雷達反射信號處理裝置及其處理方法
2023-11-11 17:01:22 1
雷達反射信號處理裝置及其處理方法
【專利摘要】本發明提供一種雷達反射信號處理裝置，包括：用於接收多束反射信號並對多束反射信號進行分配的多路復用模塊;多個用於對一束反射信號進行處理的信號處理模塊，一個信號處理模塊包括：用於接收一束反射信號並檢測一束反射信號的信息是否缺失的數據攝取模塊；用於脈衝幹擾濾波的脈衝幹擾濾波模塊；用於進行都卜勒濾波的都卜勒處理模塊；用於進行雜波抑制處理的雜波抑制模塊；用於估算噪音等級的混合恆虛警檢測模塊；用於判斷噪聲等級是否匹配的噪音匹配模塊，用於將多個反射信號集成一個數據流的多路分配模塊；用於生成點跡圖的點跡提取模塊。使得雷達反射信號處理裝置能夠同時處理多束反射信號，有效地提高雷達反射信號的處理能力以及處理速度。
【專利說明】雷達反射信號處理裝置及其處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及信號處理領域，尤其涉及一種雷達反射信號的處理裝置，以及雷達反射信號的處理方法。
【背景技術】
[0002]為了保護邊境的安全以及監控邊境安全，傳統的邊境安全是通過大量的柵欄和圍牆，以及通過配置大量的武裝力量進行保衛。隨著技術進步，邊境安全通常採用有源傳感器和無源傳感器進行檢測，利用有源傳感器和無源傳感器構成的系統為邊境安全提供一個較為有效的方案，然而無源傳感器或有源傳感器的主要問題是短距離覆蓋範圍，也容易受天氣條件影響。
[0003]在有源傳感器和無源傳感器中，雷達則具有較為良好的遠程監視能力和全天候監視能力。在雷達所接收的信號中，除來自物標或陸地的回波以外還含有來自波浪的回波、來自雨或者雪的回波等。所以需要雷達必須搭配具有良好信號處理能力的信號處理裝置，才能將不相關的雜波過濾，以及將所需要的探測目標得以還原。
【發明內容】
[0004]基於上述技術背景，本發明的第一目的是提供一種具有良好反射信號處理能力的雷達反射信號處理裝置。
[0005]基於上述技術背景，本發明的第二目的是提供一種具有良好反射信號處理能力的雷達反射信號處理方法。
[0006]為了實現本發明的第一目的，本發明的提供一種雷達反射信號處理裝置，包括:用於通過雷達天線接收多束反射信號的收發模塊；用於接收多束反射信號並對多束反射信號進行分配的多路復用模塊；多個用於接收一束反射信號並對一束反射信號進行處理的信號處理模塊，每一個信號處理模塊包括:用於接收一束反射信號並檢測一束反射信號的信息是否缺失的數據攝取模塊；用於對信息齊全的反射信號進行脈衝幹擾濾波的脈衝幹擾濾波模塊；用於對經脈衝幹擾濾波後的反射信號進行都卜勒濾波的都卜勒處理模塊；用於對都卜勒濾波後的反射信號進行雜波抑制處理的雜波抑制模塊；用於對雜波抑制處理後的反射信號進行平均恆虛警檢測並估算出第一噪音等級的平均恆虛警檢測模塊；用於對雜波抑制處理後的反射信號進行有序統計恆虛警檢測並估算出第二噪音等級的有序統計恆虛警檢測模塊；用於判斷第一噪聲等級和第二噪聲等級是否匹配的噪音匹配模塊，雷達反射信號處理裝置還包括:用於接收多個經噪音匹配後的反射信號並將多個經噪音匹配後的反射信號集成一個數據流的多路分配模塊；用於根據數據流進行點跡提取並生成點跡圖的點跡提取模塊；用於根據點跡圖進行卡爾曼濾波的並生成軌跡信息的跟蹤模塊。
