一種船用導航雷達arpa目標跟蹤方法

2023-05-18 04:48:56 1

專利名稱：一種船用導航雷達arpa目標跟蹤方法
技術領域：
本發明涉及船用導航雷達技術領域,尤其使用在船用導航雷達ARPA (Auto RadarPlotting Aids,自動雷達標繪儀)領域,具體的說是一種船用導航雷達ARPA目標跟蹤算法。
背景技術：
船用導航雷達，也稱航海雷達，裝載於船上，是測定本船位置和預防衝撞事故所不可缺少的系統。船用導航雷達通過準確捕獲其它船隻、陸地、航線標誌等物標的位 置信息，並將其顯示在顯示屏的方式實現航行避讓、船舶定位和引航的作用。傳統ARPA採用專門的硬體電路來實現，這使得ARPA算法的複雜度在實現上有所限制。隨著雷達結構的革新，現在的ARPA功能已經成為了雷達軟體系統中的一個功能模塊。以軟體的方式來實現ARPA，這就可以方便的採用較為複雜的算法流程，加入更多的處理步驟，並且有利於維護和升級。對傳統的ARPA跟蹤算法進行改進，使其能夠更快、更準確的得到目標船舶的運動參數成為了可能。

發明內容
本發明的目的是針對現有船用導航雷達ARPA跟蹤算法存在的問題，提供一種更加快速、精確的船用導航雷達ARPA跟蹤算法。本發明的目的是通過以下技術方案解決的
一種船用導航雷達ARPA目標跟蹤方法，所述的方法步驟如下
(1)獲取已識別的ARPA目標數據表；
(2)設置波門的大小；
(3)目標匹配，實現數據互聯；
(4)設置平滑值α及β;
(5)計算船舶航跡動態信息；
(6)平滑濾波；
(7)更新ARPA目標數據表。所述的步驟(I)中的獲取已識別的ARPA目標數據表是指從雷達內存中抓取原始雷達掃描的圖像存儲在已經建好的鍊表中，先由目標識別算法進行處理，對原始雷達數據進行目標識別，然後以每個已識別出的一個目標作為一個節點插入鍊表中，每幀圖像作為一個鍊表保存，共保存五次記錄。所述的步驟(2)中的設置波門是指根據具體情況設置自適應波門的大小、形狀、中心點，並進行目標匹配(如果有兩個以上的目標被匹配就採用就進原則)。所述的步驟(2)的波門波門大小的調節依據三種情況第一種情況就是根據目標被連續跟蹤的次數判斷目標是處於跟蹤初始期還是跟蹤穩定期，第二種情況就是上面所提到的在不同量程的情況下採用不同大小的波門，第三種情況就是當在波門中未發現目標而導致本輪目標丟失時，需要調節波門大小。所述的步驟(2)中的波門由於本方法是在嵌入式Linux平臺上使用DirectFrameBuffer圖形庫作繪製圖像，以屏幕的直角坐標系作為參考坐標系，所以使用矩形波門就是處理起來是最方便。所述的步驟(3)中的目標匹配，匹配成功則進入下一步，匹配失敗則進行波門識另IJ，若為波門大則進入更新ARPA目標數據表，波門小則重新設置波門。所述的步驟(4)中的設置平滑值α及β是指平滑係數α、β，平滑係數α、β的調節由目標被連續跟蹤的次數決定，跟蹤初期採用較大的平滑係數(在O到I之間)，跟蹤穩 定後由於對航跡的預測相對較準確，所以採用較小的平滑係數。所述的步驟(5)中的計算船舶航跡動態信息是指，設置平滑係數α、β，並計算已匹配目標航跡的動態信息，然後採用α-β濾波器對航跡數據進行平滑濾波，並預測目標在下一幀圖像中出現的位置。所述的步驟(6)中的平滑濾波是指採用α-β濾波器對航跡數據進行平滑濾波。本發明相比現有技術有如下優點
本發明針對新一代ARPA雷達以計算機為主要核心的結構特點，提出了適合計算機採用的波門形狀。本發明針對現有ARPA算法中波門位置的確定方式進行分析，並且結合船舶運動規律，提出了靈活性更強的自適應波門大小的改進措施以滿足跟蹤目標的多變性。本發明針對現有ARPA算法中目標量測位置的獲得方式進行分析，提出了統計目標邊界點集合再確定目標位置的改進措施。本發明針對現有ARPA算法中濾波算法的不足，提出了在進行濾波算法之前平滑目標量測坐標的改進措施。本發明通過對現有雷達產品中ARPA功能不足的原因進行分析，並且結合目前新一代導航雷達以計算機為核心的結構，對現有的ARPA跟蹤算法進行改進，增加其目標跟蹤的速度及精度，克服了現有ARPA產品中易丟失目標、目標參數不穩定等不足之處，使其在船舶進出航道等船舶密集的環境中能夠對目標進行更好的跟蹤。


