一種用於機場場面監視雷達系統的目標凝聚方法與流程
2023-05-01 08:02:11
本發明屬於機場場面監視雷達系統的目標實時凝聚技術領域，特別涉及一種用於機場場面監視雷達系統的目標凝聚方法。
背景技術：
隨著我國經濟的飛速發展，航班量也在飛速增長，對空管系統管制員的指揮和設施設備的維護提出了更高的要求，機場場面監視雷達是一次雷達，主要用於監視機場場面的飛機及車輛，利用目標對電磁波的自身輻射或反射特性發現目標。隨著飛機數量和機場地面保障車輛的迅速增多，如何在有限的空間、多變的天氣條件下管理好機場場面的交通運輸以及空運的地勤保障服務，已成為各國機場當局必須認真考慮的問題。機場場面監視雷達系統是為了解決上述問題而誕生的，它可以使機場塔臺管制員對飛機的監視不再受到視線的限制，在黑夜和惡劣氣候條件下也能夠精確地對機場進行監視，對場面活動的航空器和地勤車輛進行有序的管理。
目標凝聚方法是將屬於同一個目標的目標回波信息合成單個目標報告，以達到數據處理負擔、提高航跡跟蹤質量的目的，選擇最優的凝聚方法，對後續目標回波信息進行精確估計點跡參數處理至關重要。
傳統的目標凝聚方法，利用先距離方向後方位方向凝聚的一維檢測與合併方法，分維度進行目標凝聚，降低了目標凝聚的精度，導致目標在距離方向與方位方向上的分裂。因此，亟需提出一種新的目標凝聚方法。
技術實現要素：
本發明為了克服上述現有技術的不足，提供了一種用於機場場面監視雷達系統的目標凝聚方法，本目標凝聚方法極大地提高了目標凝聚的精度，降低了目標在距離方向與方位方向上的分裂，為後續的航跡處理提供了可靠的基礎。
為實現上述目的，本發明採用了以下技術措施：
一種用於機場場面監視雷達系統的目標凝聚方法包括以下步驟：
s1、獲取雷達前端處理後的目標回波信息；
s2、對所述目標回波信息進行虛假點跡過濾處理得到過濾後的目標回波信息；
s3、對所述過濾後的目標回波信息進行頻道選大處理；
s4、檢測出屬於同一個目標的目標回波信息構成二維圖像；
s5、利用所述二維圖像輪廓以及輪廓內的目標回波信息估計目標參數，得到屬於同一個目標凝聚後的目標參數。
優選的，通過網絡獲取步驟s1中的雷達前端處理後的目標回波信息。
優選的，所述目標回波信息包括目標的時間戳、目標的距離、目標的方位、目標的幅度值、目標的都卜勒頻率信息。
進一步的，步驟s2的具體操作步驟包括：
對雷達前端處理後的目標回波信息設置雜波頻率門限，將都卜勒頻率小於雜波頻率門限的目標回波信息作為雜波濾除，得到過濾後的目標回波信息。
進一步的，步驟s3的具體操作步驟包括：
過濾後的目標回波信息的所在的距離單元對應的5個頻道的幅度值進行大小比較，保留相應距離單元上幅度值最大的目標的時間戳、目標的距離、目標的方位、目標的幅度值、目標的都卜勒頻率信息。
進一步的，步驟s4的具體操作步驟包括：
s41、判斷目標的起始
將距離長度為兩個距離單元或兩個距離單元以上的目標回波信息設定為目標，距離單元上第一個出現的目標回波信息設定為目標在距離方向上的起始即為rstart，將目標的距離信息與上一方位或前面方位的各目標的距離信息進行比較，如果兩者在距離方向上存在交集即存在同樣的距離庫，則判斷當前目標是上一方位或前面方位目標的延續，將兩目標合併；如果兩者不存在交集，則判斷此目標是一個新目標，當前方位是此目標的起始；
s42、判斷目標的終止
如果目標回波信息所在距離單元的後續距離單元連續出現n個目標的幅度值為0時，則目標終止，其中n為2，則目標回波信息所在距離單元設定為目標終止即為rend，針對上一方位的目標，如果當前方位和下一方位此目標幅度值信息為0，則判定上一方位為此目標的終止；
s43、目標判斷
將目標回波信息作為二維圖像的像素點，目標回波的距離與方位分別作為二維圖像的高與寬，目標回波的幅度值作為二維圖像的像素值，通過s41和s42在距離方向和方位方向上得到屬於同一個目標的目標回波信息構成二維圖像。