[0007]由上述方案可見，通過多個信號處理模塊並行地設置，利用多路復用模塊將多束反射信號分配到不同的信號處理模塊進行處理，使得雷達反射信號處理裝置能夠同時處理多束反射信號，有效地地提高雷達反射信號的處理能力以及處理速度，同時在信號處理模塊內設置有平均恆虛警檢測模塊和有序統計恆虛警檢測模塊分別對反射信號進行噪音等級估計，使得有效地提高目標識別能力，再通過多路分配模塊接收多個信號處理模塊輸出經過濾波後信號後集成一個數據流，使得點跡提取模塊和跟蹤模塊能夠高效地對目標進行跟蹤識別。
[0008]更進一步的方案是，雷達反射信號處理裝置還包括用於接收軌跡信息並將軌跡信息轉換成NMEA格式的格式轉換模塊。
[0009]更進一步的方案是，雷達反射信號處理裝置還包括用於將軌跡信息進行顯示的顯不豐旲塊。
[0010]由上可見，NMEA格式是由美國國家海洋電子協會制定標準格式，通過將軌跡信息轉換成該標準格式，有利於提高通用性，使得本發明提供的雷達反射信號處理裝置能夠與其他系統進行數據交互。以及通過顯示模塊能夠直觀地反映出目標軌跡。
[0011]為了實現本發明的第二目的，本發明提供一種雷達反射信號處理方法，包括:用於通過雷達天線接收多束反射信號的收發步驟；用於接收多束反射信號並對多束反射信號進行分配的多路復用步驟；多個用於接收一束反射信號並對一束反射信號進行處理的信號處理步驟，信號處理步驟包括:用於接收一束反射信號並檢測一束反射信號的信息是否缺失的數據攝取步驟；用於對信息齊全的反射信號進行脈衝幹擾濾波的脈衝幹擾濾波步驟；用於對經脈衝幹擾濾波後的反射信號進行都卜勒濾波的都卜勒處理步驟；用於對都卜勒濾波後的反射信號進行雜波抑制處理的雜波抑制步驟；用於對雜波抑制處理後的反射信號進行平均恆虛警檢測並估算出第一噪音等級的平均恆虛警檢測步驟；用於對雜波抑制處理後的反射信號進行有序統計恆虛警檢測並估算出第二噪音等級的有序統計恆虛警檢測步驟；用於判斷第一噪聲等級和第二噪聲等級是否匹配的噪音匹配步驟，雷達反射信號處理方法還包括:用於接收多個經噪音匹配後的反射信號並將多個經噪音匹配後的反射信號集成一個數據流的多路分配步驟；用於根據數據流進行點跡提取並生成點跡圖的點跡提取步驟；用於根據點跡圖進行卡爾曼濾波的並生成軌跡信息的跟蹤步驟。
[0012]由上述方案可見，通過多個信號處理步驟並行地設置，利用多路復用步驟將多束反射信號分配到不同的信號處理步驟進行處理，使得雷達反射信號處理方法能夠同時處理多束反射信號，有效地地提高雷達反射信號的處理能力以及處理速度，同時在信號處理步驟內設置有平均恆虛警檢測步驟和有序統計恆虛警檢測步驟分別對反射信號進行噪音等級估計，使得有效地提高目標識別能力，再通過多路分配步驟接收多個信號處理步驟輸出經過濾波後信號後集成一個數據流，使得點跡提取步驟和跟蹤步驟能夠高效地對目標進行跟蹤識別。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明雷達反射信號處理裝置實施例的系統框圖。
[0014]圖2是本發明雷達反射信號處理裝置實施例中第一信號處理模塊的系統框圖。
[0015]圖3是本發明雷達反射信號處理方法實施例的流程圖。
[0016]以下結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。
【具體實施方式】
[0017]雷達反射信號處理裝置實施例:
參照圖1，圖1是雷達反射信號處理裝置的系統框體，雷達反射信號處理裝置包括雷達天線11、收發模塊12、多路復用模塊13、多個信號處理模塊、多路分配模塊14、點跡提取模塊15、跟蹤模塊16、格式轉換模塊17和顯示模塊18，多個信號處理模塊包括第一信號處理模塊21、第二信號處理模塊22、第三信號處理模塊23…第N信號處理模塊。