附圖I為ARPA目標跟蹤算法流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發明作進一步的說明。如圖I所示一種船用導航雷達ARPA目標跟蹤方法，所述的方法步驟如下首先，從雷達內存中抓取原始雷達掃描的圖像存儲在已經建好的鍊表中，先由目標識別算法進行處理，對原始雷達數據進行目標識別，然後以每個已識別出的一個目標作為一個節點插入鍊表中，每幀圖像作為一個鍊表保存，共保存五次記錄。其次，根據具體情況設置自適應波門的大小、形狀、中心點，並進行目標匹配(如果有兩個以上的目標被匹配就採用就進原則)。波門大小的調節依據三種情況第一種情況就是根據目標被連續跟蹤的次數判斷目標是處於跟蹤初始期還是跟蹤穩定期，第二種情況就是上面所提到的在不同量程的情況下採用不同大小的波門，第三種情況就是當在波門中未發現目標而導致本輪目標丟失時，需要調節波門大小。而本發明是在嵌入式Linux平臺上使用DirectFrameBuffer圖形庫作繪製圖像，以屏幕的直角坐標系作為參考坐標系，所以使用矩形波門就是處理起來是最方便。波門中心點可以根據目標的跟蹤穩定程度等來確定是設置在上一次的量測位置還是跟蹤航跡預測的下一次目標出現的位置。最後，設置平滑係數α、β，並計算已匹配目標航跡的動態信息，然後採用α-β濾波器對航跡數據進行平滑濾波，並預測目標在下一幀圖像中出現的位置。本算法中的平滑係數α、β的調節由目標被連續跟蹤的次數決定，跟蹤初期採用較大的平滑係數(在O到I之間)，跟蹤穩定後由於對航跡的預測相對較準確，所以採用較小的平滑係數。·
權利要求
1.一種船用導航雷達ARPA目標跟蹤方法，其特徵在於所述的方法步驟如下 (1)獲取已識別的ARPA目標數據表； (2)設置波門的大小； (3)目標匹配，實現數據互聯； (4)設置平滑值α及β; (5)計算船舶航跡動態信息； (6)平滑濾波； (7)更新ARPA目標數據表。
2.根據權利要求I所述的船用導航雷達ARPA目標跟蹤方法，其特徵在於所述的步驟(O中的獲取已識別的ARPA目標數據表是指從雷達內存中抓取原始雷達掃描的圖像存儲在已經建好的鍊表中，先由目標識別算法進行處理，對原始雷達數據進行目標識別，然後以每個已識別出的一個目標作為一個節點插入鍊表中，每幀圖像作為一個鍊表保存，共保存五次記錄。
3.根據權利要求I所述的船用導航雷達ARPA目標跟蹤方法，其特徵在於所述的步驟(2)中的設置波門是指根據具體情況設置自適應波門的大小、形狀、中心點，並進行目標匹配(如果有兩個以上的目標被匹配就採用就進原則)。
4.根據權利要求I所述的船用導航雷達ARPA目標跟蹤方法，其特徵在於所述的步驟(2)的波門波門大小的調節依據三種情況第一種情況就是根據目標被連續跟蹤的次數判斷目標是處於跟蹤初始期還是跟蹤穩定期，第二種情況就是上面所提到的在不同量程的情況下採用不同大小的波門，第三種情況就是當在波門中未發現目標而導致本輪目標丟失時，需要調節波門大小。
5.根據權利要求I所述的船用導航雷達ARPA目標跟蹤方法，其特徵在於所述的步驟(2)中的波門由於本方法是在嵌入式Linux平臺上使用DirectFrameBuffer圖形庫作繪製圖像，以屏幕的直角坐標系作為參考坐標系，所以使用矩形波門就是處理起來是最方便。
6.根據權利要求I所述的船用導航雷達ARPA目標跟蹤方法，其特徵在於所述的步驟(3)中的目標匹配，匹配成功則進入下一步，匹配失敗則進行波門識別，若為波門大則進入更新ARPA目標數據表，波門小則重新設置波門。
7.根據權利要求I所述的船用導航雷達ARPA目標跟蹤方法，其特徵在於所述的步驟(4)中的設置平滑值α及β是指平滑係數α、β，平滑係數α、β的調節由目標被連續跟蹤的次數決定，跟蹤初期採用較大的平滑係數(在O到I之間)，跟蹤穩定後由於對航跡的預測相對較準確，所以採用較小的平滑係數。
8.根據權利要求I所述的船用導航雷達ARPA目標跟蹤方法，其特徵在於所述的步驟(5)中的計算船舶航跡動態信息是指，設置平滑係數α、β，並計算已匹配目標航跡的動態信息，然後採用α-β濾波器對航跡數據進行平滑濾波，並預測目標在下一幀圖像中出現的位置。
9.根據權利要求I所述的船用導航雷達ARPA目標跟蹤方法，其特徵在於所述的步驟(6)中的平滑濾波是指採用α-β濾波器對航跡數據進行平滑濾波。
全文摘要
本發明公開了一種船用導航雷達ARPA目標跟蹤算法，首先獲取已識別的ARPA獲取已識別的ARPA目標數據表;接著設置波門的大小；然後進行目標匹配，實現數據互聯；接下來設置平滑值α及β；然後計算船舶航跡動態信息；接下來進行平滑濾波，最後更新ARPA目標數據表。本發明具有很強的實用性，克服了現有ARPA產品中易丟失目標、目標參數不穩定等不足之處，使其在船舶進出航道等船舶密集的環境中能夠對目標進行更好的跟蹤。
文檔編號G01S13/66GK102890274SQ20111017223
公開日2013年1月23日 申請日期2011年7月20日 優先權日2011年7月20日
發明者楊大寧, 楊磊, 王華祥 申請人:鎮江光寧航海電子科技有限公司