更進一步的，步驟s5的具體操作步驟包括：
利用二維圖像輪廓以及輪廓內的目標回波信息對目標參數進行加權取平均處理，得到屬於同一個目標凝聚後的目標數據；
其中，為目標回波信息的距離單元，ai為目標回波信息的相應距離單元信息上所對應幅度值，為目標凝聚後的目標回波信息的距離；
其中，為目標回波信息的方位，ai為目標回波的相應方位上所對應幅度值，為目標凝聚後的目標回波信息的方位；
其中，n為同一個目標的二維圖像輪廓以及輪廓內的目標回波信息個數，ai為每個目標回波信息的幅度值，為目標凝聚後的目標回波的幅度值。
本發明的有益效果在於：
1)、本發明首先獲取雷達前端處理後的目標回波信息，通過設置雜波頻率門限，將都卜勒頻率小於雜波頻率門限的目標回波信息作為雜波濾除，根據設置雜波頻率門限過門限檢測，濾除掉部分幹擾目標點跡，得到過濾後的目標回波信息，減少剩餘的點跡數量，以便後續處理，過濾後的目標回波信息的所在的距離單元所對應的5個頻道的幅度值進行大小比較，保留相應距離單元上幅度值最大的目標的時間戳、目標的距離、目標的方位、目標的幅度值、目標的都卜勒頻率信息，極大地降低了目標點跡的數據量，提高了目標點跡的質量，再檢測出屬於同一個目標的目標回波信息構成二維圖像，利用二維圖像輪廓以及輪廓內的目標回波信息估計目標參數，得到屬於同一個目標凝聚後的目標參數，因此本發明極大地提高了目標凝聚的精度，降低了目標在距離方向與方位方向上的分裂，為後續的航跡處理提供了可靠的基礎。
2)、通過對目標起始和終止的判斷，將目標回波信息作為二維圖像的像素點，目標回波的距離與方位分別作為二維圖像的高與寬，目標回波的幅度值作為二維圖像的像素值，能夠檢測出屬於同一目標的目標回波信息構成二維圖像，為後續的基於圖像處理的目標凝聚提供依據。
3)、通過利用二維圖像輪廓以及輪廓內的目標回波信息對目標參數進行加權取平均處理，得到屬於同一個目標凝聚後的目標數據。大大地提高了用於機場場面監視雷達系統的穩定性和可靠性，提高了用於機場場面監視雷達系統的目標回波信息凝聚精度。
附圖說明
圖1為本目標凝聚方法的流程圖；
圖2為本發明的二維圖像目標回波信息；
圖3為本發明的二維圖像目標回波信息的凝聚圖；
圖4為本發明的二維圖像旋轉30度後目標回波信息的凝聚圖；
圖5為本發明的二維圖像旋轉60度後目標回波信息的凝聚圖；
圖6為本發明的二維圖像旋轉150度後目標回波信息的凝聚圖；
圖7為本發明的二維圖像旋轉270度後目標回波信息的凝聚圖；
圖8為本發明的二維圖像旋轉330度後目標回波信息的凝聚圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
如圖1所示，一種用於機場場面監視雷達系統的目標凝聚方法包括以下步驟：
s1、獲取雷達前端處理後的目標回波信息；
s2、對所述目標回波信息進行虛假點跡過濾處理得到過濾後的目標回波信息；
s3、對所述過濾後的目標回波信息進行頻道選大處理；
s4、檢測出屬於同一個目標的目標回波信息構成二維圖像；
s5、利用所述二維圖像輪廓以及輪廓內的目標回波信息估計目標參數，得到屬於同一個目標凝聚後的目標參數。
通過網絡獲取雷達前端處理後的目標回波信息，按照方位方向0°～360°，0.5°方位採樣間隔，距離方向0km～10km，3.75m距離採樣間隔接收目標回波信息，從0°方位開始接收距離方向0km～10km上不同距離單元目標回波信息，然後依照0.5°的方位採樣間隔，接收當前方位距離方向0km～10km上不同距離單元目標回波信息。由於雷達前端處理後，同一個目標在相鄰的距離單元和方位單元上產生多個檢測結果，以及強地物、強雜波、類似目標的弱雜等餘留的數量可觀的剩餘目標點跡，利用本發明的目標凝聚方法，需將目標回波信息作為二維圖像的像素點，目標回波的距離信息與方位信息分別為二維圖像的高與寬，目標回波幅度值信息為二維圖像像素點的像素值。