[0018]參照圖2，圖2是第一信號處理模塊21的系統框圖。由於第一信號處理模塊21與第二信號處理模塊22、第三信號處理模塊23…第N信號處理模塊均相同，所以下面以第一信號處理模塊21為例進行說明。
[0019]第一信號處理模塊21包括數據攝取模塊211、脈衝幹擾濾波模塊212、都卜勒處理模塊213、雜波抑制模塊214、平均恆虛警檢測模塊215、有序統計恆虛警檢測模塊216、噪音匹配模塊217。
[0020]在雷達反射信號處理裝置工作時，雷達通過雷達天線11發射多束電磁脈衝到目標區域進行監測，目標區域中的不同物體反射電磁脈衝並形成反射信號，收發模塊12通過雷達天線11接收多束反射信號後向多路復用模塊13輸出多束反射信號，多路復用模塊13在接收到多束反射信號後對其進行分配，具體地，多路復用模塊13分別將每一束反射信號向一個信號處理模塊輸出。
[0021]以第一信號處理模塊21對反射信號處理為例，第一信號處理模塊21接收到一束反射信號後，即數據攝取模塊211接收到一束反射信號後，數據攝取模塊211檢查該反射信號的內含信息是否缺失，具體地，由於反射信號一般包括距離信息、都卜勒信息、信號幅度、噪音大小、方位信息、高度信息的六個參數信息，所以數據攝取模塊211判斷該反射信號的上述六個參數信息是否缺失，如出現缺失則將該反射信號丟棄，接收下一反射信號，如六個參數信息齊全，則將反射信號向脈衝幹擾濾波模塊212輸出。
[0022]脈衝幹擾濾波模塊212接收到該反射信號後，通過脈衝幹擾濾波將反射信號中含有的閃電或其他環境因素造成的大量脈衝尖峰進行去除。隨後將經過脈衝幹擾濾波的反射信號輸出到都卜勒處理模塊213進行處理。都卜勒處理模塊213運用都卜勒濾波把反射信號中的部分雜波進行過濾，隨後將經都卜勒濾波後的反射信號輸出到雜波抑制模塊214中。
[0023]雜波抑制模塊214對接收到反射信號進行雜波抑制處理，具體地，雜波抑制模塊214通過持續掃描環境特性的平均值所得出雜波圖，雜波抑制模塊214根據該雜波圖對反射信號進行濾波，可有效地移除雜波，並且雜波抑制模塊214會根據傳入的掃描數據進行更新後為辨識真實目標時作為參考。
[0024]平均恆虛警檢測模塊215接收到雜波抑制模塊214輸出的經雜波抑制後的反射信號後，平均恆虛警檢測模塊215採用平均恆虛警檢測方式對反射信號的第一噪音等級進行估算。有序統計恆虛警檢測模塊216接收到雜波抑制模塊214輸出的經雜波抑制後的反射信號後，有序統計恆虛警檢測模塊216採用有序統計恆虛警檢測方式對反射信號的第二噪音等級進行估算。噪音匹配模塊217判斷第一噪聲等級和第二噪聲等級是否匹配，具體地，由於在環境雜波中只有真實的目標物才會有連續的波束反饋，所以當第一噪聲等級和第二噪聲相匹配時，則可判斷反射信號中的具有目標物信息，該目標物信息將不被過濾，隨後噪音匹配模塊217將具有目標物信息的反射信號輸出到多路分配模塊14中。
[0025]多路分配模塊14接收由多個信號處理模塊輸出的多個經噪音匹配後的反射信號後，多路分配模塊14將該多個反射信號集成一個數據流並向點跡提取模塊15輸出，點跡提取模塊15採用模式識別技術將對同一目標的多個位置信息生成點跡圖。跟蹤模塊16接收由點跡提取模塊15輸出的點跡圖，跟蹤模塊16根據點跡圖進行卡爾曼濾波並生成目標的軌跡信息。格式轉換模塊17接收該軌跡信息後，格式轉換模塊17用將軌跡信息轉換成NMEA格式，NMEA格式是由美國國家海洋電子協會制定標準格式，其利用軌跡信息轉換成該標準格式，有利於提高不同軟體間的通用性。顯示模塊18根據軌跡信息採用顯示屏進行顯不O
[0026]雷達反射信號處理方法實施例:
