 3. 9* (lOe-lO)。
5.根據權利要求1所述的一種機場雷達信號的處理方法，其特徵在於，表內的任意一 點對應的平面坐標X方向的值％和Y方向的值的計算公式如下Xji = DXiX cos (j*360. 0/M)； yji = DXiXsin(j*360. 0/M)；其中，D為每個距離單元代表的距離，i為採樣後的距離單元並且0 < i < N，j為方位 單元並且j < M。
全文摘要
本發明公開了一種機場雷達信號的處理方法，包括以下步驟步驟一，在機場的衛星視圖上描繪出整個機場區域圖，並標識為有效區域；步驟二，將場面監視雷達天線方位360度角平分為M等份，將距離採樣單元平分為N等份；步驟三，逐個計算所述地理信息表中每個點(xji，yji)的值，並判斷該點是否在所述機場區域圖的有效區域內；步驟四，依據所述過濾表對於監視雷達天線採集的數據信號進行過濾；步驟五，通過文件操作函數加載地理信息表。本發明應用廣泛，地理信息的來源也是多樣性的，背景視頻雜波數據佔整個數據的數據量越大，本發明的效果就越明顯。本發明減少了雷達視頻數據處理量，提高目標識別概率及跟蹤效果。
文檔編號G01S13/89GK101865995SQ20101016334
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月5日 優先權日2010年5月5日
發明者周傳龍, 嵇亮亮, 曹新星, 王志剛, 鄭浩, 陳圖強, 顧海峰, 魯文玲 申請人:南京萊斯信息技術股份有限公司