所述目標回波信息包括目標的時間戳即為雷達檢測到目標的時間信息，單位依次為年月日時分秒；目標的距離，單位為米；目標的方位，單位為度；目標的幅度值，單位為db；目標的都卜勒頻率信息，單位為赫茲。
機場場面監視雷達系統的轉速高達1秒/轉，數據率大，為了防止後續處理時出現超載情況，首先需要對獲取雷達前端處理後的目標回波信息設置雜波頻率門限，將都卜勒頻率小於雜波頻率門限的目標回波信息作為雜波濾除，濾除掉一部分幹擾目標點跡，減少剩餘的點跡數量，以便後續處理。
具體的，對雷達前端處理後的目標回波信息設置雜波頻率門限，對雷達前端處理後送目標回波信息中目標的都卜勒頻率信息進行統計，得出雜波頻率門限，該門限能檢測出80％目標，該雜波頻率門限值與雷達架設場地、雷達前端處理相關，需要雷達實地架設開機測試後得出經驗值，為步驟s2處理提供雜波頻率門限，將都卜勒頻率小於雜波頻率門限的目標回波信息作為雜波濾除，得到過濾後的目標回波信息。
對所述過濾後的目標回波信息進行頻道選大處理的具體方法為對過濾後的目標回波信息的所在的距離單元對應的5個頻道的幅度值進行大小比較，距離單元為機場場面監視雷達探測目標的距離除以距離解析度量化成距離單元，保留相應距離單元上幅度值最大的目標的時間戳、目標的距離、目標的方位、目標的幅度值、目標的都卜勒頻率信息。
檢測出屬於同一個目標的目標回波信息構成二維圖像的具體處理方法如下：
s41、判斷目標的起始
將距離長度為兩個距離單元或兩個距離單元以上的目標回波信息設定為目標，距離單元上第一個出現的目標回波信息設定為目標在距離方向上的起始即為rstart，將目標的距離信息與上一方位或前面方位的各目標的距離信息進行比較，如果兩者在距離方向上存在交集即存在同樣的距離庫，則判斷當前目標是上一方位或前面方位目標的延續，將兩目標合併；如果兩者不存在交集，則判斷此目標是一個新目標，當前方位是此目標的起始；
s42、判斷目標的終止
如果目標回波信息所在距離單元的後續距離單元連續出現n個目標的幅度值為0時，則目標終止，其中n為2，則目標回波信息所在距離單元設定為目標終止即為rend，針對上一方位的目標，如果當前方位和下一方位此目標幅度值信息為0，則判定上一方位為此目標的終止；
s43、目標判斷
將目標回波信息作為二維圖像的像素點，目標回波的距離與方位分別作為二維圖像的高與寬，目標回波的幅度值作為二維圖像的像素值，通過s41和s42在距離方向和方位方向上得到屬於同一個目標的目標回波信息構成二維圖像。
利用二維圖像輪廓以及輪廓內的目標回波信息對目標參數進行加權取平均處理，得到屬於同一個目標凝聚後的目標數據；
其中，為目標回波信息的距離單元，ai為目標回波信息的相應距離單元信息上所對應幅度值，為目標凝聚後的目標回波信息的距離；
其中，為目標回波信息的方位，ai為目標回波的相應方位上所對應幅度值，為目標凝聚後的目標回波信息的方位；
其中，n為同一個目標的二維圖像輪廓以及輪廓內的目標回波信息個數，ai為每個目標回波信息的幅度值，為目標凝聚後的目標回波的幅度值。
如圖3～圖8，其中，實心圓圈的中心為目標距離凝聚後幾何中心；三角形的中心為利用目標距離凝聚後幾何中心，進行波束相關處理，所有相關波束中方位方向凝聚後的幾何中心；五角星的中心為利用本發明所提的基於圖像處理的目標凝聚方法凝聚處理得到的幾何中心。
從圖2～圖8可知，對於同一種目標不同姿態進行來說，本目標凝聚方法與先距離方向後方位方向凝聚的一維檢測與合併方法相比，有效地降低了目標在距離方向與方位方向上的分裂，力求目標在不同的姿態下，能夠有效的進行目標凝聚，實現了目標回波信息點跡參數即距離、方位、幅度的精確估計。