參照圖3，圖3是雷達反射信號處理方法的流程圖。首先執行步驟S11，收發模塊通過雷達天線接收多束反射信號後，收發模塊向多路復用模塊輸出多束反射信號，隨後執行步驟S12，多路復用模塊在接收到多束反射信號後對其進行分配，多路復用模塊分別將每一束反射信號向一個信號處理模塊輸出。
[0027]以其中一個信號處理模塊對反射信號處理為例，信號處理模塊接收到一束反射信號後執行步驟S13，即數據攝取模塊接收到一束反射信號後，數據攝取模塊檢查該反射信號的內含信息是否缺失，具體地，由於反射信號一般包括距離信息、都卜勒信息、信號幅度、噪音大小、方位信息、高度信息的六個參數信息，所以數據攝取模塊判斷該反射信號的上述六個參數信息是否缺失，如出現缺失則將該反射信號丟棄，接收下一反射信號，如六個參數信息齊全，則執行步驟S14，將反射信號向脈衝幹擾濾波模塊輸出。
[0028]執行步驟S14時，脈衝幹擾濾波模塊接收到該反射信號後，通過脈衝幹擾濾波將反射信號中含有的閃電或其他環境因素造成的大量脈衝尖峰進行去除。隨後執行步驟S15，將經過脈衝幹擾濾波的反射信號輸出到都卜勒處理模塊進行處理。都卜勒處理模塊運用都卜勒濾波把反射信號中的部分雜波進行過濾，隨後執行步驟S16將經都卜勒濾波後的反射信號輸出到雜波抑制模塊中。
[0029]執行步驟S16時，雜波抑制模塊對接收到反射信號進行雜波抑制處理，具體地，雜波抑制模通過持續掃描環境特性的平均值所得出雜波圖，雜波抑制模塊根據該雜波圖對反射信號進行濾波，可有效地移除雜波，並且雜波抑制模塊會根據傳入的掃描數據進行更新後為辨識真實目標時作為參考。
[0030]隨後執行步驟S17,平均恆虛警檢測模塊接收到雜波抑制模塊輸出的經雜波抑制後的反射信號後，平均恆虛警檢測模塊採用平均恆虛警檢測方式對反射信號的第一噪音等級進行估算。然後執行步驟S18，有序統計恆虛警檢測模塊接收到雜波抑制模塊輸出的經雜波抑制後的反射信號後，有序統計恆虛警檢測模塊採用有序統計恆虛警檢測方式對反射信號的第二噪音等級進行估算。
[0031]隨後執行步驟S19，噪音匹配模塊判斷第一噪聲等級和第二噪聲等級是否匹配，具體地，由於在環境雜波中只有真實的目標物才會有連續的波束反饋，所以當第一噪聲等級和第二噪聲相匹配時，則可判斷反射信號中的具有目標物信息，繼而執行步驟S21，由於目標物信息將不被過濾，所以噪音匹配模塊將具有目標物信息的反射信號輸出到多路分配模塊中。
[0032]執行步驟S21時，多路分配模塊接收由多個信號處理模塊輸出的多個經噪音匹配後的反射信號後，多路分配模塊將該多個反射信號集成一個數據流並向點跡提取模塊輸出，然後執行步驟S22，點跡提取模塊採用模式識別技術將對同一目標的多個位置信息生成點跡圖。隨後執行步驟S23，跟蹤模塊接收由點跡提取模塊輸出的點跡圖，跟蹤模塊根據點跡圖進行卡爾曼濾波並生成目標的軌跡信息。然後執行步驟S24，格式轉換模塊接收該軌跡信息後，格式轉換模塊用將軌跡信息轉換成NMEA格式，NMEA格式是由美國國家海洋電子協會制定標準格式，其利用軌跡信息轉換成該標準格式，有利於提高不同軟體間的通用性。最後執行步驟S25，利用顯示模塊根據軌跡信息採用顯示屏進行顯示。
[0033]由上可見，通過多個信號處理模塊並行地設置，利用多路復用模塊將多束反射信號分配到不同的信號處理模塊進行處理，使得雷達反射信號處理裝置能夠同時處理多束反射信號，有效地提高雷達反射信號的處理能力以及處理速度，同時在信號處理模塊內設置有平均恆虛警檢測模塊和有序統計恆虛警檢測模塊分別對反射信號進行噪音等級估計，使得有效地提高目標識別能力，再通過多路分配模塊接收多個信號處理模塊輸出經過濾波後信號後集成一個數據流，使得點跡提取模塊和跟蹤模塊能夠高效地對目標進行跟蹤識別。
【權利要求】
1.雷達反射信號處理裝置，包括 用於通過雷達天線接收多束反射信號的收發模塊； 其特徵在於: 用於接收多束所述反射信號並對多束所述反射信號進行分配的多路復用模塊； 多個用於接收一束所述反射信號並對一束所述反射信號進行處理的信號處理模塊， 每一個所述信號處理模塊包括 用於接收一束所述反射信號並檢測一束所述反射信號的信息是否缺失的數據攝取模塊； 用於對信息齊全的反射信號進行脈衝幹擾濾波的脈衝幹擾濾波模塊； 用於對經脈衝幹擾濾波後的反射信號進行都卜勒濾波的都卜勒處理模塊； 用於對都卜勒濾波後的反射信號進行雜波抑制處理的雜波抑制模塊； 用於對雜波抑制處理後的反射信號進行平均恆虛警檢測並估算出第一噪音等級的平均恆虛警檢測模塊； 用於對雜波抑制處理後的反射信號進行有序統計恆虛警檢測並估算出第二噪音等級的有序統計恆虛警檢測模塊； 用於判斷所述第一噪聲等級和所述第二噪聲等級是否匹配的噪音匹配模塊， 所述雷達反射信號處理裝置還包括 用於接收多個經噪音匹配後的反射信號並將多個經噪音匹配後的反射信號集成一個數據流的多路分配模塊； 用於根據所述數據流進行點跡提取並生成點跡圖的點跡提取模塊； 用於根據所述點跡圖進行卡爾曼濾波的並生成軌跡信息的跟蹤模塊。
2.根據權利要求1所述的雷達反射信號處理裝置，其特徵在於: 所述雷達反射信號處理裝置還包括用於接收所述軌跡信息並將所述軌跡信息轉換成匪私格式的格式轉換模塊。
3.根據權利要求2所述的雷達反射信號處理裝置，其特徵在於: 所述雷達反射信號處理裝置還包括用於將所述軌跡信息進行顯示的顯示模塊。
4.雷達反射信號處理方法，包括 用於通過雷達天線接收多束反射信號的收發步驟； 其特徵在於: 用於接收多束所述反射信號並對多束所述反射信號進行分配的多路復用步驟； 多個用於接收一束所述反射信號並對一束所述反射信號進行處理的信號處理步驟； 所述信號處理步驟包括 用於接收一束所述反射信號並檢測一束所述反射信號的信息是否缺失的數據攝取步驟； 用於對信息齊全的反射信號進行脈衝幹擾濾波的脈衝幹擾濾波步驟； 用於對經脈衝幹擾濾波後的反射信號進行都卜勒濾波的都卜勒處理步驟； 用於對都卜勒濾波後的反射信號進行雜波抑制處理的雜波抑制步驟； 用於對雜波抑制處理後的反射信號進行平均恆虛警檢測並估算出第一噪音等級的平均恆虛警檢測步驟； 用於對雜波抑制處理後的反射信號進行有序統計恆虛警檢測並估算出第二噪音等級的有序統計恆虛警檢測步驟； 用於判斷所述第一噪聲等級和所述第二噪聲等級是否匹配的噪音匹配步驟； 所述雷達反射信號處理方法還包括 用於接收多個經噪音匹配後的反射信號並將多個經噪音匹配後的反射信號集成一個數據流的多路分配步驟； 用於根據所述數據流進行點跡提取並生成點跡圖的點跡提取步驟； 用於根據所述點跡圖進行卡爾曼濾波的並生成軌跡信息的跟蹤步驟。
5.根據權利要求4所述的雷達反射信號處理方法，其特徵在於: 所述雷達反射信號處理裝置還包括用於接收所述軌跡信息並將所述軌跡信息轉換成匪2八格式的格式轉換步驟。
6.根據權利要求5所述的雷達反射信號處理方法，其特徵在於: 所述雷達反射信號處理裝置還包括用於將所述軌跡信息進行顯示的顯示步驟。
【文檔編號】G01S7/41GK104459669SQ201410757834
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月10日 優先權日:2014年12月10日
【發明者】包曉軍, 狄·利薩, 東君偉, 劉遠曦, 劉宏宗 申請人:珠海納睿達科技有限公司